数字化仪控系统介绍2006-05-15.ppt

1、JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,1,田湾核电站全数字化仪控系统,江苏核电有限公司/仪控室 编制：孙永滨 审核：师庆伟 批准：邱韶阳,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,2,田湾核电站全数字化仪控系统结构配置（结构总貌）,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,3,TNPP全厂仪控功能结构可以划分成三级，即： 现场及自动化级，对工艺过程及设备的测量、监视、控制和保护 ； 机组级，正常运行和应急工

2、况下，机组的监视、控制和保护； 全厂级，全电厂的监视和控制、与电力系统连接的监视和控制等。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,4,现场及自动化级，对工艺过程及设备的测量、监视、控制和保护 ； 基于微处理器的现场及自动化级I&C，包括TXP、TXS、其他微处理器系统以及网络通讯设施，用于过程监视和控制，并被划分成功能区和功能组。在这级，仪控功能按照工艺过程划分原则而划分。仪控的系统划分考虑工艺功能的分组、控制任务以及安全可靠性要求。 正常运行系统和安全相关正常运行系统是基于TXP软硬件设备和网络设施构成的，它保证正常运行工况的

3、监视、控制功能，保证不同机柜之间和现场及自动化级与机组级之间的信息交换。 基于TXS软硬件设备的安全仪控系统保证应急控制功能。安全系统I&C设备为4通道结构。在每一通道中，控制信号按4取2逻辑形成。 现场及自动化级I&C网络设施包括两个总线系统：SINEC H1-FO和SINEC L2-FO。 机组级，正常运行和应急工况下，机组的监视、控制和保护； 机组级I&C软硬件设备基于OM690操作监视系统构成，它包括信息指示和接受命令的设备(显示终端、大屏幕)、过程信息处理和存储设备(高速工业计算机、服务器)、通信设备(网络和电缆)，是监视、控制和记录的主要设备。机组级也包括单个监视和控制设备用于提供

4、备用。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,5,机组级软硬件设备之间的信息交换由终端光纤总线(Terminal Bus) SINEC H1-FO完成。网桥被用于机组终端总线与全厂终端总线的连接。XU设施用于把外部监视和控制系统连接到终端总线系统，并保证终端总线系统与外部系统之间信息流的可靠隔离。 工程设计系统ES680与电厂总线(Plant Bus)及终端总线相连, 这样能够与AS620和OM690系统的数据进行在线交换, 提供输入输出信号的在线信息, 创立组态文件。诊断系统DS670也连接到上述两条总线, 实现对I&C设备的

5、详细诊断功能。通过基于屏幕的OM690系统可实现对电站全部生产过程的控制。OM系统的基本组成包括处理单元 PU, 服务器单元 SU和操作终端 OT。 PU完成对操作员屏幕显示信息的处理, SU主要是为数据提供存档的系统，OT负责为操作员提供监视操作的人机界面, 也包括显示全厂生产总貌图的大屏幕监视器。PU、SU和OT之间的通讯经由一条光纤终端总线来完成。它允许MCR内OT上的信息同样在SCR内显示。来自外部系统的信息可通过XU单元与OM690交换信息。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,6,全厂级，全电厂的监视和控制、与电力

6、系统连接的监视和控制等。 全厂级I&C用于给电厂管理人员提供机组生产过程最重要的信息。 全厂级I&C基于OM690系统，包括信息指示设备(显示终端)、过程信息处理和存储设备(高速工业计算机、服务器)和通信设备(网络和电缆)。 全厂级I&C执行对电厂所有机组公共的那些功能，如机组之间的负荷分配、监视电厂的输出功率和无功功率、与电网控制系统进行数据交换等。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,7,全厂级仪控系统功能组成： 总控制室 总值长室 网控室 应急指挥中心 管理信息系统 辐射安全工程师站 自动环境辐射检测系统(ARESMS)

7、 自动辐射监测系统 化学中心 核物理专家中心 通风控制室 泵房控制室 消防控制室 BOP控制系统,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,8,机组级仪控系统功能结构： 主控室(MCR) 备用控制室(SCR) 技术支援中心(Technical Support Center) 服务中心(Service Center) 辐射监测室(MRMR) 一、二回路水化学监测实验室(Primary/Secondary Circuit Chemical Monitoring Laboratory) 水制备车间控制室(Water Preparation

