一、 系統(tǒng)概述

全球能源十分缺乏，為了響應(yīng)節(jié)能、環(huán)保、減排，世界各國在大力加速發(fā)展核電能源，中國也將大力發(fā)展清潔電源，其中核電是全國今后電源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主攻方向，投資規(guī)模將大大超過常規(guī)電廠。國家對(duì)核電站發(fā)展的戰(zhàn)略由“適度發(fā)展”到“積極發(fā)展”。在這樣的背景下，中國的核電能源將獲得很好的發(fā)展機(jī)遇。

根據(jù)國家能源局提出的“十二五”能源規(guī)劃思路，十二五”能源規(guī)劃要體現(xiàn)優(yōu)先發(fā)展新能源和可再生能源的原則，其中核電站發(fā)展要推動(dòng)內(nèi)陸核電項(xiàng)目，形成東中部核電帶。

核電站的發(fā)展有力地帶動(dòng)了核電設(shè)備產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前我國核電站總體國產(chǎn)化率約為50%-60%，規(guī)劃到2020年國產(chǎn)化率大于80%。按照裝機(jī)容量超過7000萬千瓦來計(jì)算，未來10年，我國核電總投資規(guī)模將高達(dá)1萬億元，核電設(shè)備在核電站投資中占比約60%，設(shè)備投資約6000億元。如果按核島、常規(guī)島、輔助設(shè)備國產(chǎn)化率分別為70%、80%、90%計(jì)算，那么國內(nèi)核電設(shè)備制造商將分享3200多億元的市場(chǎng)，市場(chǎng)潛力巨大。

二、 系統(tǒng)描述

核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)，控制著整個(gè)核電站從常規(guī)島到核島幾乎所有的閥門、開關(guān)、繼電器等，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中進(jìn)行集中顯示、計(jì)算處理并自動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有高可靠性、開放性、靈活性、協(xié)調(diào)性、易于維護(hù)、控制功能齊全等特點(diǎn)。它是核電站的大腦、神經(jīng)中樞、運(yùn)行中心和安全屏障，是整個(gè)核電站最關(guān)鍵、最核心技術(shù)的集中體現(xiàn)，是核電站關(guān)鍵核心技術(shù)的載體，也是大型核電裝備現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志，是核電站四大關(guān)鍵性成套設(shè)備之一。

作為核電機(jī)組這樣一個(gè)以核反應(yīng)堆為一次能源的高科技重大裝備，其控制系統(tǒng)與核反應(yīng)過程密切相關(guān)，控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、精確度和完整性等各方面的功能和性能都直接影響到整個(gè)核電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此在考慮核電機(jī)組裝備本身的自主化時(shí)，就不能不同時(shí)考慮其控制系統(tǒng)的自主化。

作為核電廠控制核心控制系統(tǒng)以前都是常規(guī)設(shè)備，使用效率相對(duì)來說比較低，而且維護(hù)成本非常高?，F(xiàn)在隨著世界數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化高速發(fā)展，在核電廠應(yīng)用DCS是越來越多了，國內(nèi)核電廠商積極響應(yīng)國家加速核電DCS國產(chǎn)化進(jìn)程要求，而研祥MEC-5007憑借高性能、低功耗、大數(shù)據(jù)處理、高可靠性、遠(yuǎn)程維護(hù)等特性，有幸承擔(dān)了核電非安全級(jí)全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（NC-DCS）的控制設(shè)備及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)單元，以下是NC-DCS系統(tǒng)描述

非安全級(jí)全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（NC-DCS）

該系統(tǒng)是為百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組開發(fā)的全數(shù)字化儀控系統(tǒng)，主要包括如下子系統(tǒng)：

◆ 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng) 

◆ 安全專設(shè)控制系統(tǒng)

◆ 反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)CCS

◆ 主控室和RSS的Safety-VDU

◆ 除CCS外的核島控制系統(tǒng)

◆ 常規(guī)島控制系統(tǒng)

◆ KIC系統(tǒng)

◆ 大屏幕顯示系統(tǒng)POP

◆ 后備操作盤BUP（含PAMS）

NC-DCS系統(tǒng)特點(diǎn)：

◆ 軟件組件化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的軟件模塊接口，基于內(nèi)部軟件總線，實(shí)現(xiàn)軟件功能按需配置

