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摘要：影响非安全级DCS一层控制器负荷主要有三个方面：1.DCS厂家根据设计院的输入进行I/O分配，确定所需的卡件类型和数量。2.将转换设计院的逻辑图和模拟图转化为自身软件可以识别的功能图，并对标准模块进行参数设置。3.确定与第三方通讯数量和通讯速率，在理论上就可以计算出该控制器运行时应用程序所占的CPU使用率和内存负荷。通过分析核电站调试过程中发生的问题，运用上述方法对修改结果进行预测评估。
关键词：核电；DCS系统；HMI；ATOS
1.概述
DCS分为一层和二层，下面对DCS二层做一个整体的分析。DCS二层人机接口是DCS产品与人（操作员、调试人员、维修人员）接口，是人与机器交流的界面，所以DCS二层的结构和功能直接影响人员对整个DCS产品的直观感受。
2.典型压水堆M310项目中DCS二层网络
现在已经运行的电厂中，典型压水堆M310机组使用的是二层产品来自于法国ATOS公司，法国源讯公司提供的分布式二层控制系统，即KIC系统，基于ADACS_N控制系统，用于核电站主控室的运行，主要功能有：在主控室，远程停堆站，技术支持中心，仪控设备室，挂牌中心，计算机房进行数字化监管和控制；处理数据库，科学计算和存档；数据工程站；与1层Invensys的I/A系统接口；连接核电站管理系统（3层）的网关。
2.1网络结构
下面介绍一下在典型压水堆M310项目中DCS二层的具体结构如下图1
图1
2.1.1 DCS二层网络的主要设备
DCS二层主要设备包括：前端接口服务器，中央处理服务器，实时数据处理服务器，历史数据处理服务器四种，操作员站/维修工程师站，大屏幕等。
2.1.2 DCS二层网络接口
DCS二层作为和操作员，调试维修人员的信息交互设备，既包含了一些和其他网络的接口，也包含了和人员的接口。
从图1的网络结构中可以看出，DCS二层的物理接口包括和DCS一层之间的数据通讯接口，和三层（KRT，EM）等系统之间的接口。还包括了人因接口（HMI），包括和操作员，调试维护人员的接口。
DCS二层与一层之间是通过前端接口服务器与一层中的两个接口服务器API站进行通讯的，整个网络遵循TCP/IP协议，采用三次握手机制，保证数据的可靠性，数据采用工程设计之初，各方达成一致的数据格式。
DCS二层与三层之间的通讯，是单向通讯，从物理上保证了DCS系统与外界系统的隔离。
DCS二层与电厂操作员的接口，包括了主控室中4个工作站，可供操作员操作，了解设备信息，在挂牌中心等房间也提供了OWP，供其他职责的工作人员进行观察，但是无法操作，按照操作员职责的不同，不同操作员操作的设备，规程等权限等都进行了区分。但是所有的操作员站都无权进入后台进行程序，数据的修改。
DCS二层与调试维护人员的接口，DCS二层为调试维护人员提供了更进一步操作系统和设备的接口，与操作员不同的是，操作设备不再是OWP，在福方项目中设备名称是SAS工作站，通过此工作站调试维护人员可以进行系统级，网络级，设备级，数据级等不同级别的维护工作，以保证DCS二层系统的正常运行。
2.1.3 DCS二层网络的冗余设计
DCS二层的冗余设计理念，体现在设备的布置，供电，网络设计，硬件设计等几个方面。因为采用了A/B冗余设计，因此直接带来的是整个二层控制系统供电也遵循两列双路供电的要求，从电厂中引入了LNE/LNP，LMA/LMP为服务器机柜进行供电。在能源供给上保证了设备的可靠性和安全性。在网络结构方面，ATOS采用了双环网设计。网络拓扑图如下图2
图2
图2中红色和灰色两个相互冗余的环形网络结构为支撑，快速以太网每秒100到1000兆，作为整个二层网络数据交互的基本架构，两个环网同时运行，同样的信息传输两次。操作过程中，数据可以通过其中正常的网络将一层数据通过网络传输给OWP。维修工程师通过远程登录命令到被访问的设备中进行设备维护。这两个环装网络是构成典型压水堆M310机组中DCS二层的最主要网络结构。
横向灰色和红色细线为补充结构，保证在环网故障情况下跨列进行数据交互，维持整个二层系统的可用，实黑线表示左右两列为A/B列。A/B两列整体相互冗余，再其中一列失去时，另一列仍可以继续工作。A/B两列设备同时接受来自于DCS一层的数据，所以相应的A列所有的硬件在B列均有对应的设备，从而保证两列硬件互相备用，还可进行快速无扰切换。
2.2 DCS二层的软件架构及实现的功能
构成DCS二层的主要硬件包括：CFR：KIC前端处理服务器，CFR是1层和2层的接口；CCT：中央处理器；STR：KIC实时处理器；SAR：KIC归档服务器；OWP：操作员工作站。这些不同功能的设备即拥有连接各设备的交换机，构成了整个网络节点，节点之间用RJ45网线连接，通过此硬件网络，DCS二层系统的软件架构实现了数据的交互，处理，显示，存储等功能。KIC前端处理服务器（CFR），CFR是1层和2层之间的接口，主要用于接收一层发送的数据，完成对数据进行奇偶循环校验（CRC校验），通过时间戳初步判断数据的正确性与否，按照数据格式解析数据等工作。解析后的数据发送给中央处理服务器（CCT）。
整个DCS二层网络中，包含两个中央处理服务器，同时工作进行主动冗余。同时接受来自两个环形网络的数据。保证系统在切换等恶劣情况下的可持续性工作，数据不丢失。二层实时数据服务器，接受来自CCT的数据，并实时发送给对应的OWP进行显示。二层历史数据服务器，接受来自CCT的数据，生成历史测量数据库，并记录日志中的事件历史。操作员工作站，接受来自SAR/STR的数据，并显示相应的图形，数据，并提供操作员操作。
结束语
核电DCS二层，作为与操作员/维修人员接口的，人机交互系统，具有操纵和信息管理的作用。包括可以使操作用能够有效控制电厂（手动控制和信息手段），监督电厂状态，并对I&C实施运行服务的常规设备和计算机设备等重大作用。因此DCS二层是维修，运行，调试人员及其他非技术人员对电厂的直观感受，二层设计的合理、可靠直接决定了使用者的操作感受和电厂的运营水平。
论文作者:焦胡杨,江润,李康乐,鲁陈林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/10
标签：二层论文; 操作员论文; 数据论文; 接口论文; 设备论文; 网络论文; 服务器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;