現場總線控制系統在核電站的應用
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2.1 FCS硬件
FCS硬件主要包括：大量的現場儀表（傳感器、變送器等），采用嵌入式技術的智能的單元控制部件（PLC、調節器），這些稱為控制層，還有工業以太網、計算機控制中心、報表工作站、打印工作站等。智能儀控器包括自補償、自校正、自診斷、遠程設定、狀態組合、信息存儲和記憶等功能。智能儀控器的標準化打破壟斷，推動了市場競爭。
為了確保核電站安全、儀控系統的可靠，冗余技術在FCS里到處可見。變送器、單元控制器、CPU、工業以太網、控制單元、服務器等設備都要采取冗余。為了減少共因，冗余設計中經常采用不同的設備實現相同的功能。
2.2 FCS軟件
軟件冗余也是提高可靠性的一種方法。它有兩種方法：一種是帶有智能控制設備的冗余，軟件自然也就是冗余的；另一種是開發兩套功能相同的軟件，用在智能控制設備上。但開發這樣的軟件要成立兩個不同的項目組，而且他們之間不能有任何交流。在這樣的軟件中相同缺陷的概率是很小的，共因失效的概率也是很小的。但這樣的開發成本是昂貴的。在智能控制設備里，由于嵌入式系統中程序代碼的大小受到限制，所以不能用高級語言。只能用匯編或C語言編程。
對于用戶來說人機界面軟件是看得見的，也是最關心的。人機界面有三種組態：靜態、動態和交互式。靜態是屏幕上畫的模擬圖，如泵、罐子和管線等不變化的圖文。動態是屏幕上顯示的實時變化數據，如實時采集到的溫度、流量、功率和壓力等數據。交互式界面是操縱員可在屏幕上對某個設備進行控制操作，如需要啟動或停運一個泵時選擇該泵圖上的ON或OFF，確定后即可實施，并用圖的形狀或顏色顯示區別泵的啟動或停運。
在監控室（即監控層）里，用CRT和大屏幕替代模擬儀表控制時代的儀表盤和儀表墻功能。監控層的操縱員在監控室也可以設定智能控制器的預值，操縱員再也不用擺弄開關、按鈕了，用鼠標、鍵盤就可以控制核電站。
2.3 FCS網絡
FCS網絡體系結構是采用多域管理方式。每一個域有一個獨立的FCS。各個域之間可以通過標準協議進行數據交換。而且每個域的規?？梢詳U大。
FCS中的網絡系統采用工業以太網技術。從單元控制器輸出的數據可通過以太網傳送到不同的服務器上。工業以太網與普通以太網有些不同，主要有工業以太網使用工作溫度范圍較寬、封裝牢固(抗振和防沖擊)、導軌安裝、電源冗余、直流24 V供電等。它們同樣符合IEEE802.3標準。
FCS之所以是開放性的，因為現場總線有標準協議。雖然現場總線標準協議有多種，但每一個標準都有自己更適合的應用領域，所以多種現場總線標準得以并存是客觀需要。對于核電站適合采用哪種現場總線標準，應該借鑒國外的經驗。
FCS的管理層是通過網絡，使核電站的高層管理人員可以了解核電站的運行情況和指標。
3、FCS在核電站中的應用
核電站應用FCS可提高儀控系統的可靠性，安全性；提高電站的經濟效益，減少運行、維修費用；有利于設計、維修和備品備件的管理；提高了工作效率和管理水平。
FCS應用到核電站領域的好處是顯而易見的。而且還有一個更有意義、更長遠的應用就是自動采集各類數據。它通過系統提供的硬件和軟件，使過去認為雜亂無章的數據，存入到設備可靠性數據庫。曾經有一位外國廠長說過：核電站不僅生產電，而且生產數據。這就給核電站提出更深層次的管理和應用問題。過去核電站各類數據都記錄在操縱員日志和各種試驗報告中，那是紙制記錄。有的是用磁帶記錄，但必須用專門的讀取設備，讀出的數據都是用各種編碼代替設備，很難讀懂。有的核電站（如：中國實驗快堆）數據將以文本格式存儲，讀取方便是個進步，但不是數據庫形式，無法對各類數據進行統計和分析。要想把各類數據變為有用數據，這項工作即耗時又耗錢。有了FCS，在軟件上可以作到所有數據以數據庫形式保存在幾個服務器上，定期刻成光盤保存。為各類數據統計和分析提供了前提條件，這就是深層次的管理和應用的基礎。
在1980－1990年期間，PSA在美國核電站應用中已經完成單站考驗（IPEs-Individual Plant Examinations）過程[9]。Risk-informed technology（風險指引技術）使PSA在核電站安全方面的應用進入了新領域[10]，這與計算機網絡在核電站的應用是分不開的。 設備可靠性數據庫是建立在大量的核電站運行數據之上的。概率安全分析（PSA）、Risk inform又是建立在設備可靠性數據庫之上的。FCS在核電站應用之前，法國EDF設備可靠性數據庫已經有了幾百堆年的設備可靠性數據，它已成為法國堆型的設備可靠性通用數據庫。大亞灣核電站2001年以前的設備可靠性數據采集工作是手工完成的，設備可靠性參數統計方法中的運行失效率、需求失效概率[11]還是單機計算。核電站有了FCS，設備可靠性參數統計方法中的運行失效率、需求失效概率，以及始發事件計算將從人工統計計算進入到自動統計計算。如果一個設備失效，或對某一列進行隔離，管理部門通過安裝在FCS管理層中的概率安全分析計算軟件就可以很快地給出維修該設備會有多大的堆芯損傷頻率，維修該設備是否對機組安全運行有影響，是否需要降功率，在什么工況下維修該設備既安全又經濟，為決策人員提供參考依據，這就大大提高了工作效率和管理水平。
4、結束語
目前，在國外，FCS在火電廠、化工廠、核電站等大型企業的儀控領域里得到了廣泛的應用。而在國內，FCS在核電站的應用剛剛開始。FCS的應用將使核電站的安裝、調試、維護更為方便，也對儀控維修技術提出了更新的要求，使設備可靠性數據采集方法、概率安全分析、風險指引技術、實時管理等產生根本的變化。為實現科學的全數字化管理核電站提供基本保證。
參考文獻
[1] Wood, Graeme. Field-bus status 1995, Computing Control Engineering Journal. Dec. 1995
[2] James M. Taylor. CERTIFICATION OF TWO EVOLUTIONARY DESIGNS，SECY-96-077 (U.S. Nuclear Regulatory Commission) , April 15, 1996
[3] Mary-Ellen Foley. Czech Nuclear Plan and Environment and Economic Comparisons. TED Case Studies, Volume 4, Number 2, June, 1995
[4] Hitachis ABWR
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