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何大宇

1  概述
    為了使廣三核能夠很好地應(yīng)用DCS技術(shù)，我們開展了壓水堆核電站儀控DCS遠(yuǎn)程I/O站（以下簡(jiǎn)稱“I/O站”）的模擬設(shè)計(jì)工作。這是以嶺澳工程為例開展的設(shè)計(jì)工作。其目的主要有三個(gè)：
(1)  通過這項(xiàng)工作，開發(fā)并掌握DCS遠(yuǎn)程I/O站的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)技術(shù)水平，滿足將來中標(biāo)堆型自主化設(shè)計(jì)工作的需要。
(2)  提出用戶需求，用于嶺東工程談判，使?jié)撛诔邪谈鶕?jù)我們提供的資料數(shù)據(jù)提供相關(guān)設(shè)備和技術(shù)服務(wù)。
(3)  可資源共享，供大亞灣、嶺澳核電站儀控設(shè)備改造使用。
    DCS即分布式控制系統(tǒng)是此次設(shè)計(jì)方案的重要改進(jìn)項(xiàng)目之一。I/O站是DCS與現(xiàn)場(chǎng)儀控設(shè)備進(jìn)行信息交換的前端設(shè)備，是DCS的基礎(chǔ)部分。DCS的主要結(jié)構(gòu)及I/O站的位置參見圖1。
    采用I/O站可降低工程造價(jià)，提高核電站的可靠性及安全水平，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：① 節(jié)約電纜（即節(jié)約相當(dāng)于嶺澳核電站儀控電纜總量的60%）；② 節(jié)約安裝工時(shí)和相應(yīng)的橋架；③ 減少原有電纜及橋架占用的巨大空間（這非常有利于防火分區(qū)和實(shí)體隔離）；④ 明顯縮小防火區(qū)域和減輕防火難度；⑤ 采用光纖，運(yùn)行時(shí)光纖電纜是完全和電位差無關(guān)的，可使儀控系統(tǒng)抗電磁干擾的能力大大增強(qiáng)，并可節(jié)省昂貴的等電位接地連接的額外投資。 

圖1  DCS的主要結(jié)構(gòu)及I/O站的位置

    隨著這一項(xiàng)目的完成，基本確定了全廠I/O站的位置以及每個(gè)I/O站內(nèi)的信號(hào)容量和信號(hào)性質(zhì)，為下一階段I/O站的具體設(shè)計(jì)，如I/O站設(shè)備的選型、模塊數(shù)量的確定以及采用光纖與上一級(jí)相連的方案等等奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2  I/O站設(shè)置的基本原則
(1)  I/O站全部設(shè)在反應(yīng)堆廠房外；盡可能設(shè)置在非輻射防護(hù)控制區(qū)內(nèi)，以利于檢修維護(hù)；
(2)  盡可能靠近現(xiàn)場(chǎng)；要在三維立體空間儀控信號(hào)相對(duì)集中的地點(diǎn)設(shè)置I/O站，以最大限度地節(jié)省電纜；
(3)  A列、B列、SIP I、SIP II、SIP III、SIP IV、SIP V要單獨(dú)設(shè)站；站與站之間要實(shí)體隔離，以滿足安全分區(qū)、防火分區(qū)、輻射防護(hù)分區(qū)的要求；
(4)  滿足I/O站對(duì)溫度、濕度、抗震、防塵、防水淹、防電磁干擾等方面的要求。
3  模擬設(shè)計(jì)的范圍
    將全廠納入I/O站的信號(hào)范圍劃分為兩個(gè)區(qū)域：
(1)  反應(yīng)堆廠房區(qū)域，包括1RX、2RX內(nèi)納入DCS的全部?jī)x控信號(hào)。
(2)  綜合區(qū)域，包括WX、KX、NX以及LX廠房?jī)?nèi)的納入DCS的全部?jī)x控信號(hào)。
    考慮到常規(guī)島本身通常有一個(gè)獨(dú)立的DCS系統(tǒng)，相當(dāng)于全廠DCS系統(tǒng)的子系統(tǒng)，與全廠DCS系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)通訊。在常規(guī)島設(shè)置I/O站的原則和方法與核島相似，只是信號(hào)的規(guī)模、I/O站的數(shù)量以及復(fù)雜程度與核島相比要少很多。
    BOP各工藝系統(tǒng)基本上相對(duì)獨(dú)立，多為計(jì)算機(jī)控制，可直接與全廠DCS數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)連接，不必單獨(dú)設(shè)置I/O站。
因此I/O站模擬設(shè)計(jì)的范圍主要在反應(yīng)堆廠房區(qū)域以及綜合區(qū)域內(nèi)。
4  I/O站的設(shè)計(jì)
