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    秦山核電站是我國第一座自行設計、建造并成功運營的核電站，該電站的電站計算機系統原采用法國的SOLAR計算機，經過十多年的運行后，由于元器件老化及備品備件缺乏等原因，設備故障開始增多，經常出現死機，已經不能滿足電站安全穩定運行之需要，因此決定采用開放的、通用DCS平臺作為基礎，針對核電站特殊功能需求定制開發，從而徹底替換原系統，以更好地為核電站運行服務。

2  系統介紹

    改造后的秦山核電站電站計算機系統采用北京和利時系統工程股份有限公司的第四代控制系統HOLLiAS-MACS系統，本系統采用開放的系統結構、高性能的系統軟件、以及硬件設備的合理工藝和極為方便靈活的安裝方式，綜合了計算機技術、網絡技術、應用軟件技術及信號處理技術等國際先進技術，是一套理想而且實用的系統。

圖1  系統配置圖

2.1  系統結構的開放性
    (1)  開放的網絡結構
    在系統操作層，采用100M、10M冗余工業以太雙光纖環網為骨干網、冗余的五類雙絞線為分支網的分布式系統。在現場信號處理層，采用500K~12Mbps的Profibus-DP現場總線連接主控單元和各現場信號處理模塊。系統提供標準的RS-485、RS-232電氣接口（Modbus協議）同其他系統的PLC、智能儀表連接。
    (2)  開放的操作系統
    在系統操作層采用Windows 2000操作系統，并提供ODBC和OPC接口，保證系統軟件的開放性和高性能的人機界面要求。
    在系統的控制站采用成熟的實時多任務操作系統以確保控制系統的實時性、安全性和可靠性。主控單元的軟件固化在半導體盤中，而實時數據存儲在帶掉電保護的SRAM中，滿足控制系統可靠、安全、實時性要求。
2.2 系統軟件特性
    ?  實時性  控制器基于嵌入式實時操作系統，保證控制精度、實時、高效；
    ?  先進性  靈活的客戶/服務器構架，適合核電大規模系統的I/O、報警、報表、趨勢、服務器分布式設置，既保證數據的一致性，又可以使負荷均擔，功能豐富的HMI人機界面，靈活強勁的控制軟件，支持離線仿真，在線下裝，數據回讀功能；
    ?  經濟性  現場總線的系統設計有效節約整體項目投資，降低運行成本，系統可以接入Profibus-DP、CAN等各種現場總線的儀表設備，簡化了系統結構和用戶的二次投資。TCP/IP技術使網絡構成簡單，且可使Internet進行遠程瀏覽和訪問；
    ?  易用性  智能設備管理，故障診斷，精度校正，帶電插拔，整個系統實行人性化設計；
    ?  延續性  操作站采用通用的軟硬件平臺，可跟隨信息技術的不斷提高而同步升級。
2.3 系統硬件特性
    硬件的特性主要是采用先進技術生產，其工藝合理、安裝方便、安全、穩定可靠以及美觀等：在I/O處理單元上采用小模塊結構（模擬量8點，開關量16點），在A/D處理器上采用每路一個A/D轉換器，使危險進一步分散；每路信號在接口處都增加過壓和過流保護措施，使得模塊在大信號下干擾不損壞；每個模塊都可以帶電插拔，更換方便；模塊和底座之間采用歐式針型連接器，保證連接可靠；采用多種冗余結構（網絡、控制器、電源模塊）系統安全穩定可靠。
    (1)  現場控制站電源
    現場控制站的電源為單元式模塊化結構，從輸出電壓上來看，分為DC 24V和DC 48V兩種。其中，系統電源的輸出為DC 24V，開關量巡檢電源的輸出為DC 48V。
    電源模件采用冗余熱備，均流工作方式，某一個部件發生故障時，系統仍可以保持正常工作，且可在線帶電插拔。
    系統電源給各I/O模塊和主控單元的供電，現場電源用來給現場的開關量輸入節點提供巡檢電壓。
    (2)  現場控制站主控單元
    主控單元是一個PC兼容的高性能的工業級中央處理單元。它采用模件化結構，由CPU板、多功能卡（完成主從判定邏輯電路、掉電保護SRAM電路、雙冗余以太網控制器、Profibus-DP控制器等功能）、電源模件組成，其CPU具有強大的整數和浮點運算能力，能進行大規模的復雜的數據處理工作。主控單元還有多種通信接口，可與現場控制站的過程I/O模塊相連構成一個完整的MACS系統，同時還能方便地實現與其它系統的互連，增強系統的開放性。另外，通過冗余接口能方便地實現雙機的冗余，使系統的可靠性大大提高。
    (3)  現場控制站過程I/O單元
    考慮到系統安全長期運行，采用低功耗元器件，降低整體的熱損耗，同時在機柜中設計了通暢的風道，可以滿足核電站的環境要求。
    為了避免在故障狀態下的故障輸入信號損壞系統，在I/O模塊上采用了大量的保護和隔離措施，I/O模塊采用光電隔離，使模塊內外在電氣上分離，對于信號端子上的高電壓串入，瞬態高壓可以靠可自恢復的TVS（Transient Voltage Suppressor，瞬態電壓抑制器)器件吸收，不會損壞系統，長時間的高電壓信號只會影響本通道的數據采集，遵循單一故障原則。
    在I/O模塊中，采用了Profibus-DP現場總線技術，I/O模塊均支持帶電熱插拔，所有的I/O模件均采用智能化設計，模件本身自帶CPU，負責通道信號掃描及信號預處理，然后通過現場總線（Profibus-DP)與主控單元通信。模件具有看門狗定時器電路，可使模塊在異常情況下自動復位。提供了模塊電流過載保護、DC 24V反向保護、通訊線箝壓保護。支持實時的狀態顯示，可實時顯示本模塊的運行狀態和通信狀態。I/O模塊分為2個部分，通用底座和模塊本體，底座采用35mm標準導軌安裝，通過密封的歐式連接器連接模塊本體，通過防混銷可以避免在錯誤位置上插入模塊本體。

