核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)介紹

核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DCS）基礎(chǔ)介紹質(zhì)量監(jiān)督分部授權(quán)培訓(xùn)教材標(biāo)題,中黑20pt1.DCS基礎(chǔ)知識(shí)

2.核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)

3.核電站DCS監(jiān)造基礎(chǔ)201DCS基礎(chǔ)知識(shí)章節(jié)主題,中黑20pt31.數(shù)字化儀控系統(tǒng)簡介數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DigitalInstrument&ControlSystem）是以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)（又稱：DistributedControlSystem，簡稱DCS）。DCS的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即計(jì)算機(jī)－Computer、控制－Control、通信－Communication和CRT顯示技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入和開發(fā)面向狀態(tài)的診斷技術(shù)、智能化報(bào)警技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、符合人因工程要求的人機(jī)界面、先進(jìn)的主控室等現(xiàn)代技術(shù)，并采用系統(tǒng)化的控制室功能分析和分配、操縱員作業(yè)分析等設(shè)計(jì)技術(shù)，以及面向運(yùn)行安全狀態(tài)的操作員支持系統(tǒng)包括智能診斷與智能報(bào)警為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)化操作規(guī)程等。

DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來，以完成對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理。1.1數(shù)字化儀控系統(tǒng)的概念及主要功能4DCS自1975年問世以來已經(jīng)歷了近三十年的時(shí)間，其可靠性、實(shí)用性不斷提高，功能日益增強(qiáng)，如控制器的處理能力、網(wǎng)絡(luò)通訊能力、控制算法、畫面顯示及綜合管理能力等。DCS系統(tǒng)過去只應(yīng)用在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，但隨著4C技術(shù)及軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，到目前已經(jīng)在電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是電力、石化這樣的行業(yè)。我國發(fā)電廠儀控專業(yè)發(fā)展的歷程基本分為三個(gè)階段：發(fā)電廠熱工控制（簡稱“熱控”）1953年-1965年發(fā)電廠熱工自動(dòng)化（簡稱“熱自”）1965年-1985年發(fā)電廠綜合自動(dòng)化（數(shù)字化、信息化階段）1985年-51.2DCS的發(fā)展歷史01Arial96pt6在工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)：DCS－DistributedControlSystemPLC－ProgrammableLogicControllerFCS－FieldbusControlSystem1.2DCS的發(fā)展歷史第一代：1975～1980（初創(chuàng)期）典型DCS系統(tǒng)：Honeywell：TDC-2000Yokogawa：YawparkFoxboro：SpectrumBailey：Network90Kent：P4000Siemens：TelepermMToshiba：TOSDIC系統(tǒng)構(gòu)成與特點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集單元過程控制單元CRT操作站上位管理計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)通道注重功能的實(shí)現(xiàn)使用專用軟、硬件，價(jià)格昂貴沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，開放性差1.2DCS的發(fā)展歷史7第二代：1980～1985（成長期）典型DCS系統(tǒng)：Honeywell：TDC-3000Fisher：PROVOXTaylor：MOD300Westinghouse：WDPF系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)局域網(wǎng)絡(luò)多功能現(xiàn)場控制站增強(qiáng)型操作站系統(tǒng)管理站主計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接器引入LAN作為系統(tǒng)骨干擺脫儀表，靠近計(jì)算機(jī)增加順序控制、邏輯控制可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和管理功能顯示技術(shù)得到提高，出現(xiàn)光標(biāo)操作第三代：1987－（擴(kuò)展期）典型DCS系統(tǒng)Foxboro：I/ASeriseHoneywell：TDC-3000UCNYokogawa：Centum-XL，μXLBailey：INFI90Westinghouse：WDPFIIToshiba：HIACSLeeds&Northrup：MAX1000Moore

