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技术揭秘丨一文读懂核电DCS系统

北极星电力网新闻中心  来源:西安交大核校友会  作者:姜书敏  2018/5/8 11:31:03  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核电DCS 核电仪控 集散系统

北极星核电网讯:应邀,结合目前我还在从事的核电仪控(DCS)业务,写点个人观点,与大家分享:

我是87年西安交大自控专业本科毕业,90年西安交大系统工程专业研究生毕业,毕业后一直从事仪控(DCS)的应用设计、工程、支持、服务等工作,先后就职于电子部第六研究所(HIACS3000)、霍尼韦尔中国公司(TDC2000/3000/TPS)、ABB中国公司(OCS AC100/200/400/Bailey Symphony )、艾默生中国公司(WDPF/OVATION)、英维思中国公司(IA/Tricon)、施耐德中国公司(整体收购英维思)。结合目前大家热议的核电仪控(DCS)国产化、技术转让、技术路线等与大家分享一些个人观点。

1. DCS的概念

DCS是英语Distributed Control System的缩写, 从实际应用角度讲,称为集散控制系统或仪控系统更合理,首先DCS是一个系统,不是单个个体如一个控制或一个逻辑模块。是包括I/O采集卡、控制器、网络、网关、操作系统、数据库、算法、服务器、人机接口站等组成的一套复杂系统,但无论如何复杂的系统,都是为工艺服务的,无论哪个领域,DCS的设计必须满足工艺的要求,不能自己孤芳自赏,再好的DCS或集散控制系统必须体现在服务工艺的好坏上。从功能上讲,集散控制系统既要考虑适当的分散也要考虑适当的集中。

所以,从这一点讲,有两个概念就很清楚了,一是目前我们在热议的核电DCS技术转让,DCS技术不在设备(核堆)工艺厂家手里,而在专业提供仪控的DCS厂家手里;二是不存在基于FPGA技术的DCS系统或基于CPU技术的DCS系统这种概念,FPGA只能作为逻辑处理模块或单元,代替由CPU算法完成的部分逻辑功能。对于集散控制系统必须解决的高级算法、网络、数据库、第三方接口、人机人因等都是FPGA无法解决的,当然在FPGA逻辑设计验证确定后(设计审查),FPGA较传统概念的DCS系统在软件验证V&V上具有一定优势,但从系统概念,FPGA构不成一个系统,如:某品牌DCS系统,采用FPGA技术的PLM(Priority Logic Module)模块完成优选逻辑功能,并没有摆脱整个系统为CPU主导完成的大量数据通讯、逻辑比较、通讯、二层操作、报警、规程、性能计算等功能,而不能称为“基于FPGA技术的DCS系统”,即使保护逻辑采用FPGA技术实现。

集散系统的结构,因历史的原因和功能上的考虑,核电DCS采用了一层、二层的概念,但从DCS厂家推出的结构看,真正结构上存在一、二层即存在由服务器完成一二层通讯的结构(客户服务器结构)属于80年代的主流产品,决不能认为是一套先进的DCS平台。而对于一、二层的概念,也不是核电独有,大型高炉的控制系统在90年代初就采用一、二层的概念,当然控制逻辑和算法部分采用PLC平台,部分采用DCS平台。

集散系统的先进性,无论是基于保守及严格法规体系下,无数标准导演下完成了无数的测试鉴定,如果没有大量的市场应用做后盾,都谈不上是一套成熟的、可靠的核电DCS系统,避免不了昙花一现,而且忙于修修补补,使用者只能陷入后续投入大量人力物力维护一个没有“未来”的系统。而对于非安全级的系统,其它行业的主流系统已经以“白菜价”活跃与各种工业领域。

集散系统设计的中控室方案,同样不存在三代或二代DCS的问题,某核电厂家推出的“先进的三代控制室方案”是典型的火电DCS中控室设计方案,即取消BUP盘,所有操作报警全部基于计算机,只保留少数关键的跳堆、安注、跳机等信号。

火电的DCS同样经历了复杂的模拟仪表、DCS+模拟手操(BTG盘)、复杂的硬件1:1(甚至配置1:1的控制器)的仿真系统,随着计算机技术、网络技术、数据库、算法等的成熟,仪控系统开始大规模采用分散控制系统,只保留部分紧急按钮。同时,随着DCS技术的成熟及用户对DCS的了解,火电、石化行业集散控制技术的应用发生了很大的变化,由计算机技术不可靠衍生的IO冗余不再变得那么重要,大量的手操、按钮被计算机操作取代。随着技术和市场的成熟,DCS系统的价格也由贵族变成百姓。

2. 核电数字化控制系统

数字化的概念在石化、火电也由探讨到具体实施经历了很多年,但石化火电数字化的概念是以智能仪表和现场总线引入,从一些智能仪表到现场总线,包括各种智能仪表到支持不同技术的FF、Profibus-DP/AP、Device Net、CAN等所谓的现场总线技术,配合智能管理软件,如资产管理软件AMS等,实现在中控室完成所有仪表的诊断、维护等,石化、火电、水处理都有具体成功的应用。

相对于火电石化等行业的DCS控制系统,核电谈到的数字化是否应该定义为“计算机控制系统”或“DCS控制系统”或“仪控系统”,值得大家讨论。

3. 国产化、技术转让

(1)DCS技术的国产化,市场已经有很成熟的结论,如:早期的新华控制,现在的和利时公司、浙大中控、电研智深等。所以,从某种意义上讲,我们国家已经实现了DCS的国产化。而对于大型工业领域的工艺控制,如火电机组控制,只存在从成本、商务等综合考虑来决定采用国产还是进口品牌。

核电DCS国产化很成功的事例是广利核,广利核仪控依靠跟和利时DCS技术合作,跟三菱实现控制和工艺的合作,依靠和利时在其它行业大量系统的应用,和利时研发的大量投入,实现了系统的逐步完善,完成了核电控制系统与核堆工艺的结合,完成核电的系统验证,目前达到了国产化成功的典范,包括安全级和非安全级的控制系统,以及实现控制功能的产品化,如:保护系统的旁通、闭锁、定期实验等的产品化, 而DCS技术含量并不低于广利核的欧美品牌,核电DCS在旁通、闭锁、定期实验等仅仅限于工程化。当然,在对具体工艺的实现,该还存在这样那样的问题也是不可避免的。

回顾广利核DCS成功的经验,我们不难看到,其成功的路径跟高铁有异曲同工:依靠项目完成国外同行业领先系统的吸收消化,国产项目实施验证,推向市场。DCS也是同样,任何一个DCS系统都是经过市场无数应用的拷机、验证才成为一套相对完整,能够为工艺服务的可靠运行的系统。

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