淺談核電廠DCS與JDT系統通訊的故障診斷與優化

李康樂+張浩

【摘 要】JDT系統是核電廠的火災探測系統，DCS為核電站的安全監控和傳輸系統。JDT系統將火災預警信號傳輸給DCS，實現監控和處理。DCS與JDT系統通訊的故障多出現在調試階段，常見故障為JDT與DCS 單側鏈路通訊故障。故障持續時間為5s左右，發生頻率較高。本文針對DCS與JDT系統通訊的故障提出了具體的解決策略。

【關鍵詞】核電廠；DCS與JDT系統；故障診斷；優化

核電站在我國經濟發展中具有重要作用，火災是核電廠的重要安全隱患之一，一旦發生火災，將給核電站帶來巨大的損失。因此，核電站建立了DCS與JDT系統通訊來對火災進行預警，但這一系統自身存在一定的運行故障，需要核電廠與產商探討進行解決。

1 DCS 與JDT系統通訊故障分析

JDT火災探測系統將收集到的火災預警信號發送給DCS監控系統，實現對防火閥的控制，從而確保核電站的運行安全。常見的DCS 與JDT系統通訊故障為KIC 瀏覽日志中出現的單側鏈路通訊故障。故障持續時間約為5 秒，發生頻率為40～50次/天。為了方便查找故障點及產生原因，可在JDT通訊側使用總線監聽的方式來獲取通訊報文，故障診斷為便攜式PC 加上一個RS232/RS485 轉換器。故障監測原理為：將RS232/RS485 轉換器的RS485端D+/D-端子與JDT A側光電轉換器RS485 端的D+/D-端子并聯，并將RS232/RS485 轉換器的RS232 端接到PC機的串口上。根據DCS與JDT系統通訊連接原則設置系統的起始位、波特率和檢驗方式，最終實現監聽功能，獲取火警報文，并將報文以連續不間斷的方式儲存與同一個文本文件中，在傳輸和抓取過程中，可能出現異常報文。

以某核電廠某一時段主站DCS 系統發出的異常報文[01 03 00 8C 00 01 45 E1]為例，該報文發出后，JDT并未給予反應，而是在串口處出現超時，并且超時長達500ms，DCS進行兩次重發后，JDT同樣在500ms內未給出應答，說明該鏈路已經出現故障，并發出了通知鏈路故障信號，觸發KIC 報警。與此同時，DCS 通訊站對該通訊進行初始化，將報文[01 03 00 80 00 02 C5 E3] 發送給監測系統JDT，發送后，JDT 系統并未在規定時間內給與回應，提示故障并未解決。DCS 通訊站將再次以該報文進行重發，此次JDT系統在規定500s內給出了應答，應答結果為 [01 03 02 00 00 B8 44]。根據分析，該應答為之前報文的某條應答，說明故障并未解決，因此DCS通訊站依然判定系統為通訊故障，并在此對其進行初始化，以同樣的原理發出請求報文，直到再JDT系統給出正確應答。在自動修復過程中，DCS 系統與JDT 出現了2.1s 的無響應時間。除了DCS 使用功能碼15向JDT寫數據時發生的故障，其余故障原理基本相同，解決辦法不受報文不同的影響。也就是說，多數故障的原因在于JDT 出現延遲而造成DCS 通訊站無響應，最終判定為故障并引起DCS 通訊站無應答。但是，對于故障發生的原因，目前尚未統一定論，還需要在核電站運行實踐中不斷的探索和研究。

2 DCS 與JDT系統優化

核電廠DCS 與JDT系統主要是來自于JDT系統的延時響應，在規定時間500ms內系統無響應，但對其原因目前尚未定論。但核電廠可以通過對系統優化的方式來減少延遲發生，確保核電廠運行安全。商家要對JDT系統生產技術要進行革新，并幫助核電廠分析可能產生延遲的原因。DCS系統與JDT系統同時完成火警預警過程，提示DCS系統自身可能存在某種問題，因此要對該系統進行優化和分析，以找到故障原因和更好的解決辦法。具體措施如下：

2.1 減少報文數目

DCS通訊地址連續才能確保報文的正常接收，而在針對核電站的調查中發現，多數的DCS通訊地址并不連續，這樣DCS發出的單次請求通常只能為1-2個字節，無形中增加了請求報文，影響了傳輸效率，才造成JDT無響應。因此，根據國家消防部門的規定，就要通過減少報文數量來提高預警效率，做到及時防火，通常要求火警預防動作時間不得超過3s。可將通訊點配置文件中的空偏移地址補全，這樣在DCS數據刷新周期中的請求報文條數就會減少，并且能夠降低周期數據的刷新時間，提高數據傳輸效率。根據國家對核電站標Modbus-RTU 幀的規定中指出：“RTU模式的時長要在不少于3.5個字符時間的空閑間隔將報文幀區開，該規定被稱為t3.5的約定。也就是說，發送幀時間不能過長，但也不能過短，一旦發送幀低于3.5個字符空間，則會使串行鏈路存在安全隱患，主要體現為DCS系統會發出更多的報文但無法及時識別，當波特率較低時，t3.5 時間將延長，同樣會出現傳輸故障問題，在核電站調試過程中，此故障十分常見。在系統進行優化過程中，可適當增加幀間隔時間，以降低減通訊負荷，對JDT 側無響應具有緩解作用。

2.2 增加寫指令重試次數

根據核電站DCS與JDT系統通訊現狀分析，只有在DCS 發出Modbus 寫指令后未收到響應時會自動重試，但未寫指令則不會。由此可見，設計時，可對系統功能積極性優化，增加寫指令可重試次數，條件允許時，還可研究未寫指令的重發，以便于為JDT 爭取更多的等待時間，減少火警預警通訊中斷率。還可以在產品設計時，增加可配置參數，以供使用者參考，為后續項目的安全運行提供條件。

2.3 核電廠DCS與JDT系統通訊優化效果

某核電廠的CPR1000核電項目采用了上述故障判斷和解決辦法，經過JDT 廠家對項目施工項目通訊鏈路模塊的調整，將兩條與DCS 通訊的串行鏈路配置到同一塊PLC 通訊模塊上，并將兩條與火災探測器通訊的鏈路配置到另外一塊通訊模塊上，這樣，該故障問題得到了很好的解決。

3 總結

核電站DCS 與JDT 通訊系統具有自身的特點，二者的結合主要是為了實現火災預警。目前，DCS 與JDT 通訊系統在運行中會出現一定的故障，其中主要表現為信號延遲而無法預警。筆者根據某在建核電站DCS 與JDT 通訊系統鏈路的優化效果進行分析，提出了DCS 與JDT 通訊系統故障的解決方案。

【參考文獻】

[1]程保華，張合廠.核電廠DCS與JDT系統通訊故障診斷與優化[J].理論與算法，2015（1）.

[2]杜慧.核電非安全級DCS校時系統設計方案和故障處理方法[J].工業控制計算機，2016（2）.

[責任編輯：王偉平]