：PACS

系統(tǒng)特點(diǎn)與構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制站操作站/工程師站網(wǎng)絡(luò)連接器增加上層網(wǎng)絡(luò)，納入生產(chǎn)管理開始采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)：開放組態(tài)開始標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用更加廣泛，成為大眾產(chǎn)品開始引入現(xiàn)場總線8第四代？→FCS/Web Honeywell：ExperionPKS Emerson：PlantWeb Foxboro：A2 Yokogawa：R3 ABB：IndustrialIT2I世紀(jì)＝Information＋I(xiàn)ntegrated1.2DCS的發(fā)展歷史1.3DCS的結(jié)構(gòu)和組成9LEVEL3LEVEL2LEVEL1LEVEL0DCSLEVEL0：現(xiàn)場控制層,主要包括以執(zhí)行器和變送器為主的現(xiàn)場設(shè)備；LEVEL1：過程控制層,主要包括反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、T/G控制系統(tǒng)、堆內(nèi)測量等控制和采集系統(tǒng)等；LEVEL2：操作控制層（操作和信息管理層）,主要包括放置于主控室、RSS、TSC等控制室的KIC、BUP等人機(jī)交互設(shè)備和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備；LEVEL3：管理層，即第三方控制接口以及管理層,主要包括電站信息系統(tǒng)、應(yīng)急處理系統(tǒng)等等。儀控系統(tǒng)的分層：10硬件操作站一般采用桌面式通用計(jì)算機(jī)組成：主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等用于過程監(jiān)視、操作、管理工程師站一般比操作站“高檔”組成：主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等用于系統(tǒng)組態(tài)、配置、維護(hù)可兼作操作站111.3DCS的結(jié)構(gòu)和組成現(xiàn)場控制站DCS的核心組成：控制器、I/O、輔助設(shè)備完成系統(tǒng)的主要功能控制器雙冗余有的可實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)I/O冗余通訊系統(tǒng)連接各節(jié)點(diǎn)的橋梁包括：現(xiàn)場總線、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)一般在控制網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)外部供電+UPS雙電源切換現(xiàn)場控制站電源進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)現(xiàn)場控制站和操作站/工程師站可分開供電軟件現(xiàn)場控制站現(xiàn)場I/O驅(qū)動(dòng)軟件I/O信號(hào)預(yù)處理軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件控制算法軟件實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)操作站圖形處理軟件操作命令處理軟件歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)趨勢顯示軟件報(bào)警、事件信息的顯示處理軟件歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)存軟件報(bào)表軟件運(yùn)行日志的記錄、顯示、打印和存儲(chǔ)軟件12-工程師站硬件配置軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫生成軟件算法編輯、編譯、仿真軟件畫面編輯、報(bào)表設(shè)計(jì)軟件報(bào)警、事件、趨勢等屬性設(shè)置軟件1.3DCS的結(jié)構(gòu)和組成02核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)章節(jié)主題,中黑20pt131415專用儀控系統(tǒng)核島通風(fēng)空調(diào)就地控制系統(tǒng)PX泵站就地控制系統(tǒng)常規(guī)島及BOP通風(fēng)空調(diào)就地控制系統(tǒng)反應(yīng)堆堆外核測量系統(tǒng)(RPN)反應(yīng)堆堆芯溫度、中子測量系統(tǒng)(RIC)核輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRT)松動(dòng)部件與振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)（KIR）控制棒棒位棒控系統(tǒng)(RGL)TG控制與保護(hù)系統(tǒng)三廢系統(tǒng)（KSN）Loca輻照監(jiān)測系統(tǒng)（LSS）KDO/KME數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)地震監(jiān)測系統(tǒng)（KIF）開關(guān)：溫度開關(guān)壓力開關(guān)液位開關(guān)流量開關(guān)就地儀表：溫度表壓力表液位表流量表傳感器：溫度傳感器壓力傳感器液位傳感器流量傳感器全廠數(shù)字化控制系統(tǒng)（DCS）過程信息與控制系統(tǒng)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)堆芯冷卻監(jiān)測系統(tǒng)后備盤、緊急停堆盤、遠(yuǎn)程停堆162.1國內(nèi)核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)發(fā)展1996年田灣核電站（俄羅斯VVER-428）引進(jìn)數(shù)字化儀控系統(tǒng)(AREVA/SIEMENS--TelepermXP+TelepermXS)。嶺澳二期核電站也采用了TelepermXP+TelepermXS)，并成功運(yùn)行。紅沿河、寧德、陽江、防城港等CPR1000系列核電項(xiàng)目也全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)（安全級(jí)DCS采用三菱MELTAC平臺(tái)，非安全級(jí)DCS采用和利時(shí)公司的HOLLiAS平臺(tái)）。在建三代EPR和AP1000核電站也將全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)。當(dāng)前在役和在建核電廠，所（擬）使用的DCS系統(tǒng)主要有：

