HTR-10数字化运行仪表与控制系统更新设计
魏利强,马 涛 ,陈晓明,黄 鹏,李智慧
【摘 要】摘 要:10 MW高温气冷堆(HT R-10)全数字化运行仪表与控制(I&C)系统经长期运行后面临设备老化、性能降低、备件短缺、可扩展性差等一系列的问题和不足。通过分析系统的技术特点和存在的问题及不足,提出了系统在网络结构、硬件配置及功能优化等方面的更新原则、目标和具体方案,系统更新后将有效提高系统运行的安全性和稳定性。 【期刊名称】原子能科学技术 【年(卷),期】2011(045)009 【总页数】7
【关键词】10 MW高温气冷堆;运行仪表与控制系统;全数字化;分布式控制系统;更新设计
10MW高温气冷堆(HTR-10)运行仪表与控制(I&C)系统对反应堆的安全和有效运行起着至关重要的作用,与传统的模拟电子技术相比,数字化 I&C系统具有不可比拟的优点[1]。HT R-10更新前数字化运行I&C系统采用90年代中期国产第二代分布式控制系统(DCS)HS2000和OMRON C200H系列可编程控制器(PLC)设计,是国内首例应用于核反应堆及其工艺系统运行监测和过程控制的数字化I&C系统,系统于2000年调试完成并投入使用,现使用年限已达10年之久。 随着近20多年来控制和信息技术(网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等)的不断发展和日益成熟[2],国外核反应堆数字化I&C系统已积累了20多年的运行经验,国内核反应堆也开始大量采用数字化I&C或已成功进行了数字化改造,核反应堆采用或改
造成数字化I&C已成为一种必然,但同时也对数字化I&C的可靠性和可维护性设计提出了更高要求。
HTR-10更新前数字化运行I&C系统基于早期常规火电DCS的改进和移植,伴随运行年限的增加及对先进控制功能与管理功能需求的提升,其性能已不能充分满足反应堆信息化管理和先进协调控制策略应用的需求,系统软硬件故障率显现逐步升高趋势,部分备件停产也造成维护成本增加。考虑到H TR-10的安全和有效稳定运行,本工作针对原系统的技术特点和存在的问题,对数字化运行I&C系统进行设备更新和设计优化。
1 系统概述
1.1 系统简介
HTR-10数字化运行I&C系统执行反应堆运行监测和过程控制功能,并为运行人员提供人机交互手段和报警功能。更新前系统为典型的分布式分层结构,系统网络SNET采用符合IEEE802.4标准的双冗余ARCNET令牌总线网络,网络速率达 2.5 Mb/s,最大节点数32[1];控制网络CNET采用CAN(Control Area Network)现场总线网,通信速率最大达1 Mb/s。
系统规模为1个工程师站(兼值班长站)、7个操作员站、10个现场站、4个通信站和2套PLC,系统总体配置网络结构如图1所示,主要包括与生产过程相关的过程站、以CRT为基础的操作员站和值班长站、协议转换的通信站和连接网络。
第1层:现场层,包括传感器、操纵开关、执行器等,完成信号的检测和控制动作的执行。第2层:信号调理和数据采集,实现信号的连接、隔离、规范化和数字化。第3层:控制与联锁,由过程站的冗余主控模块完成自动控制和联锁功能,包括反
应性控制与调节等。第4层:人机接口,由冗余的操作员站组成,通过人机接口设备完成画面显示与切换、报表打印、报警管理、会话等功能。特殊功能的仪器设备、PLC系统、不间断电源(UPS)装置、剂量监测等通过通信站与系统网络通讯,系统接收安全I&C系统的单向广播通信数据,并同时保证系统间软硬件的隔离。
1.2 特点与不足
HTR-10更新前数字化运行I&C系统的技术特点为:1)广泛采用冗余技术,主要包括双冗余系统网络、多重配置和互为冗余备份的操作员站、过程站配置冗余主控模块和直流电源,提高了系统可靠性;2)采用现场总线技术,主控模块和I/O模块间采用串行现场总线连接,控制网络采用可靠性高、抗干扰能力强、通信速率快的CAN总线;3)开放式系统设计,采用符合IEEE 802.4标准的ARCNET系统网络、标准工业PC机、中文Windows 3.2组态环境、符合IEEE 1131-3国际标准的组态语言;4)友好的中文操作平台,全面汉化的组态软件、在线操作软件、专用键盘以及汉字报表;5)方便的维修手段,实现了板级故障诊断和实时故障显示、所有模板均可带电插拔。
国内首次应用于核反应堆运行实践的先进国产DCS系统具有相对较好的可靠性、稳定性及众多优点,HTR-10近10年来的安全、可靠、稳定运行与运行I&C系统的稳定性和可靠性密切相关,但随着信息技术、现场总线技术的发展及DCS的更新换代,HTR-10运行I&C系统在功能完善、性能提高、设备老化、备件短缺和故障率等方面逐渐显现出不足,主要包括:1)多系统独立并存,功能亟待完善,原设计中DCS与两套PLC独立并存,仅由PLC向DCS单向部分数据传送,未真正有机地融合为一整体控制系统,组态、操作软件和监控界面各异,增加了人员操
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