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　　摘 要：介紹了核電廠全數字化儀控系統數據通信軟硬件設計的主要特點，并通過對數據通信軟硬件結構的詳細分析，指出了核電廠統數據通信軟硬件設計高度的可靠性和可利用性等優點，滿足了核電廠對數據通信高度可靠的要求。

　　關鍵詞：PROFIBUS；TXS；SINEC L2；SL21；SCP1；SINEC H1；SVE2；核電廠

　　1 核電廠儀控系統

　　核電廠全數字化儀控系統主要是由常規儀控TXP（Opera—tional I&C System）和安全儀控TXS（Safety I&C System）兩部分組成，主要目的是用于監測和控制核電廠釋熱和電能生產的主要和輔助過程，在所有運行模式包括應急情況下，維持電廠的安全性、可操作性和可靠性，并且在正常運行工況下保證電廠的經濟性。

　　PROFIBUS是一種簡單、堅固和可靠的現場總線系統，是目前唯一能夠以標準方式應用于所有領域并貫穿整個過程鏈的現場總線。如圖1，儀控系統中的數據通信是由電廠總線和現場總線、SlNEC H1 FO 總線和PROFIBUS總線系統構成的終端總線完成。終端總線用于PU／SU和OT以及ET和DT之間的通信以及通過網關／網橋與外部公共網互連。電廠總線用于AS62o、OM690、ES680和DS670之間的通信，并且通過網關與終端總線相連，與安全儀控系統的工業以太網總線相連。數據通信包括核電廠中所有數據和命令的傳輸，具體涉及到安全系統的儀控系統、安全相關系統的儀控系統和正常運行系統的儀控系統，完成在不同的系統之間或在同一系統的不同組件之間的信息傳送，以及與其它外部系統的通信任務。數據傳輸介質采用了光纖電纜，對電磁干擾不敏感。

　　2 SINEC H1總線

　　以線性工業以太網為標準的SlNEC H1結構，它是基于IEEE802．3（Ethernet）標準中的規范，是一種總線型系統，涉及到ISO／OSI開放系統互聯網絡模型中的物理層、數據鏈路層及傳輸層。它采用的是CSMA／CD總線訪問技術，傳輸接口符合lSO 80733傳輸協議。所以說SlNEC H1局域網符合局域網的模型結構，它是這些標準規范的工業應用。圖2中星型耦合器經過網關將T×S的數據通信網絡與TXP系統的電廠總線連接起來、星型耦合器連接MSl（監視服務界面）和SU（服務單元）、MSl（監視服務界面）和驅動計算機之間的連接，SU作為T×S的重要通信設備，其任務主要為：循環獲取數據，為MSl和自動控制計算機進行數據的鏡像管理，為應用程序提供用戶接口，將應用程序的指令傳輸至實時運行環境或將指令的反饋信號傳輸至應用程序。

　　3 SINEC L2總線

　　SlNEC L2現場總線采用了PROFIBUS總線系統，它用于連接數字現場設備和現場設備到電廠總線，數據傳輸速度為1．5Mbps。SINEC L2 網按傳輸媒介區分可分為屏蔽雙絞線型（SlNEC L2TW ）、光纖型（SlNEC L2FO）、組合型（SlNECL2Tvv／FO），SlNEC L2TVv一般采用總線形結構，節點是通過一個總線終端或總線連接器連接到總線上，每個網絡段最多可以有32個節點，各個網絡段通過中繼器連接，通過中繼器最多可連接127個節點，在任何兩站之間不得超過七臺中繼器。單段結構的L2網，若采用基帶傳輸、RS485總線標準，最遠距離為1200m。如驅動計算機和現場驅動機構、信號采集和功能處理計算機以及冗余的信號采集和功能處理計算機之間的連接。SlNEC L2總線技術特點和網絡協議是由西門子公司早期推出的SlNEC 網絡系列包括SlNEC S1、SlNEC L2、SlNEC H1、SINEC H3等四種。其中SINEC L2是一種適于中、小規模的工業局域網，它是以德國標準化協會DIN1925定義的德國現場總線標準PROFIBUS為基礎而設計的，符合國際標準化組織的OSl（開放系統參考模型），已廣泛應用在離散控制領域。

　　4 PROFIBUS現場總線系統的應用

　　4．1 T×S系統數據通信的硬件結構設計

　　T×S數據通信主要由SL21、SCP1兩種通信模塊完成（如圖2所示），當安全指令在冗余通道中或在冗余通道之間進行傳輸時，SL21負責冗余通道之間的處理模塊（SVE1）通信，SCP1用于與工業以太網進行數據傳輸，同時還可以用于MSI（監視服務界面）或Gateway與其它信息系統的通信。由于核電廠主要工藝設備包括反應堆、一次回路、蒸汽發生器、二次回路、穩壓器、水泵等。主要測量儀表包括中子通量探測、壓力變送器、差壓變送器、液位計、流量計、溫度等；另外還有大量的電動調節閥、電磁閥、電機等。這樣的系統可以采用PROFIBUS總線來完成監控任務。我們知道現場數據采集系統有數字量信號、模擬量信號（4-20mA），從現場采集的標準信號經過信號調理分配單元后送到信號處理單元進行邏輯處理，再由邏輯處理單元經過PROFIBUS的SINEC L2 Bus傳送給四取二邏輯表決單元，因為系統采用的是冗余結構，邏輯表決單元將表決信號經硬接線傳送給優先模件AV42，由優先模件驅動執行機構。

