Common Q平臺在核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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(biāo),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(zhǔn)的驗證和確認(rèn)(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(xì)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(biāo)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(yuǎn)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.
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