HolliASMACS+MELTACPlusN

IA&triconexTXP（SPPA-T2000）+TXSCOMMOMQ+OVATION17儀控技術(shù)核電站系統(tǒng)及廠家備注二代模擬技術(shù)：模擬量儀表采用小規(guī)模集成電路和運(yùn)算放大器，邏輯量儀表采用常規(guī)繼電器等硬邏輯電路來控制秦山一期FOXBORO公司的SPEC200核島升級(jí)為TXS系統(tǒng)秦山二期KIT/KPS采用HSCAS2000大亞灣Baily9020LAI期TGC部分采用P320（ALSTOM）二代加常規(guī)儀表+DCS模式LAI期秦山二期翻版三代全數(shù)字化技術(shù)田灣核電站AREVATelepermXSSiemensTelepermXPLAII期EPRHYH、ND、PY、BL等CPR1000三菱MELTACNPlusHOLILIASMACXSAP1000OVATION+COMMONQ國內(nèi)核電廠儀控系統(tǒng)簡介18國外核電廠儀控系統(tǒng)簡介廠家系統(tǒng)應(yīng)用說明非安全級(jí)安全級(jí)AREVA+SIEMENS西門子TXPAREVATXSFA3、OL3三菱三菱+CTECMELTAC-NplusR3日本泊3西屋公司西屋+ABBWDPFEALGLE21技術(shù)改造OVATIONCOMMONQ三門OVATIONADVANTABB/CENUPLEX80ADVANT韓國APR1400、美國PLAOEDF/FRAN4N4電站192.2DCS在核電站的作用和地位DCS工作原理：形象的說，DCS是核電站全廠的“大腦和神經(jīng)系統(tǒng)”，通過傳感器、流量計(jì)等“神經(jīng)元末梢”收集信息，經(jīng)過控制電纜、網(wǎng)絡(luò)等“神經(jīng)系統(tǒng)”傳遞信息，在處理器“大腦”中完成復(fù)雜計(jì)算，在傳遞到人機(jī)接口和神經(jīng)末梢的完整過程。當(dāng)今，DCS和PLP、TG并列為核電站三大重要設(shè)備和采購包。