8、 Room) 运行仪控系统(BELT) 安全仪控系统(SILT) 停堆表决和断路器系统(EE CPS) 中子通量监测系统(NFMH) 地震仪表系统(APS),JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,9,控制棒控制和棒位指示系统(GICS) 反应堆监测控制诊断系统(MCDS) 自动辐射监测系统(ARMS) 应急柴油发电机控制系统(SDGS) 机组柴油发电机控制系统(UDGS) 消防控制系统(FP I&C) “黑匣子”(Black Box) 汽轮发电机监测诊断系统(Process Parameters Monitoring and T

9、urbo-generator Diagnostics System),JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,10,田湾核电站全数字化仪控系统结构图,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,11,正常运行仪控系统TXP组成：,TXP模块结构，分布型，面向功能,SIMATIC NET 工业以太网,AS 620B/T 自动控制系统,OM 690 操作和管理系统,ES 680 工程设计系统,DS 670 诊断系统,CT 675 调试工具,JNPC-CIO 2020/8/5,

10、Jiangsu Nuclear Power Corporation,12,TXP过程控制系统中的自动化级别,操作和监视级,External Network,处理级,成组控制级,单项控制级,现场级,OT,OT,ES,DS,OT,SU/PU,PROFIBUS-DP,FUM-F,FUM-B,DP/PA,Electric. actuators,ET200,PROFIBUS-PA,AS-interface,SIM-T,SIM-F,SIMOCODE,DP/ASi,OT,OT,DT,ET,AP,APF,AG-F,APT,S5 E/A,S5 E/A,S5-AG,AP,AP,PROFIBUS,XU,Router

11、,S5-AG,AP,AP,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,13,OM690操作和监视系统/提供过程控制及管理的网络配置,PU,SU,.,.,OT,OT,XU-OM,1 . . . 4,1 . . . 4,OT,终端总线,外部,电厂总线,Router,网络,OM 690,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,14,数据存贮短期存档,OT,PU,AS,环状存贮器 可调整 600 000信号,短期存档,所有信号的存贮量约为12小时,每20秒存入长期存档库一次,短期

12、存档设计为环状存贮的 RAM结构,PU中全部数据的短期存档 （信号、状态、计算量和报警） 开关量与模拟量,OM 690,Terminal Bus,Plant Bus,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,15,数据存储-长期存储,SU,OT,PU,AS,MOD,长期存档,环状存贮器 120 x 106 信号 可扩充,以与短期存档相同的密度 长期存档所有的数据,长期存档设计为环状存贮 的硬盘结构,所有信号的存贮容量约为 8天,转存数据至光盘,直接访问光盘上所有的数据,光盘的存贮容量约为24天,OM 690,JNPC-CIO,.,F

13、UM-B,FUM-B,SIM,SIM,.,AS 620 B 集中或分布的基本型自动控制系统,利用SIM进行信号 输入输出,所有的部件及 FUM可以以冗 余方式运行,利用FUM进行 信号采集，开 闭环控制,冗余的机柜总线 及FUM接口,分布式应用,集中式应用,电厂总线,机柜总线,AP,JNPC-CIO,AS 620 B TELEPERM XP的自动化结构,远程 I/O,FUM,远程 I/O,ET 200,ET 200,SIM,ET 200,DP/PA,DP/ASi,PROFIBUS-DP 现场总线,Automation- processor,PROFIBUS-DP 现场总线,电厂总线,Autom

14、ation- processor,Automation- processor,接线架,Trunc cable,FUM = 功能模件,智能现场设备,配电柜,子配线盒,SIM = 信号模件,FUM,JNPC-CIO,AS 620 B 冗余AP及功能模件的配置 (FUM-B),IM,IM,FUM-B,IM,IM,FUM-B,IM,CPU,CP,IM,CPU,CP,冗余 AP 架 (SIMATIC CPU）,机架 19个插槽,Max. 6 FUM-B racks interconnected,机柜总线,电厂总线,JNPC-CIO,AS 620 B 种类很少却可提供各种功能的FUM模件,M,PID,#,

