田灣核電廠儀控TXP系統的應用

王 新

（中核檢修有限公司，連云港 222000）

田灣核電站是國內首個數字化儀控DCS系統的核電廠，電廠DCS系統穩定與否關系到電站的安全生產經營，是電站安全生產的重要組成部分，它清晰地反饋了現場設備的狀態，在電站起著舉足輕重的作用。

田灣核電廠Teleperm-XP系統為典型的集散控制系統，由AS620自動化系統、OM690操作和監測系統、ES680工程設計與調試系統、DS670故障診斷系統和SINEC H1網絡通訊總線系統組成。按功能分層為操作員控制和監視層（OT）、上層系統數據通訊層（終端總線 Terminal bus）、過程處理層（PU）、過程參數通訊層（工廠總線Plant bus）、自動化層（AP：AS620B/T）和單項控制層（I/O接口）組成[1]。系統結構及外部接口示意如圖1所示。

1 上層系統網絡結構

1.1 網絡結構簡介

Teleperm-XP系統的通信由SINEC H1網絡通訊總線系統構成的電廠總線plant bus、終端總線terminal bus、存檔總線archive bus以及power plant bus完成。終端總線用于OM系統計算機之間的通訊，同時通過網關XU與外部系統進行通訊。電廠總線用于 AS620、ES680、DS670、OM690 之間的通訊，并通過虛擬成AP的GATEWAY網關與安全儀控系統TXS進行通訊。存檔總線用于存檔系統和jukebox之間的通訊。Power plant bus用于通過XU與第三方系統之間的通訊。Teleperm-XP系統網絡使用CSMA-CD訪問機制，這種方法不使用中心點來協調訪問，而是每一臺連接到總線上的終端都有相同的權利并且獨立偵聽沖突。沖突發生的時候，發送一個消息，總線上的設備就會發現這個沖突，發生沖突的數據包被發送者和接收者拒收，在經過一段時間（由隨機函數產生）后，數據包被重新發送給接收者。

所有AP，冗余的PU以及DS、ES系統都連接到電廠總線。電廠總線被用來傳送從AP到PU的過程數據以及PU到AP的數據信息和命令，AP配置數據的改變也被ES系統通過總線傳送到對應的AP，DS通過電廠總線從AS620系統和PU讀取診斷數據信息。

所有OM690系統的計算機都連接到終端總線，所有OM690系統內部計算機之間的通信都使用終端總線。通過終端總線傳輸的主要數據是由PU提供的過程數據，這些數據被傳送給所有OT、SU以及XU，此外，來自OT的操作請求也通過終端總線進行傳輸。Teleperm-XP系統的終端總線和電廠總線都具有虛擬環的特征，所有設備通過特殊的連接硬件連到虛擬環上。這些連接單元之一把環分開來創建一個網絡節點，在這個被分開的網絡節點監視數據是否同時存在2個總線連接上，如果總線被中斷，斷開的部分因為沒有從環的一端收到數據而發現這個錯誤，就關閉這個開環，這樣這個總線上的所有終端設備都能通過這個總線到達[2]。

1.2 終端總線的組成結構

終端總線由操作終端、服務單元、存儲單元等組成。

1.3 電廠總線的組成結構

電廠總線由過程控制和管理系統、工程設計系統、診斷系統、自動控制系統現場總線技術等組成，并通過虛擬成AP的GATEWAY網關與安全儀控系統TXS進行通訊[3]，如圖2所示。

圖2 電廠總線Fig.2 Plant bus

2 OM系統主要功能介紹

2.1 OM690功能總述

OM690操作和監測系統作為Teleperm XP過程控制系統的重要組成部分，承擔著過程控制過程信息和過程管理的任務，是電廠與操縱員之間強大的人機接口，是操縱員對電廠工藝過程進行集中操作和監測的窗口。由于OM系統采用了諸如UNIX、C、X/Windows、OSF-Motif等國際標準，其硬件結構是獨立的。系統采用模塊化和開放式結構，這允許它按照工程需求來改編并為將來需求提供擴展余地。

OM690系統主要完成過程操作和工藝信息功能，過程操作直接存取田灣核電廠數據，主要包括：分層級顯示組織，直接引導操縱員到事件的原因，在顯示層級自由導航；田灣核電廠顯示；工藝信息顯示，包括曲線顯示、條形顯示和動態特性顯示等；操作、指示和詳細情況窗口；實況視頻顯示；記錄，報警/事件記錄、運行記錄和狀態記錄。

