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摘 要：美國西屋公司的AP1000核電站，采用了數(shù)字化儀控系統(tǒng)，實現(xiàn)方式為Common Q+Ovation。這種集成的儀控系統(tǒng)設(shè)計，減少了接口和軟件平臺的數(shù)量，提供了一個優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和性能。Common Q平臺屬1E級，AP1000核電站的反應(yīng)堆保護和安全監(jiān)視系統(tǒng)就是在這一平臺上實現(xiàn)的。本文著重介紹了Common Q平臺的結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：核電站AP1000；Common Q；數(shù)字化儀控

1 背景

　　在和EPR的競爭中，美國西屋公司的核電技術(shù)AP1000成功中標，成為我國引進的第三代核電技術(shù)。AP1000有鮮明的設(shè)計特點，在成熟的壓水堆技術(shù)基礎(chǔ)上，采用“非能動”的安全系統(tǒng)，使核電站安全系統(tǒng)的設(shè)計發(fā)生了革新的變化。在核電站的重要組成部分儀控系統(tǒng)中，采用了數(shù)字化控制和保護系統(tǒng)，集成了電廠的各個工藝系統(tǒng)，為電廠的控制、保護和操作提供了一個統(tǒng)一的界面。AP1000的數(shù)字化儀控系統(tǒng)通過西屋公司的Common Q+Ovation平臺實現(xiàn)的。

　　Ovation平臺屬非1E級，用于實現(xiàn)正常運行儀控功能，是一個商業(yè)化的、成型的產(chǎn)品，主要應(yīng)用在發(fā)電和工業(yè)控制領(lǐng)域，國內(nèi)很多的常規(guī)電廠都采用了Ovation平臺。

　　Common Q平臺屬1E級，用于實現(xiàn)安全儀控功能，設(shè)備具有抗震要求，經(jīng)過核電應(yīng)用環(huán)境適用性考驗，經(jīng)過批準的驗證和確認（Verification and Validation，v&v）程序和質(zhì)保程序評價。AP1000核電站的反應(yīng)堆保護和安全監(jiān)視系統(tǒng)（Protection and Safety Monitoring System，PMS）就是利用Common Q這一平臺來實現(xiàn)的。

2 Common Q系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　由于Common Q是1E級的平臺，所以組成平臺的所有部件都是lE級的，它的主要部件有：AC160控制器（帶PM646處理模塊）、輸入輸出模件、人機接口、接口和測試處理器、部件接口模件、輸入，輸出終端單元、綜合通訊處理器、電源供應(yīng)模件等。

AC160控制器

　　AC160控制器是一個帶有多通道處理能力的模件化控制器，被用來執(zhí)行安全相關(guān)系統(tǒng)的保護算法，支持熱插拔功能。

　　處理器采用ABB編程語言（AMPL）進行編程，除了進行邏輯結(jié)構(gòu)的編程外，還提供了對AF100網(wǎng)絡(luò)、全局內(nèi)存、輸入輸出、HSL的接口的編程支持。

　　處理器有一個內(nèi)置的、獨立的看門狗計時器。如果一個保護功能由于處理器的故障而無法實行，看門狗能夠發(fā)出報警和提供通道跳閘功能。

　　AC160控制器所使用的處理器模件是基于MotorolaMC68360的32位處理器發(fā)展起來的PM646。PM646模件包括兩個32位的微處理器板：處理器部分和通訊部分。其處理器部分包含有應(yīng)用代碼，可以執(zhí)行自診斷功能，存儲、讀取雙端口存儲器里的數(shù)據(jù)等。其通訊部分能處理兩個HSL通訊端口，RS422接口。

輸入輸出模件

　　AC160控制器采用$600系列輸入輸出模件，S600系列輸入輸出模件包含了所有的傳統(tǒng)卡件，例如模擬量輸入（包含差分輸入、熱電偶、熱電阻）、模擬量輸出、開關(guān)量輸入，輸出、轉(zhuǎn)速傳感器輸入和脈沖計數(shù)。

　　在啟動和正常運行時，系統(tǒng)軟件能自動的監(jiān)測I／O模件的狀態(tài)，而更詳細的診斷信息則可以通過MTP（維修和測試面板）查詢。

　　S600I／O模件可以熱插拔。但對PMS系統(tǒng)來說，受I／O模件更換影響的通道和序列，在維修開始前，應(yīng)先旁路。

人機接口

　　Common Q的人機界面是平面顯示系統(tǒng)，包含觸摸屏顯示和一個PC節(jié)點盒。PC節(jié)點盒相當(dāng)于工控機的主機，其QNX 操作系統(tǒng)為在線和測試提供了視窗界面。CI527通訊接口模件用來訪問AF100網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)接口提供和外部非安全系統(tǒng)的接口。還包括光驅(qū)、鍵盤鼠標等，功能與工控機相當(dāng)，這里不再描述。

