核电站全数字化控制系统
2007-08-16
作者：北京和利时系统工程股份有限公司
核电站全数字化控制系统是以网络为中心实现的实时分布式系统。系统采用分散控制、集中管理的分层分布式控制结构，包括数据采集、数据管理和运行及安全监视等子系统、常规岛控制、辅助系统（BOP）控制。
系统由工程师站、操作站、现场控制站" title="控制站">控制站、通信控制站、打印服务站、系统服务器、管理网络、系统网络等组成。
1、系统逻辑结构图见下图：
2．系统性能指标
系统可利用率 ＞99.9％；系统平均修复时间 ＜4小时。
模拟量控制运算周期（最快）：125毫秒
逻辑量控制运算周期（最快）：50毫秒
冗余控制器切换时间" title="切换时间">切换时间：500毫秒
冗余通信线路切换时间：500毫秒
服务器切换时间：（最迟）：4秒
SOE分辨率：1毫秒
画面切换时间：500毫秒
系统的中央处理机、过程I/O" title="I/O">I/O站、操作员站和通讯服务器、打印服务器等主设备在设计中充分考虑了负荷的均衡，避免出现负荷尖峰的情况，系统满足需求规定的负荷准则为：
一般工况下CPU平均负荷率 ￡ 40%，繁忙工况下CPU平均负荷率 ￡ 70%，通讯高峰（繁忙工况）网络负荷率 ￡33%。
繁忙工况一般指雪崩工况。
事件顺序记录分辩率 SOE: 站内 ≤1 毫秒，站间 ≤2 毫秒。
即对于同一个采集站内的点，按1毫秒以上时间间隔产生变位时，记录的时间顺序不应有颠倒情况；对于不同的采集站的点，按2毫秒以上时间间隔产生变位时，记录的时间顺序不应有颠倒情况。
数据库最大点数：65535点；每个控制器IO能力：1000点。
系统的故障自诊断可诊断到板级、所有过程通道板可以带电插拔。
系统的数据服务器采用双机热备用方式，任何一台服务器发生故障，均不会影响系统运行，主服务器发生故障时，备份服务器可实现自动切换" title="自动切换">自动切换，成为主服务器，故障切换时间≤4秒（从故障出现到切换完成）。
现场控制站主控模块采用双机冗余配置、热备用运行方式。任何一个主控单元发生故障，均不会影响系统运行，主主控单元发生故障时，备份主控单元可实现自动切换，成为主主控单元，故障切换时间≤1秒
系统网络和管理网络采用冗余配置自动切换方式，保证数据通讯的可靠性。
系统的任一操作员站、数据采集站、通讯控制站，打印服务器以及双服务器运行中的某一台服务器故障后均不影响系统的整体运行，设备恢复运行时，除相关功能的转移外，也不会对系统的整体运行产生扰动。
模拟量时间戳精确到秒，开关量时间戳精确到毫秒。
系统提供来自电厂统一时钟的信号接口，系统内部时钟精度 ≤2mS
模拟量采集板抗得住下述范围内的干扰电压：最大共模250V(有效值)，差动噪音60V(有效值)
测量通道的抗干扰能力：共模抑制比，大信号≥100dB，小信号≥120dB；差模抑制比≥60dB
测量信号精度为大信号（0~5V，0~10V，±5V，±10V等电压信号，4~20mA，0~10mA等电流信号）：信号量程范围的±1‰；
小信号（热电偶，热电阻等温度信号）：信号量程范围的±2‰。
3、网络构成
基于Client/Server体系结构的大型分布式控制系统，从逻辑结构上分为现场采集控制级，中央处理级和操作级。
系统共有三层网络，即 Plant Data Highway层的100Mbps TCP/IP Ethernet，操作站、工程师站、中央处理服务器以及不同系统之间采用100Mbps Ethernet， 传输速率高，通讯介质可以是双绞线和多模光纤，采用TCP/IP协议，有很强的网络互联能力。
连接各I/O站和服务器的系统网络为星型网络结构。
每个I/O站内用现场总线（Control Area Network，CAN）连接主控模块和智能I/O模块，CAN现场总线符合ISO11898 CAN Specification 2.0B标准，是一种按优先级抢占式的总线。
4、系统创新点：
此系统具有以下技术创新点：
◆适用于百万千瓦级" title="百万千瓦级">百万千瓦级核电站的高性能、高可用性的实时分布式综合监控系统的体系结构；
◆基于OPC规范和COM技术的软件通讯接口技术；
◆以功能分散、负荷分散为原则的分布式实时数据库管理技术；
◆适用于百万千瓦级核电站有利于判断的智能报警技术。