基于IA平臺的核電廠DCS控制站的輸入輸出配置

梁柱*，蔡曉濤，謝挺

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基于IA平臺的核電廠DCS控制站的輸入輸出配置

梁柱*，蔡曉濤，謝挺

(中核控制系統工程有限公司，北京，100176)

本文結合IA平臺在福清核電廠非安全級DCS項目的實踐應用，介紹核電廠DCS控制站的輸入輸出配置方法。首先從先驗要求方面分析了在系統軟件設計階段需要考慮的問題，然后從后驗要求方面介紹了在輸入輸出配置完成后如何評估和改進，最后從機柜布置要求角度提出了輸入輸出配置過程中應該考慮的其他問題。本文包含核電廠DCS控制站輸入輸出配置方法的設計原則、工程經驗和具體問題解決方案，能夠指導工程實踐。

IA平臺；DCS；輸入輸出配置

引言

核電廠DCS控制站的輸入輸出（I/O）配置問題是指如何將所有的控制和測量信號合理的分配到各個機柜的各個I/O模塊上。在制定分配方案時，首先要從工藝角度分析，滿足核電站的設計工藝要求，因而軟件設計承擔著主要的分配任務，在實踐中已經形成了一套可行的分配原則。但是，單純的依據工藝要求和軟件設計原則來分配I/O點，有可能造成硬件上無法實現或無法滿足DCS的硬件設計要求。因此，在進行I/O分配時還需要綜合考慮硬件設計的要求。

福清核電廠3&4機組的非安全級DCS采用IA平臺。IA平臺是成熟的基于微處理器的分布式控制系統。本文將從先驗要求，后驗要求和機柜布置要求三個方面詳細闡述輸入輸出分配的實現方法。

1 先驗要求

一些硬件設計的要求是必須在軟件設計的同時就要考慮到的，具體如下：

（1）不同電壓等級的隔離，一塊I/O卡件只能分配具有相同供電等級的I/O點。

（2）外供電48VDC和內供電48VDC的隔離，一個I/O卡件不應既有需要外供電48VDC又有需要內供電48VDC的點。

（3）220VAC報警點應盡可能的分配在FBM242的16通道上。

（4）48VDC柜內報警應盡可能分配在FBM207C模塊的最后幾個通道上，外部48VDC電源報警在13通道，門控報警在14通道，溫控報警在15通道，內部48VDC和24VDC在16通道。

（5）盡可能把相同類型的，實現類似功能的I/O模塊分配在FBM背板的相鄰的位置，實現區域的劃分。

2 后驗要求

一些硬件設計對I/O分配的限制是間接的，而且硬件設計具有一定的靈活性和自適應性，不適宜作為一個指導性的原則在軟件設計的同時考慮進去。最好的實踐方法是在軟件設計完成后，利用硬件設計要求來衡量之前的分配方案是否合理，如果滿足硬件要求就無需修改，如果無法滿足，首先考慮修改硬件設計方案，實在不行再在原軟件方案基礎上進行修改。

2.1 電源容量限制

電源的容量，端子的耐受電流和熔斷絲的容量會對機柜內能夠安置的卡件種類，數量和安裝方法產生直接影響。

在計算負載容量之前，必須確知每個輸入輸出回路的電流容量。必須知道每個IA模塊和柜內電器單元的額定功率。

（1）端子耐受和熔斷絲容量。

熔斷絲下游的所有I/O通道的總電流容量不得超過該熔斷絲的額定容量。同理，端子下游的所有I/O通道的總電流容量不得超過該端子的額定工作電流。

（2）為現場設備供電的機柜內部48VDC或24VDC電源的容量。

福清核電DCS采用的柜內48VDC或24VDC電源的額定電流都是5A，如果由該電源供電的所有I/O回路的總電流容量大于5A，就需要增加一套48VDC或24VDC電源。此時，需要綜合考慮機柜的空間布置情況和外部220VAC供電的容量限制。

（3）為IA模塊供電的24VDC電源容量。

如果某一機柜的I/O點數分配過多，意味著所需的I/O模塊的數量也會相應增加，這樣就會導致需要的電源功率增加。IA模塊需要的總功率不能超過24VDC電源的最大功率。

（4）機柜外部48VDC供電母線容量。

福清核電DCS的48VDC外供電母線容量為15A，如果由該電源供電的所有I/O回路的總電流容量大于15A，就需要增加一套48VDC外供電。此時，需要綜合考慮機柜的空間布置情況和48VDC配電盤的分配情況。

