DCS在核电站的应用

　　【摘要】随着社会科技的迅速发展，仪器仪表控制技术的也突飞猛进，特别在1970年以后，大规模集成电路的研究也有了长足发展，给自动化仪器仪表带来了巨大的改变，其中最为显著的成果就是DCS（分散式控制系统）技术的广泛应用。DCS控制系统具有响应速度快、数据精度和处理能力高、使用便捷等优点，因此在核电站得到了广泛的应用。本文结合国内外DCS系统在核电站的应用，介绍DCS技术在核电站的应用特点及相关问题等一系列内容。旨在推进我国核电自动控制领域DCS技术的不断发展。
　　【关键词】仪器仪表;DCS系统;核电站
　　中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0212-002
　　0 引言
　　在1970年以前，人们使用模拟信号对传输和控制信号进行转换和传输，这种转换和传输的精度不高，并且受到干扰信号的影响较大，控制效果和可靠性得不到提升，因此导致整个系统不能较好的运行。全数字集散控制系统（DCS）在1975年首次亮相于世界舞台，并在石化、矿业、环保、电力等各个行业得到广泛应用。DCS技术经过30多年的不断发展和完善，已经基本趋于成熟。目前，DCS控制系统已广泛应用于常规核电站。
　　DCS在核电领域虽然得到了应用，由于受到安全保障和保守原则桎梏，DCS的应用远远落后于其他领域。在仿真控制阶段，人因工程原理在设计中未能完全实现：仪器自动化水平不高、控制室结构复杂。当工作条件发生变化时，特别是在停机条件和低功率操作时，必须进行人工操作。当事故发生时，各种信号都向控制面板報告，误操作的可能性高;在维护中，在进行诊断和确定故障发生类型和位置时困难较大，导致存在较大的误差。特别地，保护控制计算单元使用模拟卡件来降低停堆裕量，导致不确定性增加。可以说，核电站模拟控制仪表的升级只是时间方面的问题。法国首先在核电站上使用了130W千瓦级的DCS保护系统，使系统的可靠性和安全度得到明显的提升。美国用计算机卡件取代了影响计算精度的模拟通道，使核电站主供水系统实现计算机控制，这样同样提高了系统的准确度。在此期间，通过基础理论知识的逐渐增多，核电站故障检测系统也得到了一定程度上的发展。上海核工程研究设计院曾经为巴基斯坦设计过一处核电站，该核电站使用DCS控制系统以及PLC控制器，基本实现复杂工艺自动化。现阶段核电站仪表控制的主要缺点是：系统集成不全面，而模拟仪表是这一问题的罪魁祸首，因为它严重影响了系统的自动化能力。但是这个现状存在是合理的，因为要实现数字化控制，那么模拟控制是必须经过的一个过渡阶段。
　　1 DCS技术简介
　　DCS技术是一种集散控制系统，是微处理器芯片为核心，以数字处理技术为特征的智能电子设备和计算机系统。它除了具有常规测控仪器的测控功能外，还具有强大的数据处理和通信功能，是3C技术应用的一个重要产物。全球10个国家的约60家公司已经推出了自己公司独立设计研发的DCS系统。目前，中国市场有西门子、三菱、ABB、霍尼韦尔等近20家DCS供应商。随着科研工作者认识到DCS的重要性，中国也进行了DCS系统的设计和研发。在科研工作者的不断努力下，国内DCS生产厂家也已经很多，如和利时、浙大中控等知名品牌，设计研发的DCS系统在核电领域也得到了广泛的应用。
　　2 DCS在国内外核电站应用现状
　　2.1 国外应用现状
　　在上个世纪80年代，在一项老核电站技术改造中用到了数字化Eagle系统，该系统是由西屋公司设计研发的。经过Eagle系统的更新换代，分布式控制系统在于大型核电站中也得到了应用，如Temelin 1#、2#机组、Ring-hals 2#机组和Surry 1#、2#机组。1992年，英国电力公司在SIZEEWELLB核电站上实现了全数字控制，即WISCO控制系统，它是美国西屋公司设计研发的集成数字控制系统，其中包括HICS控制系统、通用的过程控制系统PCS以及集中式的数据显示和处理，这些系统极大的提高了安全度和可靠性;采用数据处理系统DCS和基于EAGLE的全数字保护系统PPS。在此经过4年后，法国在N4核电站上首次使用145W千瓦级的全数字控制保护系统。此外，还有大量的硬接线控制按钮和仪表，以便在数字化系统发生故障时能够很好地实现系统的快速调整，以确保反应堆的安全关闭和废热及时排除。
　　2.2 国内应用现状
　　随着计算机网络的飞速发展以及各项高科技技术的不断完善，DCS技术也随之取得了长足发展。中国也与时俱进，将DCS技术引入到核电站中，田湾核电站首次采用全数字分布式控制系统，该系统遵循故障安全、节能环保以及“ALARA”等原则，广泛实现“四到二”逻辑，使手动反应堆和安全保护系统独立于计算机系统，可以单独进行操作。具有设备简化、操作简洁等优点，能够从根本上提高系统的安全性。操作人员通过滑动鼠标来发送指令，面向任务的图像与同一操作相关的控制和信息集成在一起。中国在近期将要引进第三代压水堆AP1000，同样是全数字的分散控制系统，不过在系统的功能和性能上都有较大提高。
　　3 DCS技术在核电站应用特点
　　3.1 DCS系统鼠标操作
　　传统核电站管理过程中，需要工作人员对控制台面板上的按键旋钮进行人工操作，然而在现阶段，DCS系统则不需要这样繁琐的操作，它实现了按键旋钮的面板可视化宏观操作，这样使工作人员工作量大大减少，同时也提高了操作的精确度。此外，人机交互界面可以清楚地看到系统内部参数和运行状态，可以在发生异常时第一时间作出反应。利用DCS系统，所有操作人员都能够更好地识别和解决各种异常和事故，降低人为失误的概率，使整个核电系统得到安全保障。
　　3.2 DCS系统更加智能
　　在传统的核电站管理和运行过程中，要求所有工作人员要进行手动操作，然而，DCS系统则是全自动数字化操作，不需要人工手动操作，减少人为的不可靠因素。此外，DCS系统能够清楚的显示和提醒各个部件的运行状态，并会根据系统实际状况作出调整。最后，DCS系统的应用可以更好地提高全部设备的自动智能化，从而使整个核电系统更加安全可靠，促进了核电领域的健康稳定发展。