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)展要推動內(nèi)陸核電項目，形成東中部核電帶。

核電站的發(fā)展有力地帶動了核電設(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%。按照裝機容量超過7000萬千瓦來計算，未來10年，我國核電總投資規(guī)模將高達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%計算，那么國內(nèi)核電設(shè)備制造商將分享3200多億元的市場，市場潛力巨大。

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)中進行集中顯示、計算處理并自動驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，具有高可靠性、開放性、靈活性、協(xié)調(diào)性、易于維護、控制功能齊全等特點。它是核電站的大腦、神經(jīng)中樞、運行中心和安全屏障，是整個核電站最關(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)代化程度的重要標志，是核電站四大關(guān)鍵性成套設(shè)備之一。

作為核電機組這樣一個以核反應(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核電站運行的安全性和經(jīng)濟性，因此在考慮核電機組裝備本身的自主化時，就不能不同時考慮其控制系統(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，使用效率相對來說比較低，而且維護成本非常高?，F(xiàn)在隨著世界數(shù)字化、信息化、自動化、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、遠程維護等特性，有幸承擔(dān)了核電非安全級全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（NC-DCS）的控制設(shè)備及網(wǎng)關(guān)節(jié)點單元，以下是NC-DCS系統(tǒng)描述

非安全級全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)（NC-DCS）

該系統(tǒng)是為百萬千瓦級壓水堆核電機組開發(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：

◆ 軟件組件化設(shè)計，設(shè)計標準化的軟件模塊接口，基于內(nèi)部軟件總線，實現(xiàn)軟件功能按需配置

◆ 加強自診斷設(shè)計，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)生嚴重故障時，及時發(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)，減少人機操作對實時自動控制系統(tǒng)造成的影響

◆ 提供多種冗余和容錯設(shè)計，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、實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器等采用雙冗余設(shè)計。采用基于總線和軟件的數(shù)據(jù)同步設(shè)計，保證切換無擾動

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

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

◆ 提供Level2算法功能，可以在Level2實現(xiàn)全局運算，例如電站狀態(tài)、安全參數(shù)、性能計算、全局報警等功能

◆ 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接口保護電路設(shè)計，防止瞬態(tài)信號對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)或不同安全等級的信號和通訊互連采用了電氣隔離

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

 
(NC-DCS系統(tǒng)拓撲圖)

NC-DCS系統(tǒng)對工控機要求：

◆ 全密封無風(fēng)扇、高性能、低功耗控制單元；

◆ 加強自診斷設(shè)計，在設(shè)備發(fā)生嚴重故障時，及時發(fā)現(xiàn)故障；

◆ 提供多種冗余和容錯設(shè)計，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、實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器等采用雙冗余設(shè)計；

◆ 基于確定性實時網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，減少由于網(wǎng)絡(luò)延時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；

◆ 方便的遠程維護、易維護、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)品價格非常昂貴，核級自動化產(chǎn)品制造工藝非常復(fù)雜，對系統(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)，掌握這項產(chǎn)品的制造技術(shù)，對于自動化領(lǐng)域提升到一個新的境界，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，隨著計算機技術(shù)和信息自動化技術(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。