　　對于這樣的系統，我們可以采用遠程I／O加智能DP／PA儀表的方式來實現，采用IP65／67防護等級的ET200X遠程I／O來采集主要設備的工藝參數，IP65／67防護等級的ET2OOX直接安裝在現場，同時ET200X提供模塊化的閥門模塊和馬達模塊，通過安裝在現場的開關設備集中監控電動調節閥、電磁閥、電機等執行設備，再由checkback信號到優先模件，經過SINEC L2 Bus通訊。其他的電機可以通過SIMOCODE連接到PROFIBUS—DP。所有的儀表都通過DP或PA總線連接到系統中。

　　4．2 T×S系統數據通信的軟件設計

　　4．2．1 PROFIBUS

　　PROFIBUS是標準化的獨立用戶的總線系統，用于底層的通信。所用技術適用于大多數通信設備。根據不同的要求，PROFIBUS具有不同的協議內容。T×S 中采用PRCIFIBUSFDL，主要原因是T×S的四通道冗余要求所有信號的獨立性和多樣化，同時能夠使得協議簡單化。

　　4．2．2 Gateway的軟件設計

　　TXS系統中主要的通信軟件都在Gateway上運行（如圖3所示），在Gateway中TXS的輸出程序周期性的執行，并在緩沖區中存儲來自MSI信號，這些信號可借助數據庫的一些功能被讀出。運行周期由實時環境控制，實時環境運用DLPI數據庫的一些功能和TXS系統進行通信。TXS輸出程序不占用全部Gateway的計算時間，有一部分的計算時間是用于轉換程序的運行，轉換程序將TXS的信號轉換成TXP的數據格式，以便相關設備調用。

　　轉換程序的同步任務要求轉換程序和TXS的實時運行環境同步（即在同一周期中運行），并利用DLPI數據庫獲取過程數據或把操作信息傳輸至相應的系統。過程數據儲存在緩沖器（PI bufer）中，這個緩沖器也用于儲存來自TXP的操縱員指令或過程信號，并且還進行信息列的管理。控制表（Control Table）用于　　定義數據在PI緩沖器中的存儲區域，通過一些指令翻譯器可將控制表讀出。轉換程序的非同步任務是指和TXS系統不同步。主要完成PI緩沖器中的數據向過程數據塊的發送，或過程數據塊中的數據向PI緩沖器的發送。這種過程數據塊的發送和接收是根據非同步任務請求來進行的。

　　5 PROFIBUS現場總線系統的應用現狀及發展前景

　　電力行業是一個自動化程度非常高的行業，如主機DCS系統、核安全儀控系統以及主要輔機程控系統，這些系統都存在可靠性要求高、監控設備和對象多而復雜、實時性要求高等特點。特別是主機DCS 系統，涉及數百臺壓力和差壓變送器，數百臺電動或啟動執行機構，數百個溫度測點，系統要進行復雜的閉環控制、串級控制、三沖量控制、比率控制，要進行設備連鎖控制，要進行復雜的反應堆停堆、APC、中子通量控制。所有這些都需要有高可靠性的控制系統來保證整個生產過程的安全、穩定、可靠運行。

　　目前制約基于現場總線的控制系統在電廠應用主要問題包括以下幾個方面：①支持現場總線的智能設備造成初期投資的提高；②有些設備和儀表不帶總線接口；⑧哪些設備、儀表信息可以傳送；④系統結構如何變化，如何構筑一個基于現場總線的控制系統；⑤通訊是否可靠；⑥設備選型的局限性。

　　對于新建核電廠，選用帶總線接口的儀表、執行機構、變頻器、智能馬達控制器、閥門定位器等的條件已經成熟，因為很多知名的儀表、設備制造商如：SIEMENS、ABB、EMERSON等都可以提供多種可供選擇的成熟的帶總線接口的系統和設備，而且價格也越來越與常規智能設備接近。而且基于HART協議連接變送器的結構已經在很多電廠獲得應用，在集中校驗、提高采集精度等方面取得用戶的好評。而現場總線是比HART協議更全面的總線，因此具有更好的應用前景。在新建電廠的DCS、FGD DCS和輔機程控系統都可以采用現場總線系統，并且已經有很多非常成功的應用。

　　對于老核電廠的改造系統，由于大量采用非智能儀表和執行機構， 全面更換、更新可能性很小，對于這樣的系統，PROFIBUS也可以提供很好的解決方案。可以采用遠程I／O的方式，通過常規I／O模塊采集非智能儀表的信號，然后通過PROFIBUS—DP總線連接到中央控制器。儀表和執行機構可以按設備生命周期逐批更換。

　　6 結束語

　　PROFIBUS總線在國內電力系統中也有很多應用，如江蘇連云港田灣核電站全數字化儀控采用PROFIBUS總線，夏港電廠DCS系統采用PROFIBUS總線，韓峰電廠DCS系統采用PROFIBUS總線， 浙江秦山一期正在改造為T×S系統采用PROFIBUS總線，山東萊程電廠DCS系統以及華能玉環電廠主廠房外補給水系統均采用了PROFIBUS—DP總線結構。

　　參考文獻

　　[1]姚遠，劉國良．工業局域網SINEC L2的特點與應用[D]北京：北京航空航天大學