　　當(dāng)安裝在控制柜里，平面顯示系統(tǒng)被稱作維修和測試面板（MaintenanceandTestPanel，MTP）；安裝在主控室作為PMS的一部分時，被稱作操作員模塊（Operator’Smodule，OM）。通過MTP，技術(shù)人員能夠執(zhí)行監(jiān)視、修改、組態(tài)、測試等任務(wù)。MTP具有顯示圖形和趨勢顯示功能。OM執(zhí)行和MTP一樣的功能，但是作了某些限制，以防止操作員可能在無意中對系統(tǒng)做出的改動。OM和安全系統(tǒng)之間沒有直接電氣連接。

接口和測試處理器（Interface and Test Processor,ITP）

　　ITP用于測試和診斷系統(tǒng)運行情況。ITP接收來自AFIO0總線的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過單向HSL傳送至其它PMS通道的ITP中，進行連續(xù)在線交叉比較，以檢測現(xiàn)場傳感器、回路供電、輸入信號采集和D／A轉(zhuǎn)換是否故障。正常運行時，監(jiān)測來自其它通道的故障和診斷信息，并在本通道中報警，從而提高保護系統(tǒng)的可維護性。ITP通過MTP將測試和維護信息送給操作員界面。

部件接口模件（ComponentInterfaceModule，CIM）

　　CIM從安全系統(tǒng)和多樣性非安全相關(guān)系統(tǒng)接收部件控制信號，并且根據(jù)用戶選定的優(yōu)先級（比如說，安全系統(tǒng)的優(yōu)先級或部件狀態(tài)的優(yōu)先級）進行信號表決，再送到電廠設(shè)備。另外，CIM能接收遠程手動部件控制信號，并將該信號作為最優(yōu)先級信號。CIM還可以對安全系統(tǒng)的命令，從控制器到CIM模件進行連續(xù)測試。

　　CIM最多可接受八個反饋輸入信號，用以提供部件連鎖（比如，電動閥門的力矩開關(guān)控制），或用以顯示設(shè)備狀態(tài)的限位指示器。CIM提供了一個獨立連接，能夠使用該連接發(fā)送部件狀態(tài)信息到電站計算機。

輸入/輸出終端單元

　　I／O終端單元提供了一個S600I／O模件和現(xiàn)場電路的接口。對不同的I／O模件，對應(yīng)不同的終端單元。各類型終端部件為不同的現(xiàn)場接線提供終端點，包括各自的電纜屏蔽。各類型終端單元還提供信號斷點和測試點，用以系統(tǒng)測試和維護。

綜合通訊處理器（Integrated Communications Processor,ICP）

　　ICP系統(tǒng)接收來自現(xiàn)場總線AF100的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為模擬或開關(guān)量信號，將這些信號通過獨立的硬接線送到PLS中，接收來自現(xiàn)場總線AF100的數(shù)據(jù)，然后通過HSL通訊傳送至其它通道的ICP中，同時接收來自其它三個通道的ICP的數(shù)據(jù)。

3 軟件

　　Common Q平臺，利用軟件組態(tài)工具（AMPL ControlConfiguration，ACC），在使用intel處理器的個人電腦上完成組態(tài)的編程。

　　　　AMPL是基于預(yù)先定義好的功能塊工作的，這些功能塊被稱為過程控制（Process Control， Pc）元素和數(shù)據(jù)庫（Database，DB）元素。PC元素和DB元素配合使用，即可組態(tài)形成完整的控制功能。

　　AC160軟件包括一個實時的操作系統(tǒng)，任務(wù)管理程序，診斷程序，通訊接口程序以及用戶應(yīng)用程序。所有這些程序都存儲在PM646處理器的PROM 里。

　　系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和修改是通過ACC 組態(tài)工具來完成的，從最初的組態(tài)，到內(nèi)部測試，到現(xiàn)場調(diào)試以及工作系統(tǒng)的維護，都是由這個工具來完成。ACC軟件包括應(yīng)用程序生成器和功能圖生成器。程序生成器用來進行項目管理和軟件集成，功能圖生成器，用來進行程序開發(fā)。

4 通訊

　　Common Q 平臺中主要用到三種通訊方式：AFIO0（Advant Fieldbus 100）用于通道內(nèi)部的通訊；高速數(shù)據(jù)鏈路（High Speed Link Communication，HSL）用于通道問的數(shù)據(jù)傳輸和同一通道內(nèi)不同控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)，用于與擴展系統(tǒng)，例如電站計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。

　　國內(nèi)的浙江三門核電站和山東海陽核電站作為AP1000的自主化依托項目，目前各項工程建設(shè)正在按計劃進行，相信隨著工程的不斷深入，Common Q這一安全級平臺會得到更多的關(guān)注，在各方的努力下，我們會全面消化吸收這一技術(shù)，并最終實現(xiàn)國產(chǎn)化。

參考文獻

[1]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16Chapter2．
[2]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16 Chapter 7．
[3]ABB·CE，CENPD-396一P,Rev．1．Com on qualified platform．