（5）機柜外部220VDC供電母線容量。

福清核電DCS的220VAC外供電母線容量為15A，I/O分配方案應能滿足這一容量要求。

在實踐中應當以機柜為單位，逐一分析每個機柜的I/O分配方案。一套在實踐中總結出的有效的設計方法為：

1）分析機柜內所有I/O通道的供電類型，分析機柜內需要模塊以外電源供電的卡件數目和種類，依據I/O清單和I/O數據庫，以I/O模塊為單位統計出供電容量的信息。

2）依次完成外供電48VDC，內供電48VDC/24VDC的耗電功率統計，分析是否小于電源額定功率。如果不滿足要求需修改供電方案或修改I/O分配方案。

3）計算出每個I/O模塊的外供電容量，判斷是否小于上游熔斷絲的容量或端子的額定容量。

4）在確認以上步驟完成后，根據最新的I/O數據庫，柜內電器元件種類和數量，計算出24VDC電源，220VAC母線供電的總耗電功率。分析是否小于其額定功率。

2.2 熱容量要求

如果柜內分配的I/O卡件過多，會導致散熱量的增加，提高對風扇功率和房間散熱能力的要求。因此在完成IO分配后，還應計算整個機柜的熱容量，看機柜的散熱能力是否能夠滿足要求。

2.3 備用容量的考慮

為了改進和升級，DCS 系統和設備應具有足夠的備用容量。備用容量應基于對預期改進和升級需要的分析。備用容量至少包括以下幾類：

（1）機柜空間：每個機柜中，I/O模塊的實際安裝數不能超過其可安裝總數的80%。

（2）為新增 I&C 設備預留的接線端子。

（3）20%備用測量和驅動控制通道：在每個機柜中，每種類型的I/O通道數都應留有20%的余量。

（4）計算機化系統的儲存和處理容量：60% I&C 系統軟件存儲和處理的備用容量；100%數據存儲和信息處理的備用容量，或者等同的擴展可能性。

（5）數據傳輸能力容量：為可能增加新的數據傳輸接口預留 80%數據傳輸的備用容量。

3 機柜布置要求

3.1 現場信號的電壓隔離要求

在繪制機柜布置圖時要考慮現場信號的電壓隔離要求。

（1）直流電纜和交流電纜隔離，不同電壓等級的電纜都應該采取隔離措施。

（2）模擬量信號線和數字量信號線隔離，模擬量信號線和數字量信號線不能使用同一個線槽。

3.2 人因工程的考慮

DCS 設備（電路板、臺架、端子等）設計應便于維護和維修，并最大限度地減少這些操作期間的混淆和錯誤機會。比如：

（1）機能上合理的安放和布置。

（2）不管是機柜內部和外部，應按照統一的規定，保證部件的標識是明確的、易讀的和一致的。

（3）這些設備具有可接近性，且試驗點有明確標識。

（4）對易出現的無意觸發、端子短路、組件跌落等提供適當保護。

（5）警告和應急指導。

3.3 其他要求

（1）機柜布置應整潔，功能劃分明確。

（2）布置樣式應統一。

（3）應該力求簡潔，減少柜內電纜數量和長度。

4 結束語

目前，DCS系統已經廣泛應用于核電站儀控系統中，DCS控制站的輸入輸出配置要以系統設計和軟件功能設計為基礎，還要以硬件設計原則為依據，結合DCS平臺特性，并充分考慮電氣隔離要求、共因故障要求、冗余和備用要求等儀控設計要求，是一個綜合性的復雜設計問題。同時，DCS控制站的輸入輸出配置直接關系到儀控系統能否滿足性能要求，因而利用工程經驗總結出一套行之有效的設計方法具有重要意義。本文圍繞IA系統產品特性和核電站DCS機柜輸入輸出配置要求之間的關系，結合福清核電DCS項目的工程實踐，提出了可行的解決方案，可以作為后續核電DCS項目在開展輸入輸出配置設計時的參考。

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I/O Configuration of DCS Control Station of Nuclear Power Plant Based on IA Platform

LIANG Zhu*, CAI Xiaotao, XIE Ting

(China Nuclear Control System Engineering Co., Ltd., Beijing, 100176, China)

This paper introduces the input and output configuration method of DCS control station in nuclear power plant, referring to the practical application of IA platform in Fuqing Nuclear Power Plant non-safety DCS project. Firstly, the problems that need to be considered in the system software design phase are analyzed from the a priori requirements. Then, how to evaluate and improve the input and output configuration after the completion of the input requirements is introduced. Finally, other issues that should be considered during the input and output configuration process is proposed from the perspective of the cabinet layout requirements. This article contains the design principles, engineering experience and specific problem solutions for the input and output configuration methods of the DCS control station in a nuclear power plant, which can guide the engineering practice.

IA platform; DCS; I/O configuration

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.046

TP271

A

1672-9129(2018)01-0116-02

梁柱, 蔡曉濤, 謝挺. 基于IA平臺的核電廠DCS控制站的輸入輸出配置[J]. 數碼設計, 2018, 7(1): 116-117.

LIANG Zhu, CAI Xiaotao, XIE Tingl. I/O Configuration of DCS Control Station of Nuclear Power Plant Based on IA Platform[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 116-117.

2017-11-23；

2017-12-27。

梁柱(1984-)，男，河北張家口人，工程師，主要從事反應堆保護系統的數字化儀控設計。E-mail:liangzhu@cncs.bj.cn