摘要：在我国快速发展的过程中，数字化仪控系统在核电厂中的应用，为核电厂工作人员提供了更加精准的电路信息，从而促进了核电厂的正常运行。在核电厂数字化仪控系统中，通信网络系统占据核心地位，为控制系统的建立和各个控制站间的数据交互提供可实现的基础前提。本文主要分析了当前我国常见的几种核电厂数字化仪控系统中的通信网络，并对各类型通信网络进行了性能对比，探讨在核电厂数字化仪控系统中适用性最强的通信网络。
关键词：核电厂；数字化仪控系统；通信网络
引言
概率安全分析（ProbabilisticSafetyAnalysis，PSA）是一种系统工程方法，其采用系统可靠性评估技术和概率安全分析方法，综合分析复杂系统各种可能事故的发生和发展过程，从而全面研究系统设计和运行的风险。数字化仪控系统通过计算机硬件和控制系统软件平台执行各种复杂的核电厂控制功能。与纯硬件系统相比，数字化设备具备时间动态特性，有不同的故障模式，并且计算机软件具有冗余性。虽然传统的PSA对数字化系统风险的评估有一定的作用，但目前建模和分析仍然采用传统的静态方法。使用传统的PSA方法对数字化仪控系统进行建模时，常常不能完整地解释核电厂的物理过程与触发或随机逻辑事件的动态交互作用，因而可能造成忽略一些事故后果的状况。传统的ET/FT方法在处理数字化仪控系统时的不足可总结为以下6点：①事件序列设定问题；②闭环控制的影响；③多重顶事件冲突；④设备失效数据的转换问题；⑤分析结果的不确定性问题；⑥人因故障分析的不足。因此，可靠性模型如何更准确、更全面地反映系统的复杂动态交互特性，如何对核电厂数字化仪控系统的安全性和可靠性进行定性与定量评估，成为相关领域的研究热点。目前，NRC和NASA已经批准并推荐了分析包含软件的数字化仪控系统可靠性问题的方法，主要是动态可靠性分析方法。
1概述
核电数字化仪控系统（DigtalInstrument&ContralSystem,简称DCS）是整个核电厂的“中枢神经”系统，对保证核电站的安全、可靠、稳定运行发挥着重要作用。运维作为核电站生命周期的关键阶段，是保证核电站安全、高效、可靠运行的重要手段。随着新建核电站不断投运，已有的核电站不断升级，核电站目前已经普遍使用数字化仪控系统实现核电站的运行、控制和保护。数字化仪控系统产品因大规模集成电路等的应用、智能化程度不断提高，核电DCS运维的复杂性和多样性日趋提高。传统的人员纠正性维修、预防性维修、备件预留库存等方式已经无法满足核电DCS的维护要求，亟待进一步提高运维技术及运维管理水平。同时，核电站数字化仪控系统产品设备维护需要维护人员介入，在现场维修窗口申请、平台深层次问题分析方面需要投入大量工作，综合成本较高。DCS产品自身故障严重依赖控制系统产品提供商的分析，采用的方式维护人员现场拷贝故障数据，发送给DCS厂家进行分析，不能对DCS系统状态进行实时在线评估，问题处理时效性差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而DCS产品本身的设备运行状态数据资产也没有得到有效开发利用。随着大数据、互联网等技术发展，平行理论、数字双胞胎理论的应用，可通过信息化、网络化、智能化等先进技术实现与运维服务的结合，建立DCS远程智能运维系统平台，获取核电站DCS自诊断、环境等数据后，通过安全网络传输至DCS远程智能运维平台，可以实现故障远程诊断、风险分析及工作指令建议，降低现场维护人力及物力成本。运用设备本身及DCS诊断数据，以及可靠性分析、系统安全评价等多种手段，诊断DCS系统及设备的健康状况，实现预测性维修、物项替代，从而提高系统安全性及经济性，也为DCS设备供应商后续产品改进提供更多分析数据；另一方面，通过DCS远程智能运维系统可实现DCS备件的集约化共享管理，减少各核电站的DCS备件库存，最终实现各核电站DCS备件的零库存，为核电站降本增效。同时，因为DCS备件的集约化管理，实现了备件产品的动态调配、快速配送、备件保鲜等功能，提升备件质量及安全性，通过核电DCS远程智能运维的预测性维修，降低核电机组非计划停机风险及预防性维修数量，对核电站安全性及经济性提高有重要意义。
