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）基礎介紹質量監(jiān)督分部授權培訓教材標題,中黑20pt1.DCS基礎知識

2.核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)

3.核電站DCS監(jiān)造基礎201DCS基礎知識章節(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）是以計算機、網(wǎng)絡通訊為基礎的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)（又稱：DistributedControlSystem，簡稱DCS）。DCS的主要基礎是4C技術，即計算機－Computer、控制－Control、通信－Communication和CRT顯示技術。在此基礎上，進一步引入和開發(fā)面向狀態(tài)的診斷技術、智能化報警技術、數(shù)據(jù)庫技術、符合人因工程要求的人機界面、先進的主控室等現(xiàn)代技術，并采用系統(tǒng)化的控制室功能分析和分配、操縱員作業(yè)分析等設計技術，以及面向運行安全狀態(tài)的操作員支持系統(tǒng)包括智能診斷與智能報警為基礎的計算機化操作規(guī)程等。

DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡將分布在工業(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，以完成對現(xiàn)場生產(chǎn)設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)歷了近三十年的時間，其可靠性、實用性不斷提高，功能日益增強，如控制器的處理能力、網(wǎng)絡通訊能力、控制算法、畫面顯示及綜合管理能力等。DCS系統(tǒng)過去只應用在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，但隨著4C技術及軟件技術的迅猛發(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)電廠熱工自動化（簡稱“熱自”）1965年-1985年發(fā)電廠綜合自動化（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)構成與特點：數(shù)據(jù)采集單元過程控制單元CRT操作站上位管理計算機高速數(shù)據(jù)通道注重功能的實現(xiàn)使用專用軟、硬件，價格昂貴沒有統(tǒng)一標準，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)構成及特點局域網(wǎng)絡多功能現(xiàn)場控制站增強型操作站系統(tǒng)管理站主計算機網(wǎng)絡連接器引入LAN作為系統(tǒng)骨干擺脫儀表，靠近計算機增加順序控制、邏輯控制可以實現(xiàn)優(yōu)化控制和管理功能顯示技術得到提高，出現(xiàn)光標操作第三代：1987－（擴展期）典型DCS系統(tǒng)Foxboro：I/ASeriseHoneywell：TDC-3000UCNYokogawa：Centum-XL，μXLBailey：INFI90Westinghouse：WDPFIIToshiba：HIACSLeeds&Northrup：MAX1000Moore

：PACS

系統(tǒng)特點與構成通訊網(wǎng)絡現(xiàn)場控制站操作站/工程師站網(wǎng)絡連接器增加上層網(wǎng)絡，納入生產(chǎn)管理開始采用標準網(wǎng)絡：開放組態(tài)開始標準化應用更加廣泛，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＝Information＋Integrated1.2DCS的發(fā)展歷史1.3DCS的結構和組成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)場設備；LEVEL1：過程控制層,主要包括反應堆保護系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、T/G控制系統(tǒng)、堆內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等人機交互設備和相關的數(shù)據(jù)處理設備；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算機組成：主機、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等用于過程監(jiān)視、操作、管理工程師站一般比操作站“高檔”組成：主機、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等用于系統(tǒng)組態(tài)、配置、維護可兼作操作站111.3DCS的結構和組成現(xiàn)場控制站DCS的核心組成：控制器、I/O、輔助設備完成系統(tǒng)的主要功能控制器雙冗余有的可實現(xiàn)重點I/O冗余通訊系統(tǒng)連接各節(jié)點的橋梁包括：現(xiàn)場總線、控制網(wǎng)絡、系統(tǒng)網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡一般在控制網(wǎng)絡和系統(tǒng)網(wǎng)絡進行冗余設計電源系統(tǒng)外部供電+UPS雙電源切換現(xiàn)場控制站電源進行冗余設計現(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驅動軟件I/O信號預處理軟件實時數(shù)據(jù)庫軟件控制算法軟件實時操作系統(tǒng)操作站圖形處理軟件操作命令處理軟件歷史數(shù)據(jù)及實時趨勢顯示軟件報警、事件信息的顯示處理軟件歷史數(shù)據(jù)的存儲、轉存軟件報表軟件運行日志的記錄、顯示、打印和存儲軟件12-工程師站硬件配置軟件實時數(shù)據(jù)庫生成軟件算法編輯、編譯、仿真軟件畫面編輯、報表設計軟件報警、事件、趨勢等屬性設置軟件1.3DCS的結構和組成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)核島通風空調就地控制系統(tǒng)PX泵站就地控制系統(tǒng)常規(guī)島及BOP通風空調就地控制系統(tǒng)反應堆堆外核測量系統(tǒng)(RPN)反應堆堆芯溫度、中子測量系統(tǒng)(RIC)核輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRT)松動部件與振動監(jiān)測系統(tǒng)（KIR）控制棒棒位棒控系統(tǒng)(RGL)TG控制與保護系統(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：溫度開關壓力開關液位開關流量開關就地儀表：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)電廠自動化系統(tǒng)反應堆保護系統(tǒng)堆芯冷卻監(jiān)測系統(tǒng)后備盤、緊急停堆盤、遠程停堆162.1國內核電廠數(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)，并成功運行。紅沿河、寧德、陽江、防城港等CPR1000系列核電項目也全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)（安全級DCS采用三菱MELTAC平臺，非安全級DCS采用和利時公司的HOLLiAS平臺）。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儀控技術核電站系統(tǒng)及廠家備注二代模擬技術：模擬量儀表采用小規(guī)模集成電路和運算放大器，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)字化技術田灣核電站AREVATelepermXSSiemensTelepermXPLAII期EPRHYH、ND、PY、BL等CPR1000三菱MELTACNPlusHOLILIASMACXSAP1000OVATION+COMMONQ國內核電廠儀控系統(tǒng)簡介18國外核電廠儀控系統(tǒng)簡介廠家系統(tǒng)應用說明非安全級安全級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、流量計等“神經(jīng)元末梢”收集信息，經(jīng)過控制電纜、網(wǎng)絡等“神經(jīng)系統(tǒng)”傳遞信息，在處理器“大腦”中完成復雜計算，在傳遞到人機接口和神經(jīng)末梢的完整過程。當今，DCS和PLP、TG并列為核電站三大重要設備和采購包。