◆ 加強(qiáng)自診斷設(shè)計(jì)，采用硬件Watchdog和軟件任務(wù)診斷結(jié)合的方式，在設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障

◆ 按照控制網(wǎng)絡(luò)（FCS Net）和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(KIC Net)雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分離控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)，減少人機(jī)操作對(duì)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)造成的影響

◆ 提供多種冗余和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，在重要的系統(tǒng)部件如電源、網(wǎng)絡(luò)、IO總線、控制站CPU模塊、實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器等采用雙冗余設(shè)計(jì)。采用基于總線和軟件的數(shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)，保證切換無擾動(dòng)

◆ 采用C/S的方式，分離數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用

◆ 基于確定性實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，減少由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)造成的控制周期不穩(wěn)定

◆ 提供Level2算法功能，可以在Level2實(shí)現(xiàn)全局運(yùn)算，例如電站狀態(tài)、安全參數(shù)、性能計(jì)算、全局報(bào)警等功能

◆ 開放的數(shù)據(jù)接口，提供基于以太網(wǎng)和串行鏈路的通用數(shù)據(jù)接口

◆ 通過FMEA分析和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，找出影響系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵部件和環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)整體可靠性

◆ 提供過壓、過流和濾波等多種IO接口保護(hù)電路設(shè)計(jì)，防止瞬態(tài)信號(hào)對(duì)IO通道的損壞

◆ 不同控制站之間的與控制或連鎖邏輯相關(guān)的互連信號(hào)采用硬接線連接，并考慮隔離；不同系統(tǒng)分區(qū)或不同安全等級(jí)的信號(hào)和通訊互連采用了電氣隔離

◆ 控制和連鎖邏輯實(shí)現(xiàn)考慮了數(shù)字化系統(tǒng)所特有的診斷和容錯(cuò)能力

 
(NC-DCS系統(tǒng)拓?fù)鋱D)

NC-DCS系統(tǒng)對(duì)工控機(jī)要求：

◆ 全密封無風(fēng)扇、高性能、低功耗控制單元；

◆ 加強(qiáng)自診斷設(shè)計(jì)，在設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障；

◆ 提供多種冗余和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，在重要的系統(tǒng)部件如電源、網(wǎng)絡(luò)、IO總線、控制站CPU模塊、實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器等采用雙冗余設(shè)計(jì)；

◆ 基于確定性實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，減少由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)造成的控制周期不穩(wěn)定；

◆ 開放的數(shù)據(jù)接口、安全性能高；

◆ 方便的遠(yuǎn)程維護(hù)、易維護(hù)、易集成；

三、 結(jié)論

DCS最佳處理單元推薦：研祥MEC-5007

產(chǎn)品資料：http://www.evoc.cn/automationinfo-224-442.html

由于核電DCS產(chǎn)品價(jià)格非常昂貴，核級(jí)自動(dòng)化產(chǎn)品制造工藝非常復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)可靠性要求非常較高，屬于國產(chǎn)化需求非常迫切的技術(shù)，掌握這項(xiàng)產(chǎn)品的制造技術(shù)，對(duì)于自動(dòng)化領(lǐng)域提升到一個(gè)新的境界，而且可以節(jié)省大量的資金。

可以說核電站是人類的智慧結(jié)晶，而作為控制核電廠的大腦DCS更是代表科技水平最高境界，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，集控制、維修和技術(shù)管理（intelligent control maintenance and technical management system, ICMMS）于一體的智能控制系統(tǒng)已經(jīng)成為電站儀控系統(tǒng)發(fā)展的方向。這種控制系統(tǒng)的控制單元不再是簡(jiǎn)單的傳感器和控制器，而是具有一定的自主控制、數(shù)據(jù)管理和通信能力的一種智能自主體（Agent）,工控機(jī)作為核電DCS國產(chǎn)化控制單元，更突顯其重要性，相信通過我們的不懈的努力，我國的核電事業(yè)一定日漸成熟，同時(shí)研祥的產(chǎn)品也為核電控制系統(tǒng)國產(chǎn)化發(fā)揮應(yīng)有的力量。