15、FUM 210,FUM 232,FUM 280,FUM 230,驱动控制 步进控制 状态信号处理,传感器信号 热电偶及热电阻信号 处理,连续型闭环控制,传感器信号 模拟量信号处理,JNPC-CIO,SIM-T,SIM-T,OM,ES,AS 620 T用于汽轮机的快速闭环控制,AP,AP T,SIMADYN 处理单元用于快速 闭环控制（位置控制：燃汽轮 机及蒸汽轮机时为6 ms）,SIM T快速信号处理 （1ms）,闭环控制采取2取1冗余,Plant bus,通过AP与OM通讯,JNPC-CIO,FUM,FUM,AP,主时钟系统,时钟分辨率 1 ms 时间精度全系统 10 ms,主时钟,时钟分辨

16、率 1 ms,时钟分辨率 1 ms,JNPC-CIO,结构简洁的AS 620标准机柜,屏蔽条,SAE机柜接线单元 （按需安装）,总线电缆槽,机柜灯,带自动断路器及抑制 二极管的输电模件,FUM子机架,电源条,带有接入端子的二极管 盒用于冗余的24V DC 供电,双AP子机架,屏蔽接线板,过程电缆槽,I I&C监视分配模件,JNPC-CIO,FUM-B - 类,FUM-F - 类,FUM 210,最多8,FUM 360,最多24,FUM 210,最多4,FUM 210,最多28 *),FUM 310,最多16 *),FUM 280,最多2 *),FUM 230,最多16,FUM 330,最多4,

17、FUM 232,最多28,FUM 232,最多14,FUM 531,最多4/4,FUM 511,最多16/16,AS 620 B,AS 620 F,FUM 531,最多4/4,FUM 511,最多16/16,FUM-B 的功能,冗余模件,驱动控制,步进闭环控制,开关量信号处理,连续闭环控制,模拟量信号处理（20mA）,热电偶,热电阻,模拟量信号耦合I/O,开关量信号耦合 I/O,JNPC-CIO,FUM设计基本特点,模件具有： 1 ms时间分辨率 10 ms开关量信号更新周期 50 ms模拟量信号更新周期,从机柜总线到模件的冗余,模件的冗余度可灵活配置(0-100),模件的种类少,功能模件可以

18、实现开关量和模拟量的驱动控制， 开环控制和信号处理,JNPC-CIO,FUM设计基本特点,监视：对电源及地的短路，电缆断裂，测量范围， 插件插入状态及类型检查，机柜内I&C监视FUM设计基本特点,专用通道提供变送器电源,电厂专用的开环控制功能：低压监视及手操器和指示器的硬接线接口,故障安全型应用的设计方法与普通型相同,JNPC-CIO,现场总线基本特点,通过高性能诊断及维护信息实现高可用率,通过采用智能控制设备（SIPOS主AUMAMATIC），马达控制 中心可以缩小规模,降低电线敷设及安装的专用,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporat

19、ion,27,电厂总线,Trunc cable,Automation- processor,FUM,FUM,配电柜,接线架,子配线盒,AS 620 B TELEPERM XP的自动化结构,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,28,AS 620 B 冗余AP及功能模件的配置 (FUM-B),IM,IM,FUM-B,IM,IM,FUM-B,IM,CPU,CP,IM,CPU,CP,冗余 AP 架 (SIMATIC CPU）,机架 19个插槽,机柜总线,电厂总线,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Po

20、wer Corporation,29,AS 620 B 种类很少却可提供各种功能的FUM模件,M,PID,#,FUM 210,FUM 232,FUM 280,FUM 230,驱动控制 步进控制 状态信号处理,传感器信号 热电偶及热电阻信号 处理,连续型闭环控制,传感器信号 模拟量信号处理,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,30,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,数据采集、显示（1）,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,31,数据采集、显示 （

21、2）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,32,数据采集、显示 （3）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,33,控制方式 （1）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,34,控制方式 （2）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JN

22、PC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,35,控制方式 （3）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,36,控制方式 （4）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,37,控制方式 （5）,田湾核电站仪控系统数据采集、显示与控制的实现方式,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear P

23、ower Corporation,38,安全仪控系统TXS,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,39,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,40,田湾核电站反应堆保护系统(RPS Reactor Protection System)的硬件结构如图所示。它由具有1E等级的TXS系统来实现，每个子系统均为四重冗余结构，对应于一回路中的四个环路。为应付可能发生的共因故障采用了两个物理多样化准则来处理各自的设计基准事故, 一侧在多样化子系统A中处理, 另一侧在多样化子系

