中国核电工程有限公司采购中心 北京
摘要：该文以方家山福清核电站为背景，介绍了核电站DCS系统的基本架构和功能。重点介绍了用于连接一层和二层不同系统平台的一二层接口的基本原理以及实现方式，对现有测试阶段的一二层接口性能进行了分析。
关键词：核电DCS；一二层接口
1．核电DCS系统简介
根据核电站仪控设备实现的功能要求，电站仪控系统划分为四个处理层：零层--I/O层，过程仪表层；一层--过程控制层；二层--操作监视层；三层--高级应用（信息管理）层[1]。本文所讨论的DCS系统主要指一层及二层的仪控设备。
福清1-4号机组和方家山2台机组所使用的一层自动化系统均由INVENSYS提供的I/A及Tricon系列设备组成。NC/NC+（非安全级）的系统由I/A系列设备组成，1E（安全级）的系统由Tricon设备组成。自动化系统根据预先组态并定义的控制规律，自动执行测量数据采集，开环及闭环控制功能，传递结果命令到执行设备，其保护功能在电站故障状态下，自动采取措施，把电站带入安全可控状态。一层系统的特点：1.可冗余配置的高可能性。2.高性能的I/O处理模块。3.内部高度集成，确保快速和详细的故障分析功能。
二层的人机界面系统由ATOS提供的ADACS_N（Advanced Data Acquisition & Control System）产品来实现整个电站的过程控制。核电DCS系统中的人机界面软件主要是操作员站实时显示核电厂电力生产的工艺流程图，报警，规程等信息以便操作员实时监视机组的运行状况从而做出正确的决策。二层系统的特点：1.提供清晰和易于理解的流程图；2.基于图形和窗口界面的人机接口。3.使用在电厂项目的可视化图符。4.提供用于运行指导的信息。5.支持大屏显示。6.具有强大的事件查询，事故分析能力。
2.一二层接口架构
由于一层和二层的设备由不同供应商提供，其具有不同的操作平台和运行环境，如何确保一二层之间实现快速、安全、有效的数据传递成为一二层接口设计的核心。在方福项目中，ADACS_N系统与I/A系统的接口是通过冗余的AIM-API服务器-客户端来实现的。这种架构可满足DCS系统对数据吞吐量和反应时间的要求。FOX-API服务器是I/A系统的标准工作站。API的客户端软件被植入到ADACS_N的CFR部件中。值得注意的是ADACS_N系统并不和安全级的Tricon设备直接接口。Tricon的安全级数据通过gateway传递到I/A系统中，然后与一二层接口通讯[2]。
2.1 二层KIC系统介绍
KIC系统是基于ADACS_N产品开发的计算机化二层软件。而一二层接口（CFR）是二层KIC系统的一个组成部件，首先我们来了解一下KIC系统的主要组成。
CCT： KIC中央处理服务器，是整个KIC系统的核心，主要用来存储当前采集的数据，计算算法、逻辑、报警；从二层向一层发送命令；计算机化程序管理；向SAR发送信息；向STR发送信息用于操作员站显示。
CFR： KIC 前端终端处理服务器，一二层的接口。
STR： KIC实时处理服务器，提供实时数据，为OWP服务，可以进行读写操作。
SAR： KIC存档服务器，存储测量值历史，飞行日志的历史事件记录。
OWP：操作员站。
2.2 一二层接口主要特点
一二层接口的主要特点如下：
1.从一层进行数据采集：一二层接口周期性地向一层请求数据的变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.向一层发布命令：一二层接口向一层发布执行命令。
一二层的数据通信：
CFR与一层的接口系统AW连接。一般有两个AW与一二层接口相连。一二层接口是客户端，而AW是服务器端。一二层接口向AW发送请求，AW进行应答。
所有在KIC上处理和显示的就地设备信息由一层接口在基于数据变化的驱动下进行数据采集。一层的处理器和AW负责周期性地采集零层设备的数据。
3.一二层接口的功能实现
3.1 数据采集：
所有的数据都会在一层加上一个时间戳，一层的系统负责时间码的生成。二层收到的IRIG-B的时间码是用来设定二层系统的时钟值的。时钟值将通过CFR向整个KIC网络传播。KIC必须确保没有输入数据的丢失或者错误的数据输入。每一个数据由三个部分组成：输入值，有效性和获得日期。当数据从AW获取后，CFR需要对得到的数据做如下操作：数据标识的解读，根据数据类型去解码数值，时间戳的转化，有效性的检查。
3.2发送命令：
命令可以是数字命令（开关阀门）也可以是模拟命令（修改设定值）。发送命令的过程是由CCT向CFR发送请求，然后CFR将命令传达给指定的AW。在数据采集过程中，两个CFR都会从AW以及他的冗余AW接收到ACK和命令值。
3.3一二层接口的冗余性：
在KIC架构里，存在两个CFR的服务器。每一个CFR服务器与一组具有两个AW的连接。两组CFR是冗余的。这种设计确保了一二层接口的冗余要求。KIC的软件架构是冗余的，以确保没有数据的丢失。同样的软件在每个CFR服务器上运行。
4.一二层接口测试
由于一层和二层的设备由不同的供应商提供，测试主要是为了验证一二层接口的正确性，以及确保一层供应商Invensys和二层供应商ATOS对于一二层之间的软件和网络协议有着共同的认识和实现方式。验证测试包括两部分：数据的整合性测试，以及性能测试。
4.1数据整合性测试：
数据整合性测试的目的是为了验证：
·ATOS的程序使用一层Invensys软件ICCPRT的输出，ATOS组态创建了一个有效的FoxAPI连接清单，并且正确请求了实时数据连接用于二层显示，能够正确读出高限或者低限的静态参数值。
·Invensys FoxAPI 网络客户软件中的ATOS端被正确定义并且与FoxAPI的服务器接口。
·一层的数据和状态可以正确有效地从一层传到二层，并且在二层进行正确的处理。
·一层和二层的过程对象可以根据预先定义的协议进行操作。
·任何二层的图像过程对象都能与LTCS的状态对象定义的逻辑表中的数值保持一致。
测试过程对象类型包括模拟输入，二进制输入，二进制触发器，二进制阀门，人工触发器。对于每一个数据类型，以下测试结果需要被满足：
·数据在两个系统之间被正确地传递
·可视的更新时间
·所建立的协议被Invensys和ATOS正确理解
·ATOS的命令，趋势，数据表，日志表以及显示能正常工作
·状态信息可以正确的传递和处理
·报警阈值被正确地定义
4.2 性能测试：
1.数字量信号的更新
在合同中要求对于变化值的显示更新的最长时延是1秒钟。
2．系统测试
各种系统性能的试验需要被验证，包括：
·当 二层的 CFR 或者一层的FOXAPI服务器出现故障时，冗余切换将自动完成
·当CFR和FOXAPI出现故障时，适时地重启或者重新连接将完成。
·当CP出现故障或者重新启动时，正确的状态更新将被完成（包括人机显示屏和历史数据采集）
·当一层出现故障时，二层能与一层的参数建立正确的重新连接。
参考文献
[1]王树青 赵鹏程。集散型计算机控制系统（DCS）[M]浙江大学出版社，1994
[2]FUQING NPP UNIT 1&2 Project DCS System Contract
论文作者:吴婷婷,郭晶,张晋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/7
标签：二层论文; 接口论文; 系统论文; 数据论文; 冗余论文; 命令论文; 设备论文; 《建筑学研究前沿》2018年第1期论文;