3  工程概況
    系統的主干網是用光纖將4對（8臺）HIRSCHMANN光電以太網交換機連接起來的雙環網，這樣就能做到既是每個環路上有一處出現線路斷裂，也能保證主干網也是冗余狀態，這就是主干網的雙冗余。
    工程配置兩臺系統服務器、兩臺通訊服務器、一臺Web服務器，兩臺系統服務器完成I/O服務、趨勢服務、歷史數據存儲以及報警等；兩臺通訊服務器，一臺數據輸入通信服務器，負責采集氣象微機系統、RMS（Reliability，Maintainability and Safety，可靠性維修性安全性）系統、堆芯欠冷系統A列的數據，另一臺數據通信服務器，負責向環境應急系統、BEACOM系統輸出數據和采集堆芯欠冷系統B列的數據；Web服務器完成系統向工廠局域網發送機組運行的適時數據，并在Web服務器和工廠局域網之間安裝了病毒防火墻，防止外界病毒侵襲系統，保證系統安全。
    工程配置1臺工程師站、4臺操作員站、1臺值班長站和打印設備。
    整個系統配置4個I/O站以及1個遠程I/O裝置，而且每個站都是根據現場情況選在相應位置，使系統的I/O點分配更加合理，大大節約投資。
    系統配置GPS校時集線器，作為系統基準時鐘源，對系統服務器、操作員站、I/O采集站全部進行自動校時，保證各個服務器、操作員站、I/O采集站的時間完全同步，實現全系統時鐘統一，校時精度≤1ms。

4  結語

    在2005年初秦山核電站第八次換料大修期間，此系統順利實施，并且一次投運成功，保證了核電站按計劃正常并網發電。通過近幾個月的運行，系統運行正常，大大降低了儀控人員的工作量，為運行人員的操作提供了很好的幫助。
    秦山核電站電站計算機系統的成功更新，為核電站的數字化工作做了一次有益的嘗試，為以后的核電站全數字化奠定了一定的基礎。