福建福清核电有限公司 福建福清 350318
摘要：核电厂DCS二层系统（电站计算机信息和控制系统）主要承担电站的数据化操作任务，其终端是实现电站监视和控制的主要人机接口。在各电厂，从调试到运行均出现过大量DCS二层故障问题，导致机组主控室对核电各系统的监视异常，甚至出现机组功率波动、机组运行状态后撤等。由于DCS二层系统涉及较多设备及网络，同时软件集成程度高，出现的问题相对多样复杂，因此运行维护及现场故障处理也较难全面把握。本文从控制系统和架构体系入手，结合现场故障处理经验，对常见DCS二层问题进行故障分析总结，以提供较好运行维护与故障处理参考。
关键词：电站计算机信息和控制系统；故障分析；运行维护
1.核电厂DCS二层系统特点
核电厂DCS二层系统（电站计算机信息和控制系统），系统作为电站的操作和管理信息层（DCS二层），其终端是实现电站监视和控制的主要人机接口，主要提供电站数据处理和信息显示、报警显示和处理、电站运行控制操作、反应堆状态监督、安全参数显示、旁路和不运行状态指示、与过程控制网络通讯和其他网络通讯等功能。
1.1DCS二层系统描述
DCS（Distributed Control System）：分布式控制系统，也称集散控制系统，在核电厂中DCS 系统一般分为4个层次结构：
Level 0：本层为工艺层，包含有各种传感器和执行机构。
Level 1：本层为自动控制层，包含有自动处理机和I/O 卡件，对Level 0 的信号进行采集和处理，接收来自Level 2 的控制命令，执行自动控制系统的自动控制功能。
Level 2：本层为监视控制层，应用在不同的控制室中，包含有工作站、服务器和网络通讯设备，为操作员提供对电站的监视和控制功能，Level 2能与Level 1的自动处理机进行通信，同时也能与Level 3的系统进行通信。同时，本层包含有工程师站，可以进行软件组态和系统维护。
Level 3：本层为电站管理层，包含有各种不同的信息系统及其应用，并能提供长期存档功能。
福清核电1-4号机组DCS二层项目采用基于ADACS_N平台的控制系统，整体架构如图1所示。该部分的主要设备包括：
1. 前端处理服务器（CFR）: 连接本地AW mesh 网络并收集从Level 1 自动控制系统采集的数据，通过NC Level 2（KIC）网络发送给中央处理服务器（CCT）。只有1台CFR（首选CFR）发送命令给Level 1 用于执行。Level 1的命令执行反馈报告将发送给2台CFR。
2. 中央处理服务器（CCT）: 利用计算引擎对采集的数据和内部数据进行计算，同时进行功能处理。。
3. 服务器安装有实时服务（STR）和存档服务（SAR）: 它们为所有的KIC-OWP 提供相关数据。STR 提供实时数据，SAR 提供存档数据。每台KIC-OWP 可以连接任何1台STR/SAR 服务器。
4.工作站（OWP）：对电站进行监视和控制直接的人机接口，包括主主控室、远程停堆站、技术支持中心、挂牌中心、仪控设备间和计算机房提供计算机化的监视和控制功能。
4.交换机: DCS Level 2 采用全速工业以太网交换机，通过对每台网络交换机进行相应配置，使线形结构连接并配置的网络交换机闭合并形成Hiper-Ring 冗余环形结构。服务器之间通过ARLIC 协议进行通讯，保证在冗余网络中数据传播的可靠性，同时确保所有系统服务器在同一时间接收的数据一致。所有KIC-OWP 与服务器之间的通讯是通过CORBA 中间件来实现的。
如图1 整体架构
2.DCS二层系统问题处理探索
2.2福清核电1-4号机组DCS二层问题
福清核电1-4号机组DCS现场设备出现过多次软硬件不稳定、硬件故障等问题，如表1 福清核电1-4号机组部分DCS二层问题举例所示。
2.3 DCS二层问题处理探索
1.数据控制及硬件维护
