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何大宇

1  概述
    為了使廣三核能夠很好地應用DCS技術，我們開展了壓水堆核電站儀控DCS遠程I/O站（以下簡稱“I/O站”）的模擬設計工作。這是以嶺澳工程為例開展的設計工作。其目的主要有三個：
(1)  通過這項工作，開發并掌握DCS遠程I/O站的設計方法，提高設計技術水平，滿足將來中標堆型自主化設計工作的需要。
(2)  提出用戶需求，用于嶺東工程談判，使潛在承包商根據我們提供的資料數據提供相關設備和技術服務。
(3)  可資源共享，供大亞灣、嶺澳核電站儀控設備改造使用。
    DCS即分布式控制系統是此次設計方案的重要改進項目之一。I/O站是DCS與現場儀控設備進行信息交換的前端設備，是DCS的基礎部分。DCS的主要結構及I/O站的位置參見圖1。
    采用I/O站可降低工程造價，提高核電站的可靠性及安全水平，其優點主要體現在以下5個方面：① 節約電纜（即節約相當于嶺澳核電站儀控電纜總量的60%）；② 節約安裝工時和相應的橋架；③ 減少原有電纜及橋架占用的巨大空間（這非常有利于防火分區和實體隔離）；④ 明顯縮小防火區域和減輕防火難度；⑤ 采用光纖，運行時光纖電纜是完全和電位差無關的，可使儀控系統抗電磁干擾的能力大大增強，并可節省昂貴的等電位接地連接的額外投資。 

