肖劲松
中国核工业二三建设有限公司
摘要：自中国改革开放以来，中国的经济与科学技术飞速发展。随着“十二五”核电的快速发展，以及“十三五”核电走出去的规划顺利进行，核电仪控系统也经历了长足的发展与进步。本文回顾了国内核电厂仪控系统的发展历程，对国内核电厂的实际情况进行了总结，对核电厂仪控系统结构进行对比分析，从中提出在核电厂设计和应用这类系统时需要注意的问题。
关键字：核电厂；数字化仪控系统；比较分析
前言：从经济与效率方面来看，在新建设的核电厂中一般会采用数字化仪控系统。这是因为数字化仪控系统具有良好成熟性、更高的可靠性与安全性。同时数字化仪控系统在核电厂这个行业中也做出了巨大的贡献。仪控系统的性能与设计水平的高低对于核电厂机组的安全与可靠有着密不可分的关系。核电厂包括核岛与常规岛两个部分，在进行仪控系统的选型时需要特别注意，不可以将两个部分混为一谈，需要将两部分区别对待。这是出于对安全问题和经济问题的考虑。本文对于早期的核电厂仪控系统进行了介绍，将国内新建核电厂数字化的仪控系统的结构进行了对比分析，从中提出在核电厂数字化仪控系统设计过程中需要注意的一些问题。
1、数字化仪控系统概述
1.1数字化仪控系统一般结构
将一个数字化仪控系统的整体结构可以划分为四个层次，因为在目前的核电厂数字化仪控系统应用中，四层更具有一定的代表性。划分的目的是因为信息在传输过程中容易出现丢失的风险，信息一旦出现丢失问题，对于整体系统都将出现不小的影响以及严重的后果。从设计的角度来说，对系统进行分层划分也有利于仪控技术设备更趋于标准化。在整体结构分层中，第一部分是过程级和现场级两个层次，第二部分是单元级和管理级两个层次。过程级属于OSI的物理层，现场级属于OSI的数据链路层。一般来说过程级与现场级在整个系统当中是作为最重要的部分。仪控系统的实际过程以及更新都会在这两层中进行。单元级属于OSI的网络层和输出层，管理级属于OSI的绘画层、表达层与运用层。
1.2常规仪表与数字化仪表
仪控系统的发展包含常规仪表阶段与数字化仪表阶段。对于常规仪表，大多数的评论都是常规仪表的缺点，但是有两个常规仪表的技术理念很有价值，第一个就是一对一功能分散的技术理念。第二个是并行性。通俗点来讲就是为了保证系统高效率工作，系统上的各个仪表都是并行动作。为了突出数字化仪表都会将常规仪表这两个优点忽略，但是恰恰相反，数字化仪表要想解决这两个问题需要花费大量时间和精力。如果数字化仪表向常规仪表这两个优点上进行靠近，数字化仪表的功能就会不断增强。除此之外，数字化仪表有一些优点存在，例如数字化技术的抗干扰能力强，对于远距离的信息传输有着巨大作用，且无法替代。
1.3网络化
数字化仪控系统的网络化结构发展历程有集散控制系统与现场总线控制系统两个阶段。集散控制系统是将计算机技术与模拟仪表相结合。DCS正是在这两种相结合的情况下出现。但是因为在这个时期下计算机的信息处理速度与信息存储量都还不能足以替代模拟仪表。所以也必须要考虑DCS与模拟仪表接口的问题。当时普遍认为DCS有功能危险性分散的特点，但是这是不符合实际的行为。DCS只是一个过渡产品而已，只是在继承模拟仪表的特点。
数字化仪控系统的典型代表是FCS系统。与DCS系统相区别的是，FCS系统这时可以满足这个时期的计算机信息处理速度与信息存储量，因此在一定程度上大大节约了硬件的成本与空间。在网络化信息传输通道方面，也是将FCS系统取代了DCS系统。数字化仪控系统也随着从现场对象的控制发展到整个工厂或大系统的管理监控，甚至能将全球产品市场纳入其中。归结起来，数字化仪控系统就是从局部模拟仪表自动化到整体数字仪表自动化进而再到全局信息网络自动化的发展历程。
2、早期的核电厂仪控系统