    I/O站設(shè)計(jì)主要涉及遠(yuǎn)程I/O站的布置設(shè)計(jì)及I/O站本身設(shè)備設(shè)計(jì)兩部分。布置設(shè)計(jì)是根據(jù)全廠I/O信號(hào)的分布，選擇合理的位置，并根據(jù)I/O信號(hào)的數(shù)量確定I/O站的規(guī)模與數(shù)量。在此介紹I/O站的布置設(shè)計(jì)。
4.1  反應(yīng)堆廠房區(qū)域
(1)  儀控貫穿件的分布
    位于反應(yīng)堆廠房和連接廠房之間的儀控貫穿件，其主要功能是為反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)外的儀控信號(hào)提供雙向傳遞的通道，它們的位置和數(shù)量直接影響到與反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)儀控信號(hào)相關(guān)I/O站的布置設(shè)計(jì)。一號(hào)核島儀控貫穿件分別集中分布在1WX廠房的+3.80米和+11.5米處，各有10個(gè)和23個(gè)貫穿件；二號(hào)核島儀控貫穿件的分布與一號(hào)核島不同，而是散布在2WX廠房的從+3.80米到+16.05米處，相對(duì)集中在+3.80米和+11.50米，共有33個(gè)貫穿件。
    根據(jù)對(duì)反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)儀控信號(hào)的類型與功能，對(duì)經(jīng)過貫穿件的信號(hào)予以分類，確定每個(gè)反應(yīng)堆各有25個(gè)貫穿件納入到I/O站的范圍，其它如通訊系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等信號(hào)另行處理。
(2)  數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)
    根據(jù)參考電站電氣貫穿件清單以及納入DCS范圍的系統(tǒng)手冊(cè)，對(duì)應(yīng)著每一個(gè)貫穿件統(tǒng)計(jì)整理出納入I/O站的信號(hào)。這些信號(hào)匯同綜合區(qū)域的信號(hào)開發(fā)形成“核電站儀控DCS遠(yuǎn)程I/O信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)”。該數(shù)據(jù)庫(kù)不但將所有信號(hào)的類型、數(shù)量、功能做了統(tǒng)計(jì)，還包括從信號(hào)源設(shè)備到終端的各段電纜路徑。此外，該數(shù)據(jù)庫(kù)還表示出相應(yīng)的I/O站位置，從而使I/O站設(shè)計(jì)細(xì)化，已達(dá)到與嶺澳核電站儀控信號(hào)電纜端子排可一一對(duì)應(yīng)的深度。
從現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)入I/O站的信號(hào)為I/O站的輸入信號(hào)；從I/O站的上一級(jí)通過光纖傳輸?shù)絀/O站并經(jīng)I/O站轉(zhuǎn)換輸出驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)為I/O站的輸出信號(hào)。輸入、輸出信號(hào)按性質(zhì)分為兩大類即模擬量和開關(guān)量；按安全功能及性質(zhì)的不同分為7種，即A、B列及SIP I～SIP V通道。
進(jìn)出I/O站的信號(hào)經(jīng)I/O站內(nèi)的相關(guān)模塊進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的處理。
(3)  I/O站的設(shè)計(jì)（貫穿件法）
    根據(jù)I/O站設(shè)計(jì)的基本原則將反應(yīng)堆廠房的I/O站設(shè)置在緊鄰現(xiàn)場(chǎng)靠近貫穿件的WX廠房?jī)?nèi)，分層布置。這樣可使儀控信號(hào)電纜從貫穿件就近敷設(shè)到I/O站，長(zhǎng)度大大縮短。從每個(gè)I/O站到DCS控制計(jì)算機(jī)的電纜則以光纖代之。一般地，一個(gè)I/O站僅使用一條光纖。從而大大減少了參考電站中儀控電纜的數(shù)量。這種設(shè)置I/O站的方法簡(jiǎn)稱為貫穿件法。
    經(jīng)過詳細(xì)的選擇與比較，將1RX的信號(hào)分配在位于WX廠房+3.80米、+11.50米和+15.50處的I/O站內(nèi)；將2RX的信號(hào)分配在WX廠房+7.00米、+11.50米和+15.50米處的I/O站內(nèi)。
兩個(gè)核島的I/O站各有8個(gè)，其中A列有兩個(gè)、B列有一個(gè)、SIP I～SIP V各有一個(gè)。
4.2  綜合區(qū)域
    綜合區(qū)域I/O站信號(hào)分布的特點(diǎn)是涵蓋的范圍廣而且分散；特別是在NX廠房?jī)?nèi)的信號(hào)分布呈不對(duì)稱性。這一特點(diǎn)決定了綜合區(qū)域I/O站的設(shè)計(jì)比反應(yīng)堆廠房區(qū)域要復(fù)雜。