采集信息數(shù)據(jù)處理MCR信息、報警執(zhí)行自動控制邏輯發(fā)出指令收集反饋，實現(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?shù)男畔⒑驮陔娬菊?、異常運行時為操作員介入運行提供了手段。因此他們對電站的安全和有效運行至關重要；在電站正常運行時，DCS系統(tǒng)自動控制，這使操作員有時間觀察電站的行為，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；安全儀控系統(tǒng)也可以防止電站操作員或自動控制系統(tǒng)帶來的錯誤或故障而導致的后果。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功能。與常規(guī)電站相比，核電站的儀控系統(tǒng)更為復雜，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；核電站運行時它的反應堆裝置具有不可接近性，要求他的狀態(tài)及相關系統(tǒng)必須在一個集中的地點現(xiàn)實、控制；高可靠、冗余的安全系統(tǒng)必須確保自動安全停堆。運行人員的操作優(yōu)化設計：從安全觀點出發(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原則進行設計；人機接口的實質，是核電廠運行實踐中自動化程度與人干預能力的平衡問題。自動與人工操作的平衡即人機關系，與最佳化有關，其總目標是減少風險和停堆損失。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)點具有很好高的控制精確性和很強大的邏輯運算處理、計算能力，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)所無法實現(xiàn)的復雜邏輯運算處理和計算功能；以通信網(wǎng)絡連接各系統(tǒng)設備，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?；能方便有效的實現(xiàn)具有多重冗余、故障安全和容錯等功能，提高了系統(tǒng)可用性和可靠性；能方便、有效的實現(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)擴展靈活性好、可組態(tài)性強，便于維護；具有強大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和存儲能力，改善了人機接口。222324252.3核安全分級核電站DCS分為：1E（安全級）,SR（安全相關）,NC（非安全級）1E：短期內能迅速使反應堆達到并保持在穩(wěn)定狀態(tài)，包括：停堆安全殼隔離緊急冷卻余熱排出反應堆廠房余熱排出防止放射性物質向環(huán)境中釋放SR：在中長期內使反應堆保持在安全狀態(tài)，包括：使反應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、照明等262.4設備鑒定分級K1，布置在反應堆廠房內，在正常工況、事故中、事故后、地震中均能正常工作；K2，布置在反應堆廠房內，在正常工況、地震工況能正常工作；K3，布置在反應堆廠房外，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)安全設計的基本原則有單一故障準則多樣性原則獨立性原則故障安全原則定期試驗、維護、檢查的措施充分采用固有安全性的設計原則30分鐘不干預原則；282.6核電廠DCS工藝流程2930313203核電站DCS監(jiān)造基礎33343.1DCS質量監(jiān)督分級原則：依據(jù)：儀控設備及其部