世界上最早的核电厂大多数在20世纪末之前建成。当时的核电厂采用的是在那个时代较为成熟的基于模拟组合单元仪表系统和继电器等硬件逻辑电路技术。而我国的秦山一期、秦山二期与大亚湾等均是采用这种技术。当时数字化仪控系统的技术并不是很成熟，但自从我国秦山二期核电站建造开始，数字化仪控系统也逐步应用到工程应用中。秦山二期核电站的核岛仪控系统中，核岛绝大部分采用的是Foxboro公司公司spec一200系列单元组合仪表进行模拟量控制，采用继电器进行开关量控制。
核电厂的新技术一般很难实现与发展，这是因为核电厂更注重安全性。一旦发生核事故将会造成巨大事故与影响。对于核电厂来说，参数显示系统对核电厂造成安全威胁的系数最小。正因如此，所以较早使用了数字化技术实现的在线显示。从另一方面来说，数字化技术也是从信息显示开始应用。它是一个从安全参数显示到信息离线处理再到核岛安全相关系统与安全系统的过程。在国内，标志着核电厂数字化技术的时代是田湾核电站，时间是在20世纪末左右。
3、核电厂数字化仪控系统的发展
数字化仪控系统技术的迅速发展和广泛使用，成熟性的提高，有了这些优点。例如，运算能力强、运算速度快、计算精度高、便于储存数据与信息采集，以及可以自行诊断故障与维修。正是因为这些优点以及数字化仪控系统的不断完善，核电厂才会将数字化仪控系统进行采纳与运用。时间退回到上个世纪的90年代，在那个时代国外开始出现了采用DCS的核电厂。法国的N4核电厂，采用了基于微处理器和局域网通讯的DCS技术的全数字化仪控系统。但随着时代的发展，科学技术的进步，国外的核电厂开始了仪控系统开始了数字化改进。瑞士Bem．au核电厂于2001年完成保护系统的数字化改造。
国内核电数字化仪控系统的发展还不算特别成熟，现在国内数字化仪控系统还没有特别出色的产品。由此，国内大多数的核电厂基本上都是从国外引进数字化仪控系统产品。其中我国的田湾一期核电厂与二期核电厂用的是阿海珐和西门子的产品。我国的海阳一期核电厂与三门一期核电厂应用的是西屋公司的产品。
4、核电厂数字化仪控系统的对比分析
TXS+TXP是欧洲核电数字化仪控系统结构的代表，系统采用多样化的功能方案。人机接口采用全功能工作站，通讯方式实现双向传输，控制室有较大规模的后备盘和应急控制盘和大屏幕。Common Q+Ovation是美国APl000堆型核电厂数字化仪控系统的结构代表，人机接口分为安全级工作站和非安全级工作站，布置上采用“前三后一”的形式，分别设置了ROA，ROB，ROC和SRO四个操纵站。
Triconex+I／A从2008年开始应用于国内M310和CP650堆型，Triconex在石化领域ESD系统有大量的应用，其三重冗余的设计提高了机组的可靠性，非安全级DCS产品为I／A在火电厂应用广泛。日本核电数字化仪控系统引进美国技术，其产品的技术路线与美国是一致的，非安全级产品由和利时供货。
数字化仪控系统给核电厂带来诸多优越性的同时，也引入了新的问题，首先，仪控系统结构设计技术的论证不够充分，例如采用集中式还是分布式的数据库等。其次，新的故障模式——共模故障，影响着失效模式、安全评价的研究。最后，控制系统软件质量保证。
结语：为了响应国家“十三五”核电走出去的号召，国内的三大集团应该积极参与到对核电厂数字化仪控系统的研发当中。本文对于国外数字化仪控系统的成熟产品进行了剖析，同时对于其系统结构进行了对比分析。对于我国设计者而言，应该从核电厂的整体出发，对于数字化仪控系统的结构安排要得当，保证系统的安全性与经济性。
参考文献：
[1]岳春生,王欣.核电厂数字化仪控系统通信网络分析[J].设备管理与维修,2018(18):106-108.
[2]王远隆.核电厂数字化仪控系统结构比较分析[J].中国核电,2011,4(03):212-219.