    除核島外，全廠其它工藝系統(tǒng)的儀控信號(hào)，絕大多數(shù)都是通過CR（就地接線箱）進(jìn)行集散的，因此將CR所含的信號(hào)以及分散的信號(hào)統(tǒng)計(jì)整理完整，就能確保數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄完整。
    I/O站的設(shè)計(jì)（“CR”法）：根據(jù)設(shè)計(jì)I/O站的基本原則，依據(jù)分布在現(xiàn)場(chǎng)各處的（就地接線箱）CR，統(tǒng)計(jì)整理出納入DCS I/O站的儀控信號(hào)，分類存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
    按照CR的分布將全部?jī)x控信號(hào)標(biāo)注在0號(hào)圖紙上并綜合全部共26張圖紙的信號(hào)分布，在三維立體的空間中統(tǒng)籌確定I/O站的位置。這種設(shè)置I/O站的方法簡(jiǎn)稱為“CR”法。
    需要說明的是，全部?jī)x控信號(hào)均可配置在不但滿足安全、環(huán)境、檢修和運(yùn)行管理的要求，而且又鄰近信號(hào)源或驅(qū)動(dòng)設(shè)備的I/O站內(nèi)。因此就某個(gè)I/O站而言，其內(nèi)部可能既有來自于反應(yīng)堆廠房區(qū)域的信號(hào)，又有來自于綜合區(qū)域的信號(hào)。
    具體地說，在綜合區(qū)域內(nèi)需新建7個(gè)I/O站：
    在±0.00米設(shè)置2×2+1個(gè)I/O站，即位于核輔助廠房NX246房間。這個(gè)房間原為KSN系統(tǒng)的機(jī)架間，采用DCS后，基本空置，故改造后設(shè)計(jì)安放5個(gè)I/O站，即兩臺(tái)機(jī)組A、B列的I/O站及0、9字頭信號(hào)的I/O站。這些I/O站接受來自于-6.70米、-3.40米以及±0.00米的A、B列信號(hào)及這一區(qū)域的0、9字頭的信號(hào)。
    來自0、9字頭的信號(hào)僅有A列，無B列信號(hào)，且占94%的信號(hào)位于+8.00米及以下，因此將其全部集中在±0.00米的I/O站；如有需要也可采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式進(jìn)一步減少個(gè)別遠(yuǎn)離I/O站的電纜。
    在+11.5米的LX505、545房間中利用繼電器機(jī)架騰出的部分空間分別分隔出兩個(gè)房間，臨時(shí)編號(hào)為1W506和2W545，分別設(shè)立綜合區(qū)域在標(biāo)高+11.5米及以上的B列信號(hào)I/O站；編號(hào)為1W506I/O、2W545I/O。
    +5.0米及以上的A列信號(hào)分別送到分布在兩臺(tái)機(jī)組+3.80米、+7.00米及+15.50米的A列I/O站中去。
    這一區(qū)域的SIP信號(hào)全都引至位于+11.5米和+15.5米處的SIP I/O站。這樣安排一方面是由于綜合區(qū)域的SIP信號(hào)數(shù)量不多，不值擇地另設(shè)I/O站；另一方面SIP I～SIP IV的信號(hào)主要集中在這兩層廠房，故如此安排。
    需要說明的是SIP I、II、III、V中的極少量信號(hào)屬于9號(hào)機(jī)組，根據(jù)其信號(hào)終到設(shè)備分別將其安排在1、2號(hào)機(jī)組相應(yīng)的I/O站內(nèi)。
    對(duì)少數(shù)分散的遠(yuǎn)離I/O站的儀控信號(hào)，可采用現(xiàn)場(chǎng)總線將信號(hào)引進(jìn)I/O站。
5  結(jié)語(yǔ)
    通過這項(xiàng)工作，取得以下成果：
    ①  開發(fā)并基本掌握了適應(yīng)不同壓水堆核電站遠(yuǎn)程I/O站的設(shè)計(jì)方法。
    ②  設(shè)計(jì)并完成了關(guān)于全廠與RX、WX、KX、NX、LX廠房中儀控信號(hào)相關(guān)的共23個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O站的布置。
    ③  開發(fā)了全部I/O站總共擁有近6200條記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)。
    ④  建立了WX、KX、NX、LX廠房與I/O站相關(guān)的從-6.70米至+24.00米各層廠房?jī)x控信號(hào)分布圖及I/O站分布圖。
    ⑤  最重要的是，大家基本掌握了DCS遠(yuǎn)程I/O站的設(shè)計(jì)方法；不但能定性地與潛在承包商交流，而且能具有一定深度、定量地與其探討，在將來的談判工作中做到心中有數(shù)，在將來的工程改造中發(fā)揮作用。