工藝信息主要包括：長期歸檔；執行計算；田灣核電廠統計；事件回顧文檔；田灣核電廠部件的服務/維修；運行事件記錄和事件計數；數據出口/數據入口，程序接口。

3 各服務器功能簡介

3.1 ESDBA工程調試系統簡介

ESDBA，又稱ES685，是整個OM690系統的調試管理工具，所有的運行程序、所有的數據（工程數據、組態數據等）以及操作系統的啟動腳本都保存在ESDBA上，它通過終端總線與OM690系統所有計算機相連，利用ESDBA的監視軟件可以監視OM690系統所有計算機的功能狀態（如運行狀態、故障等），實現在線數據的備份，利用MODEM原廠管理登錄ESDBA，可以對OM690系統進行原廠診斷和故障處理；它還是一臺整個OM690系統的安裝工具，由于ESDBA保存了OM690系統所有計算機的操作系統和應用程序以及升級程序，在計算機出現嚴重硬件故障時，根據OM690安裝指導，利用ESDBA進行重新安裝。它還能實現OM690過程畫面的組態和傳送。

3.2 PU處理單元功能簡介

處理單元Processing Unit PU是OM系統與AS620系統進行通信的主要部件，給OM系統提供最新的過程數據。PU的主要功能如下：從AS620系統持續獲取最新的過程數據；在獲取的過程數據基礎上，進行在線計算；向OM其他設備實時提供獲取的過程數據和計算結果；把過程操作傳送到AS620系統；監測OM部件和DS670診斷系統的故障；使用部件狀態描述符號來顯示其狀態；把缺陷信息傳送到故障診斷系統；通過報警盒輸出缺陷信息。

由于PU的重要性，為保障OM系統的高可用性，田灣一期兩臺機組的DCS系統對PU進行了冗余配置。提高了系統的穩定性和效率性，對于冗余設計的PU，所有任務在兩臺PU上被同時執行，這兩個PU通過互相監測來控制操作狀態。

3.3 OT操作終端功能簡介

操作終端OT是操作員和OM系統之間進行通信的主要部件，操作員可以通過OT完成下面的任務：以不同形式顯示當前電廠信息，例如通過曲線顯示、畫面顯示、報警顯示等；通過操作窗口來對某個設備進行操作；通過日志或者圖形顯示功能，來調用某個特定時間段內的存檔數據。

每臺OT可以裝備最多4個顯示器，但是田灣核電廠主控室OT12、OT14，OT16裝備有2臺顯示器，OT07、OT08通過一個大屏幕進行顯示，其他OT都裝備3臺顯示器，通過鼠標點擊OM畫面下方的切換按鈕來進行不同顯示器之間的切換。目前田灣核電廠的一號機組主控室和二號機組主控室都配有13臺OT（包括技術支持中心，ES小間，備用控制室），其中OT01～OT05，OT09共6臺OT具有操作權限，分別用于反應堆操作員、汽輪機操作員、輔助系統操作員、值長等。其他OT只有瀏覽監視權限，沒有操作權限。具有操作權限的OT都被設置了相同的功能，當一臺OT故障時，可以使用其他OT完成操作監視等功能，因此OT的可靠性非常高。

所有OT都不停地從2個PU獲取當前過程數據，并且OT可以存儲短期內的數據，這樣就可以通過趨勢曲線來顯示最近時期內的數據。如果操作員在OT上執行一條操作命令，這個操作命令會同時被傳送到2個PU，但只有那個處于“active/master”的PU會把這個命令發送到AS620系統去執行。如果評估存檔數據的功能被執行，OT就會和SU之間建立通信連接，可以選擇相關信息的窗口被建立，可以選擇時間范圍、過程變量、顯示類型等，然后要求的歷史數據就會傳送到OT圖形窗口進行顯示。

3.4 SU服務單元功能簡介

設立服務單元Server Unit SU的目的是在可靠持久的載體上持續不斷地存儲電廠數據，以便在任何需要這些數據的時候，可以通過標準的接口傳送到TXP系統內的應用程序或者TXP系統外的應用程序，但是必須符合應用程序的數據格式。這種所要求的數據格式的獲取是有所謂的存檔服務器來執行的，它可以把選擇的過程數據編譯成log、graphical、ASCLL等格式，并把數據傳送到相應的應用程序或者終端設備，也可以存儲這些條件數據以備將來使用。過程事件以消息流形式，通過終端總線，被PU傳送到SU的存檔系統，如果SU是冗余設置的，PU會向2個SU同時提供過程數據。主SU會把接收到的過程數據存儲在RAID系統內，如果存儲的過程數據編號超過了一個預定義的值（以近似CD存儲容量的值來設定），存儲的過程數據就會被通過一個jukebox燒制到一張空CD中。