采集信息數(shù)據(jù)處理MCR信息、報(bào)警執(zhí)行自動(dòng)控制邏輯發(fā)出指令收集反饋，實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制20儀控系統(tǒng)是操作員的“眼和耳”，可以為操作員提供精確的、適當(dāng)?shù)男畔⒑驮陔娬菊?、異常運(yùn)行時(shí)為操作員介入運(yùn)行提供了手段。因此他們對(duì)電站的安全和有效運(yùn)行至關(guān)重要；在電站正常運(yùn)行時(shí)，DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制，這使操作員有時(shí)間觀察電站的行為，監(jiān)視電站正在發(fā)生什么，以便迅速采取正確的糾正行動(dòng)；安全儀控系統(tǒng)也可以防止電站操作員或自動(dòng)控制系統(tǒng)帶來的錯(cuò)誤或故障而導(dǎo)致的后果。在電站異常狀態(tài)下，安全儀控系統(tǒng)為保證電站及環(huán)境的安全能提供快速自動(dòng)功能。與常規(guī)電站相比，核電站的儀控系統(tǒng)更為復(fù)雜，原因是：由于較高的資金投入，要求核電站的可利用率就得非常高；核電站運(yùn)行時(shí)它的反應(yīng)堆裝置具有不可接近性，要求他的狀態(tài)及相關(guān)系統(tǒng)必須在一個(gè)集中的地點(diǎn)現(xiàn)實(shí)、控制；高可靠、冗余的安全系統(tǒng)必須確保自動(dòng)安全停堆。運(yùn)行人員的操作優(yōu)化設(shè)計(jì)：從安全觀點(diǎn)出發(fā)，廠區(qū)人員的工作場所和工作環(huán)境必須按人因工程學(xué)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；人機(jī)接口的實(shí)質(zhì)，是核電廠運(yùn)行實(shí)踐中自動(dòng)化程度與人干預(yù)能力的平衡問題。自動(dòng)與人工操作的平衡即人機(jī)關(guān)系，與最佳化有關(guān)，其總目標(biāo)是減少風(fēng)險(xiǎn)和停堆損失。21相比于原有核電站模擬儀控系統(tǒng)，數(shù)字化儀控系統(tǒng)尤其優(yōu)越性優(yōu)點(diǎn)具有很好高的控制精確性和很強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算處理、計(jì)算能力，能顯著提高了儀控系統(tǒng)的綜合性能，完成以往模擬儀控系統(tǒng)所無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜邏輯運(yùn)算處理和計(jì)算功能；以通信網(wǎng)絡(luò)連接各系統(tǒng)設(shè)備，大大減少了連接電纜的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；能方便有效的?shí)現(xiàn)具有多重冗余、故障安全和容錯(cuò)等功能，提高了系統(tǒng)可用性和可靠性；能方便、有效的實(shí)現(xiàn)具有系統(tǒng)在線檢查和自診斷功能，有助于故障分析和判斷；系統(tǒng)擴(kuò)展靈活性好、可組態(tài)性強(qiáng)，便于維護(hù)；具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)能力，改善了人機(jī)接口。222324252.3核安全分級(jí)核電站DCS分為：1E（安全級(jí)）,SR（安全相關(guān)）,NC（非安全級(jí)）1E：短期內(nèi)能迅速使反應(yīng)堆達(dá)到并保持在穩(wěn)定狀態(tài)，包括：停堆安全殼隔離緊急冷卻余熱排出反應(yīng)堆廠房余熱排出防止放射性物質(zhì)向環(huán)境中釋放SR：在中長期內(nèi)使反應(yīng)堆保持在安全狀態(tài)，包括：使反應(yīng)堆維持在安全停堆狀態(tài)主要一回路系統(tǒng)隔離事故后監(jiān)視功能（類型2,3）乏燃料冷卻NC：除1E與SR之外的例如：廠房通風(fēng)、照明等262.4設(shè)備鑒定分級(jí)K1，布置在反應(yīng)堆廠房內(nèi)，在正常工況、事故中、事故后、地震中均能正常工作；K2，布置在反應(yīng)堆廠房內(nèi)，在正常工況、地震工況能正常工作；K3，布置在反應(yīng)堆廠房外，在正常工況、地震工況以及特定事故工況能正常工作。272.5核電廠各系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的基本原則有單一故障準(zhǔn)則多樣性原則獨(dú)立性原則故障安全原則定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施充分采用固有安全性的設(shè)計(jì)原則30分鐘不干預(yù)原則；282.6核電廠DCS工藝流程2930313203核電站DCS監(jiān)造基礎(chǔ)33343.1DCS質(zhì)量監(jiān)督分級(jí)原則：依據(jù)：儀控設(shè)備及其部