24、统B中处理。用于信号有效 (例如第二最小值或最大值) 或表决 (例如4选2) 的信号在冗余设备中的交换是通过具有1E级设备认证的、传输速率1.5Mbps的SINEC L2-FO光纤总线通讯来实现的，以保证电气以及功能的隔离和信号传输的可靠性 。 RPS与俄方供货范围的反应堆仪表和驱动系统 (例如堆芯内外中子通量测量, 电源断路器系统, 棒控系统等)相互配合而动作。工艺过程参数如温度、压力、流量等经由信号采集及预处理机柜(Signal acquisition and conditioning - MABE柜)的信号分配模件(SNV1)直接送入TXS。同时RPS也连接到位于主控制室(MCR)和备用

25、控制室(SCR)内1E等级的反应堆保护系统后备盘上, 后备盘的信号一部分经由硬接线的直通I/O通道, 另一部分经由被称作监视和服务器接口(Monitoring & service interface)的MSI计算机来完成。 MSI计算机也与I&C维护中心的服务器单元(SPACE工作站)相连接。服务器单元用于工程诊断并执行TXS系统的周期性测试任务。此外MSI计算机还通过冗余的网关(Gateway)计算机将RPS与常规I&C的TXP系统相连, 以便实现从TXS系统到TXP系统的信号单向传输 。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation

26、,41,1E安全等级的驱动设备经优选逻辑模件(Priority Logic Module)AV42与TXS系统相连。AV42同时也接收来自控制室内安全保护盘的手动命令以及来自TXP系统(经由一条光纤总线)的控制信号。优选逻辑确保来自RPS的自动保护命令永远具有最高优先级，超越那些来自运行I&C可能的手动或自动命令 。,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,42,RTS特点： 每个停堆触发事件均采用两个物理多样性的触发准则。每一个触发准则均能够完成反应堆紧急停堆系统功能； 每一个物理量有四个传感器，其信号分布在四个冗余序列中； 每

27、个物理多样性准则的数据采集、一致性检查、限值生成和逻辑判断均在四个冗余子系统内同时进行； 控制棒停堆断路器的动作由来自两个多样性子系统的触发信号采取4取2硬件逻辑表决产生； 硬件逻辑电路的中间继电器运行于故障安全模式(低电平动作)。RTS机柜失去电源将导致反应堆紧急停堆系统动作，确保安全停堆； 专设安全设施驱动系统(ESFAS)信号处理流程见下图,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,43,ESFAS特点： 每个触发事件均采用两个物理多样性的触发准则。每一个触发准则均能够完成ESFAS功能； 每一个物理量有四个传感器，其信号分布

28、在四个冗余序列中； 每个物理多样性准则的数据采集、一致性检查、限值生成和逻辑判断均在四个冗余子系统内同时进行； ESFAS的动作由来自两个多样性子系统的触发信号采取4取2逻辑表决产生； 4取2表决逻辑在独立的VO计算机中实现； ESFAS的动作输出到专用的AV42优选模件，驱动相应的执行机构。 AV42可接受多个系统的输入信号，并保证RPS动作信号始终具有最高的优先级；,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,44,反应堆限制系统RLS硬件结构,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Cor

29、poration,45,RLS特点： 没有物理多样性的要求； 每一个物理量有四个传感器，其信号分布在四个冗余子系统中； 只有两个MSI计算机； RLS动作信号在VO计算机中采取4取2逻辑表决产生(RPP除外)； RLS动作输出到专用的AV42优选模件(RPP除外) ，驱动相应的执行机构。其优先级仅低于RPS；,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,46,TNPS仪控系统功能分区,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,47,TNPS“启动过程顺序”流程图,TNPS仪

30、控系统功能分区,JNPC-CIO 2020/8/5,Jiangsu Nuclear Power Corporation,48,与安全I&C比较，运行I&C覆盖了核电站的大部分自动控制任务。Siemens是根据电厂能量产生过程（能量流）的基础来组织自动控制任务的结构，并基于以下理念进行：核电站是可以从主控室操作和监视的。 为了完成电站的启动或停机，必须有一个专用的程序并且需实现对多个处理过程的控制。整个田湾核电站的控制过程被分解到6个主要过程（称之为PA-Process Area）。每一个PA又可以分解为若干个子区。田湾核电站共有25个子区，根据实际的操作需求，又将各子区划分成不同的功能组。在各功能组内完成计算、联锁、开环控制、闭环控制等典型的自动控制功能。为降低操作人员的工作强度，将不同的控制功能合并形成子环