現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在核電站的應(yīng)用
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1、FCS在核電站中的發(fā)展
自Foxboro公司上個(gè)世紀(jì)80年代推出I/A Series系統(tǒng)以來，90年代是FCS發(fā)展階段。1991年美國(guó)Echelon公司推出具有全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)的Lon Works系統(tǒng)，但只是在非核領(lǐng)域里的應(yīng)用。隨著FCS技術(shù)的成熟，幾個(gè)代表國(guó)際先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)公司紛紛推出新一代核電站自動(dòng)控制系統(tǒng)：由ABB-CE公司推出先進(jìn)的80+系統(tǒng)應(yīng)用在1300 MW核電機(jī)組上。ABB-CE公司的80+系統(tǒng)1997年5月獲得美國(guó)核管會(huì)（USNRC）第二次的批準(zhǔn)，有效期15年[2]。美國(guó)西屋公司1995年已成功地運(yùn)用在捷克的Temelin核電站上，這是俄羅斯的VVER型核電機(jī)組，因原來控制系統(tǒng)比較落后，經(jīng)改造，由西屋公司最近一代的數(shù)字化集成控制系統(tǒng)替代[3]。日本日立公司NUCAMM-90系統(tǒng)是世界上首次應(yīng)用在1350 MW ABWR（先進(jìn)的沸水堆）上，首批2臺(tái)機(jī)組（柏崎刈羽6號(hào)、7號(hào)）分別于1996年和1997年在日本投入商業(yè)運(yùn)行[4]。法國(guó)法馬通公司的1450 MW Civaux-1和Civaux-2機(jī)組是新一代壓水堆核電站，采用了Sama公司N4控制系統(tǒng)，1999年兩臺(tái)機(jī)組相繼投入商運(yùn)。還有Emerson公司推出Plantweb（叫做Emerson Process Management）系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)，F(xiàn)oxboro公司2003年推出兩套新的現(xiàn)場(chǎng)總線模式I/A Series系列（ZCP270、FCP270）的自動(dòng)控制系統(tǒng)；日本橫河公司（YOKOGAWA）推出了CS3000 R3系統(tǒng)。這些新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)會(huì)帶來更安全、更可靠的核電站。
近幾年國(guó)內(nèi)FCS生產(chǎn)廠家（如：浙大中控、上海新華、北京和利時(shí)等[5]）經(jīng)過十幾年的努力，使國(guó)產(chǎn)FCS領(lǐng)域得到了發(fā)展。由國(guó)家支持的工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已于1995年10月正式對(duì)外開放，在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)研究方面解決了現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的超遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)、低功耗技術(shù)、軟件調(diào)制解調(diào)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)模糊測(cè)試評(píng)估技術(shù)、無沖擊帶電插拔技術(shù)、自適應(yīng)脈沖輸入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)集成技術(shù)、DCS任意冗余技術(shù)，打破了國(guó)外產(chǎn)品壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的局面[6]?？梢哉f用戶需求拉動(dòng)了FCS發(fā)展，相關(guān)技術(shù)的成熟發(fā)展提高了FCS質(zhì)量可靠性，而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供了可能，具備系統(tǒng)性、全面性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，使企業(yè)的效益和效率要求進(jìn)一步提高。
秦山一期核電站是中國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造的第一座30萬kW核電站，1994年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。儀表和控制（IC）設(shè)備是采用模擬量組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)。 田灣核電站是我國(guó)第一個(gè)全面（常規(guī)島和核島）采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)的核電廠，使用了西門子全數(shù)字化儀控系統(tǒng)[7]。
2、FCS介紹
核電站的設(shè)備可分為四大部分：核島設(shè)備，常規(guī)島設(shè)備，BOP（Balance of Plant電廠配套系統(tǒng)）設(shè)備，儀表和控制（IC）設(shè)備。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，核電站的各類設(shè)備向技術(shù)更先進(jìn)、工藝更完善、更可靠、更安全的方向發(fā)展，尤其是儀表和控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展最快。
核電站儀表和控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展大致分三個(gè)過程：由以模擬量組合單元儀表為主的主控制系統(tǒng)，以模擬量和數(shù)字量混合運(yùn)用為主的主控制系統(tǒng)，以集成全數(shù)字式為主的主控制系統(tǒng)。
FCS是由DCS（Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）和PLC（可編程邏輯控制）發(fā)展而來的，現(xiàn)場(chǎng)總線是從簡(jiǎn)單的I/O總線逐步到網(wǎng)絡(luò)形式的總線結(jié)構(gòu)，所以FCS具備PLC和DCS的所有特點(diǎn)。FCS與DCS的區(qū)別就在于現(xiàn)場(chǎng)總線，即FCS以網(wǎng)絡(luò)形式的總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，這也是核心所在。國(guó)內(nèi)有人把FCS稱為第四代DCS[8]?，F(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了儀控系統(tǒng)的開放性，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)處理信息、管理信息的可行性。
FCS的主要特征：混合控制功能（離散控制、過程控制都有），數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，信息化和集成化，開放型平臺(tái)與信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。
FCS從結(jié)構(gòu)上劃分，包括控制層、監(jiān)控層和管理層?？刂茖又饕蛇^程控制站、I/O單元和智能現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是控制核電站設(shè)備功能的主要實(shí)施部分。監(jiān)控層包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理層主要是指經(jīng)營(yíng)管理部門通過網(wǎng)絡(luò)可以看到主控的主要實(shí)時(shí)信息，了解核電站運(yùn)行情況，但不能操作。這是FCS作為更高層次的管理應(yīng)用之一。
FCS的主要技術(shù)特點(diǎn)有：全數(shù)字智能化、多功能、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置；用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制裝置、控制中心取代每臺(tái)儀器兩根線；多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、模擬系統(tǒng)；互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的；用分散的虛擬控制站取代集中的控制站；通過工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）可以上掛、下聯(lián)計(jì)算機(jī)；在保證安全的前提下局域網(wǎng)可與internet相通；執(zhí)行通信標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議和自動(dòng)化技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC國(guó)際電工委員會(huì)、ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、IEEE電子與電氣工程師協(xié)會(huì)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）。
評(píng)論