圖1  DCS的主要結構及I/O站的位置

    隨著這一項目的完成，基本確定了全廠I/O站的位置以及每個I/O站內的信號容量和信號性質，為下一階段I/O站的具體設計，如I/O站設備的選型、模塊數量的確定以及采用光纖與上一級相連的方案等等奠定了堅實的基礎。
2  I/O站設置的基本原則
(1)  I/O站全部設在反應堆廠房外；盡可能設置在非輻射防護控制區內，以利于檢修維護；
(2)  盡可能靠近現場；要在三維立體空間儀控信號相對集中的地點設置I/O站，以最大限度地節省電纜；
(3)  A列、B列、SIP I、SIP II、SIP III、SIP IV、SIP V要單獨設站；站與站之間要實體隔離，以滿足安全分區、防火分區、輻射防護分區的要求；
(4)  滿足I/O站對溫度、濕度、抗震、防塵、防水淹、防電磁干擾等方面的要求。
3  模擬設計的范圍
    將全廠納入I/O站的信號范圍劃分為兩個區域：
(1)  反應堆廠房區域，包括1RX、2RX內納入DCS的全部儀控信號。
(2)  綜合區域，包括WX、KX、NX以及LX廠房內的納入DCS的全部儀控信號。
    考慮到常規島本身通常有一個獨立的DCS系統，相當于全廠DCS系統的子系統，與全廠DCS系統進行信號通訊。在常規島設置I/O站的原則和方法與核島相似，只是信號的規模、I/O站的數量以及復雜程度與核島相比要少很多。
    BOP各工藝系統基本上相對獨立，多為計算機控制，可直接與全廠DCS數據通訊網連接，不必單獨設置I/O站。
因此I/O站模擬設計的范圍主要在反應堆廠房區域以及綜合區域內。
4  I/O站的設計
    I/O站設計主要涉及遠程I/O站的布置設計及I/O站本身設備設計兩部分。布置設計是根據全廠I/O信號的分布，選擇合理的位置，并根據I/O信號的數量確定I/O站的規模與數量。在此介紹I/O站的布置設計。
4.1  反應堆廠房區域
(1)  儀控貫穿件的分布
    位于反應堆廠房和連接廠房之間的儀控貫穿件，其主要功能是為反應堆廠房內外的儀控信號提供雙向傳遞的通道，它們的位置和數量直接影響到與反應堆廠房內儀控信號相關I/O站的布置設計。一號核島儀控貫穿件分別集中分布在1WX廠房的+3.80米和+11.5米處，各有10個和23個貫穿件；二號核島儀控貫穿件的分布與一號核島不同，而是散布在2WX廠房的從+3.80米到+16.05米處，相對集中在+3.80米和+11.50米，共有33個貫穿件。
    根據對反應堆廠房內儀控信號的類型與功能，對經過貫穿件的信號予以分類，確定每個反應堆各有25個貫穿件納入到I/O站的范圍，其它如通訊系統、消防系統等信號另行處理。
(2)  數據庫的開發
    根據參考電站電氣貫穿件清單以及納入DCS范圍的系統手冊，對應著每一個貫穿件統計整理出納入I/O站的信號。這些信號匯同綜合區域的信號開發形成“核電站儀控DCS遠程I/O信號數據庫”。該數據庫不但將所有信號的類型、數量、功能做了統計，還包括從信號源設備到終端的各段電纜路徑。此外，該數據庫還表示出相應的I/O站位置，從而使I/O站設計細化，已達到與嶺澳核電站儀控信號電纜端子排可一一對應的深度。
從現場取樣進入I/O站的信號為I/O站的輸入信號；從I/O站的上一級通過光纖傳輸到I/O站并經I/O站轉換輸出驅動現場設備的信號為I/O站的輸出信號。輸入、輸出信號按性質分為兩大類即模擬量和開關量；按安全功能及性質的不同分為7種，即A、B列及SIP I～SIP V通道。
進出I/O站的信號經I/O站內的相關模塊進行模/數轉換、數/模轉換以及開關量的處理。
(3)  I/O站的設計（貫穿件法）
    根據I/O站設計的基本原則將反應堆廠房的I/O站設置在緊鄰現場靠近貫穿件的WX廠房內，分層布置。這樣可使儀控信號電纜從貫穿件就近敷設到I/O站，長度大大縮短。從每個I/O站到DCS控制計算機的電纜則以光纖代之。一般地，一個I/O站僅使用一條光纖。從而大大減少了參考電站中儀控電纜的數量。這種設置I/O站的方法簡稱為貫穿件法。
    經過詳細的選擇與比較，將1RX的信號分配在位于WX廠房+3.80米、+11.50米和+15.50處的I/O站內；將2RX的信號分配在WX廠房+7.00米、+11.50米和+15.50米處的I/O站內。
兩個核島的I/O站各有8個，其中A列有兩個、B列有一個、SIP I～SIP V各有一個。
4.2  綜合區域
    綜合區域I/O站信號分布的特點是涵蓋的范圍廣而且分散；特別是在NX廠房內的信號分布呈不對稱性。這一特點決定了綜合區域I/O站的設計比反應堆廠房區域要復雜。
    除核島外，全廠其它工藝系統的儀控信號，絕大多數都是通過CR（就地接線箱）進行集散的，因此將CR所含的信號以及分散的信號統計整理完整，就能確保數據庫的記錄完整。
    I/O站的設計（“CR”法）：根據設計I/O站的基本原則，依據分布在現場各處的（就地接線箱）CR，統計整理出納入DCS I/O站的儀控信號，分類存放在數據庫中。
    按照CR的分布將全部儀控信號標注在0號圖紙上并綜合全部共26張圖紙的信號分布，在三維立體的空間中統籌確定I/O站的位置。這種設置I/O站的方法簡稱為“CR”法。
    需要說明的是，全部儀控信號均可配置在不但滿足安全、環境、檢修和運行管理的要求，而且又鄰近信號源或驅動設備的I/O站內。因此就某個I/O站而言，其內部可能既有來自于反應堆廠房區域的信號，又有來自于綜合區域的信號。
    具體地說，在綜合區域內需新建7個I/O站：
    在±0.00米設置2×2+1個I/O站，即位于核輔助廠房NX246房間。這個房間原為KSN系統的機架間，采用DCS后，基本空置，故改造后設計安放5個I/O站，即兩臺機組A、B列的I/O站及0、9字頭信號的I/O站。這些I/O站接受來自于-6.70米、-3.40米以及±0.00米的A、B列信號及這一區域的0、9字頭的信號。
    來自0、9字頭的信號僅有A列，無B列信號，且占94%的信號位于+8.00米及以下，因此將其全部集中在±0.00米的I/O站；如有需要也可采用現場總線的方式進一步減少個別遠離I/O站的電纜。
    在+11.5米的LX505、545房間中利用繼電器機架騰出的部分空間分別分隔出兩個房間，臨時編號為1W506和2W545，分別設立綜合區域在標高+11.5米及以上的B列信號I/O站；編號為1W506I/O、2W545I/O。
    +5.0米及以上的A列信號分別送到分布在兩臺機組+3.80米、+7.00米及+15.50米的A列I/O站中去。
    這一區域的SIP信號全都引至位于+11.5米和+15.5米處的SIP I/O站。這樣安排一方面是由于綜合區域的SIP信號數量不多，不值擇地另設I/O站；另一方面SIP I～SIP IV的信號主要集中在這兩層廠房，故如此安排。
    需要說明的是SIP I、II、III、V中的極少量信號屬于9號機組，根據其信號終到設備分別將其安排在1、2號機組相應的I/O站內。
    對少數分散的遠離I/O站的儀控信號，可采用現場總線將信號引進I/O站。
5  結語
    通過這項工作，取得以下成果：
    ①  開發并基本掌握了適應不同壓水堆核電站遠程I/O站的設計方法。
    ②  設計并完成了關于全廠與RX、WX、KX、NX、LX廠房中儀控信號相關的共23個現場I/O站的布置。
    ③  開發了全部I/O站總共擁有近6200條記錄的數據庫。
    ④  建立了WX、KX、NX、LX廠房與I/O站相關的從-6.70米至+24.00米各層廠房儀控信號分布圖及I/O站分布圖。
    ⑤  最重要的是，大家基本掌握了DCS遠程I/O站的設計方法；不但能定性地與潛在承包商交流，而且能具有一定深度、定量地與其探討，在將來的談判工作中做到心中有數，在將來的工程改造中發揮作用。