在DCS二层系统维护中，最重要的方面是DCS二层数据的正确性。在进行DCS二层维护工作硬件信息检查及维护时，需要明确风险要点特别是隐藏属性，细化工作方案，同时对于二层数据维护方面需要分级明确，审核严格，做到行动可控，修改内容有章可循。
2.经验反馈
DCS二层系统作为数字化设备系统，在不同核电厂的应用存在较多共同点，针对同行电厂出现的DCS二层异常问题需要及时进行经验反馈学习，同时通过数据比对分析、网络及系统架构分析、平台软件运行机制分析、操作执行情况分析等，进行本电厂优化提升。
3.优化方法
通过对各类工作分析，总结DCS二层工作方法，开发DCS二层数据辅助分析软件、离线历史趋势分析软件、现场信息收集脚本、电子化数据软件维护修改流程，优化故障处理预案，同时根据DCS二层使用情况提出防人因失误工具开发、报警优化等提高操纵员机组操作的准确性和有效性。
3.DCS二层故障诊断分析
3.1时钟故障诊断
当前端处理服务器（CFR）时间与上游IRIG-B时间源偏差大于10s，主控室会产生KIC002KA/009KA报警。需远程登录CFR服务器使用date命令查看当前时间，或登录su权限后使用ntpq –p命令查看CFR本地时间与上游IRIG-B时间偏差确认问题。
确认CFR时间与上游IRIG-B时间偏差大于10s后，需联系通讯检查上游时间源是否正常，若上游时间源不正常，则需由通讯优先恢复上游时间源。若通讯短时间内无法恢复上游时钟信号，则需断开CFR1/CFR2的IRIG-B时钟信号线，确保上游故障时钟信号不会对DCS二层系统产生影响。
3.2网络故障诊断
KIC系统网络故障主要分为交换机本体故障或通讯线缆故障两类。故障表现形式为主控室出现对应设备报警，同时监视画面异常。可以通过hivision软件对KIC系统网络状况进行监视，定位到故障的交换机或通讯线缆。如果是交换机故障则需对应更换并重新配置交换机。若是RJ45网线、光纤跳线或者SFP模块在更换前需对网络运行情况进行分析，避免出现网络风暴。
3.3DCS一二层通讯异常诊断
DCS一二层通讯异常主要表现在工作站对机组各系统监视画面信息显示异常，出现大面积大红色或者是洋红色。此时需要优先排查CFR服务器是否故障，确认CFR正常后，一二层通讯仍无法恢复，则需检查DCS一二层接口工作站API及相关网络，在恢复网络通讯后，需删除其配置文件restore_index文件，并完成foxAPI软件重启。
3.4工作站异常诊断
DCS二层工作站作为主要人机接口，其故障表现主要集中在画面卡死、显示器黑屏、鼠标无法移动、工作站主机死机。对于工作站问题主要考虑DCS二层基础数据配置错误导致画面应用错误，在画面调用时出现卡死，其次考虑工作站显卡异常，进程死机或者是显卡损坏，同时考虑外接设备鼠标键盘等接口损坏。最后考虑软件存在缺陷或者是主机主板等关键部件故障。
结论
DCS二层系统作为核电厂监视控制系统，承担最直接的人机接口，出现问题较为紧急和复杂。文章从DCS二层系统架构介绍到针对多个典型问题分析，对DCS二层系统故障问题诊断提出建议，有效保证核电现场运行故障紧急分析处理的能力。随着计算机技术的不断发展，在数字化核电逐步实现，总结核电数字化控制领域故障分析处理将对核电DCS控制发展提供坚实的基础。
参考文献
[1]China FQ3-4 Designing Display Guide Olivier DESCHAMPS Sophie HERRERO August 27th, 2014
论文作者:林天颂,李凯,王绍蓉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/30
标签：二层论文; 核电论文; 电站论文; 系统论文; 福清论文; 数据论文; 核电厂论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;