RAID系統連接到SU上，主SU把接收到的過程數據連續不斷地存儲到RAID系統中去，數據通過循環緩沖的原則來存儲，當整個緩沖空間存滿數據時，最先存儲的數據就被新數據覆蓋。這種方法確保了一定時間周期內的數據完整性，時間周期的長短取決于RAID系統可用存儲空間的大小。目前田灣核電廠的RAID系統經過升級以后，存儲容量高達720 G，可以存儲相當長時間內的過程數據。RAID系統中的數據被SU以一定間隔燒制到jukebox中的空的CD上，間隔長短取決于數據的累積速度。RAID中的數據保持不變，并沒有因為數據被存儲到CD中而被從RAID系統中刪除。在調用歷史數據的時候，首先判斷需要的時間范圍在RAID中是否是可用的，如果不可用，則系統會提示插入某一張CD。目前田灣核電廠的RAID系統經過升級以后，由于容量擴大，以前歷史數據都被導入到RAID系統中，調用歷史數據的時候都不需要使用光盤CD。

過程數據通過jukebox，被連續的寫入光盤中，同時jukebox還存儲不包含在RAID系統中的某些數據，但是有時候評估，也會調用這些數據。

Jukebox包含用來寫CD的驅動，讀數據的驅動，存放CD的艙室以及jukebox控制器等。一張空的CD放入jukebox中后，系統就開始向CD中寫入數據，當CD空間被寫滿后，會在esdba的system monitor中提示系統管理員，需要更換新的CD。

3.5 XU擴展單元功能簡介

擴展單元XU用于從第三方系統導入數據以及向第三方系統導出數據。XU可以通過內部網絡以及串口連接到第三方系統。XU在應用層滿足了以下需求：控制和協調OM系統和第三方系統之間的數據交換；由過程計算機系統管理的數據不能進行直接讀寫訪問；和第三方的數據交換是在一個簡單的任務結構的幫助下，通過標準化過程來實現的；XU以及到第三方系統的連接可以被整合進對過程計算機系統的監視。

通過esdba對OM系統進行集中管理。所有程序、數據（工程數據，配置數據）以及引導操作系統的腳本都保存在esdba上。esdba通過終端總線，被連接到OM系統的所有設備上。在esdba上通過一個system monitor軟件來對整個OM690系統設備以及AS620系統的AP模件進行集中監視，如果設備出現問題，system monitor軟件就會以不同顏色提示系統管理員檢查設備故障原因。通過esdba可以對OM系統的所有計算機進行從新安裝操作系統及軟件，OM系統計算機的升級工作也通過esdba完成。

在OM系統投入使用后，電廠調試及正常運行期間，所有數據都保存在OM系統的計算機中，工程人員需要這些數據時，要從OM系統中拷貝出來，為了避免OM系統遭遇外來病毒的侵襲以及方便拷貝數據，又新加了一臺普通的裝有Windows的PC機，把此PC機連接到終端總線，可以通過此計算機向外拷貝數據。

3.6 ES680工程設計及調試系統簡介

ES680工程設計及調試系統是TXP系統的組態系統，可使用ES680來組態AS620自動控制系統、OM690操作和監測系統、SINEC H1 FO總線系統必要的硬件和軟件。ES680的主體原則是基于一致的向前組態。初始組態和修改組態唯一通過ES680組態和隨后自動代碼生成進行的。ES680被用于整個設計過程，從確立工程設計的任務，一直到自動控制系統的調試、修改和升級。TXP過程控制系統的所有子系統都必須被組態。以下從執行機構、傳感器的設計任務定義直到轉換成自動控制系統功能都是通過ES680工程設計及調試系統實現的。

4 結語

田灣核電廠DCS系統的投運，是國內核電領域應用數字化控制系統的先例。經過中德技術人員的精心調試，系統運行穩定。DCS系統自投運以來，其優良的性能和全面的控制功能為田灣核電廠安全穩定運行提供了有力的保障。