2核电数字化仪控远程智能运维系统的应用
2.1我国使用的核电厂数字化仪控系统通信网络分析
SINECH1和SINECL2/FO。SINECH1和SINECL2/FO都是由西门子公司研制的局域网，在目前的工业控制系统中应用十分广泛，前者主要是基于IEEE802.3（Ethernet）标准中的规范，后者主要是基于IEEE802.4标准中的规范，是一种总线型系统。SINEC1.2是对SINECH1的改进，其有两种形式：SINEC和SINEC1.2/FO，后者较前者的传送距离更远。目前，我国的田湾以及岭澳二期核电厂使用的是由法国阿海珐公司开发设计的TELEPERMXS（TXS）安全级系统，以及TELEPERMXP（TXP）非安全级系统，在TXP和TXS系统中，通信网络的主要构成中包含了SINECH1和SINECL2/FO。TXP系统中的SINECH1是在以太网规范基础上建立的，系统中主要的功能冗余结构为2个独立的耦合器，将冗余总线与耦合器连接，在其中一个耦合器出现故障而失去作用时，不会影响整个通信网络产生故障。SINECH1形成开放式的通信网络，采用的是树形网络拓扑结构，提高了网络通信的实时性。
2.2在远程智能运维系统中部署工控安全监测与审计平台
该平台是专门针对工业控制网络的信息安全审计平台。采用旁路部署或直通模式，对工业生产过程“零风险”，基于对工业控制协议（如ModbusTCP、OPC、SiemensS7、DNP3和IEC104等）的通信报文进行深度解析（DPI，DeepPacketInspection），能够实时检测针对工业协议的网络攻击、用户误操作、用户违规操作、非法设备接入以及蠕虫、病毒等恶意软件的传播并实时报警，同时详实记录一切网络通信行为，包括指令级的工业控制协议通信记录，为工业控制系统的安全事故调查提供坚实的基础。
2.3多样性
冗余设计不能应对共模故障。通常设计采用多样化的仪控系统，将共模故障引发的风险降低至可接受的水平。设置了数字化保护系统的核电厂几乎全部采用了两种或更多种具有显著多样性的软硬件平台。保护动作的触发信号尽量来自基于不同探测原理、方法的传感器，触发变量进行分组并在不同的处理器上进行处理等方法，是防止共模故障造成不可接受后果的有效方法。万一软件的共模故障导致数字化保护系统失效后，则由具有多样性的后备保护系统执行反应堆紧急停堆、停机和启动辅助给水等必要功能。设置操纵员手动紧急停堆以及触发专设动作的功能，旁路数字化保护系统的逻辑处理器，经过固态或机械继电器等进行命令扩展，直接触发执行机构则是另一种有效应对共模故障的手段。
3结语
在核电厂数字化仪控系统通信网络中，使用双环型、双总线型以及二者相结合的网络拓扑结构的通信网络，能够实现良好的开放性和互联性，具有较高的网络自愈及容错能力，能够进行功能诊断等，同时，其技术发展相对成熟，且符合相关技术标准和核安全法规要求，具有较高的安全性和可靠性，是适合在核电厂数字化仪控系统通信网络中推广应用的。
参考文献
[1]杨成,鲁陈林.核电厂数字化仪控系统的发展及应用分析[J].山东工业技术,2016(04):138.
[2]岳春生,王欣.核电厂数字化仪控系统通信网络分析[J].设备管理与维修,2018(18):106-108.
论文作者:戴吉生,李彪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/10/9
标签：核电厂论文; 系统论文; 核电站论文; 数字化仪论文; 通信网络论文; 核电论文; 备件论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;