Common Q在AP1000 PAMS中的应用

刘子介

（中国广东核电集团中广核工程有限公司，深圳 518124）

1 引言

Common Q（Common Qualified Platform）平台是美国ABB CENP 公司下属EPRI（Electric Power Research Institute：电力研究院）利用ABB AC160 PLC系统和平板显示系统FPDS（Flat Panel Display System）开发的1E级数字化软硬件平台（1E级DCS），已获得美国NRC（核管会）的批准[1-2]。目前主要用于组成AP1000核电厂保护和安全监测系统，如反应堆保护和安全监测系统的监视和控制系统，事故后监视系统（PAMS：Post-Accident Monitoring System）。Common Q平台是一套计算机系统，由专用于核电厂的、经过合格鉴定的商用级硬件和软件构成，装载了电厂专用应用软件，以执行核电厂安全系统的不同功能。在AP1000核电厂中，Common Q实现安全级仪表和控制系统，属于1E级设备，开放式系统。不依据特定设备而聚焦于在设计和仪控系统所使用的方法上。

2 Common Q平台系统硬件

Common Q平台系统硬件主要由下列部分组成：

（1）由PM 646处理器模块组成的Advant控制器ABB AC160；AC160执行安全系统应用软件的保护算法，其处理器模块是PM 646，PM 646采用32位MC68360处理器，包含2个微处理机插件。

（2）ABB S600系列I/O模块；包括模拟量I/O模块、数字量I/O模块、脉冲计数和转动速度模块。每个控制站的S600 I/O总容量：1500个（软限制）I/O通道和75个（软限制）I/O模块。

（3）总线接口CI631模块和Common Q通信系统。

（4）电源模块。

（5）看门狗时钟模块。

（6）平板显示系统（FPDS）。

（7）机柜。

2.1 Comm on Q控制柜硬件（Level 1）组成

（1）AC160系统

AC160系统有三种类型的硬件模块：处理器模块（PM 645C和PM 646模块），S600系列模拟量和数字量输入输出模块（8种S600模件），和通信模块。这些模块安装在19英寸子机架里。一个或两个子机架可组态成一个最小的AC160 系统。机架或子机架可安装一个或多个处理器模块，一个电源模块，至多18个I/O模块和通信模块[3]。

1）机架

处理器与I/O机架及扩展机架均为19英吋机架，图1为AC160机架典型布置图。

2）机柜

由一个或多个AC160系统组件构成机柜。图2为AC160典型机柜图。

图1 AC160机架典型布置图

图2 AC160典型机柜图

（2）AC160系统CPU处理器

一个AC160组件使用1～6个处理器组成。使用处理器的数量取决于应用程序所需要的处理能力和速度，原则上使用的处理器处理能力应有不低于30%的余度。AC160系统通过逻辑组态能实现核电站控制所需的所有功能。包括逻辑和顺序控制，模拟量数据处理，算术运算和脉冲计数等[4]。

CPU（处理器）模块有两种型号，PM 646与PM 645C，采用ABB AC160（Advant Controller 160）PLC研制而成。

（3）S600 I/O系统

AC160使用ABB S600 I/O系统输入输出模块。I/O模块有模拟和数字两种，包括温度测量，脉冲计数，位置和转速测量以及其他通常的应用。I/O（输入/输出）模块包括以下类型：数字量输入模块：DI620；数字量输出模块：DO620，DO625，DO630；模拟量输入模块：AI620，AI635；模拟量输出模块：AO650；数字脉冲输入模块：DP620。

（4）总线通信接口和Common Q平台的通信系统

总线通信接口模块为CI631，提供带冗余的AF100（Advant Fields 100）总线通信接口。CI631模块具有全局存贮器，通道中的AC160模块可与通道中的其他模块共享通道处理数据。

Common Q平台使用三种类型的数据通信系统：AF100网络通信系统、高速连接（HSL：High-Speed Link）串行通信系统、外部通信系统，如常用的以太网（Ethernet）。AF100在通道间传输处理数据和信息（如AC160系统与FPDS之间），处理的数据用于一个过程的监视和控制，信息用于程序的调用和诊断；HSL在一个多系统内和其他通道传输数据，光纤模块和光缆维持冗余的安全通道隔离；外部通信系统用于Common Q平台与其他系统传输计算数据，如和核电站非安全级控制系统传输数据。主要通信相关的模块：总线通信接口模块CI631；光纤调制解调器TC630，TC514，OZDV114；线调制解调器TC525。

（5）电源系统采用冗余电源配置方案，发光二极管提示电源工作状态，在一路电源发生故障时，热备的一路自动无扰切入。无扰切换时间大约40微秒，能确保一路电源发生故障时热备电源及时切入，防止存贮器失电，确保维持一路电源故障前的运行状态并保证故障后的正常的操作。

（6）看门狗时钟模块

具有计时功能的外部看门狗时钟模块用于检测动态指示器的缺陷，同时监视处理系统的动态指示器。基于上述应用，门狗时钟可用于故障通告，驱动通道跳闸，设置预定义的输出状态。连接到外部系统的隔离。

2.2 Comm on Q的人机接口硬件（Level 2）组成

（1）人机接口—平板显示器系统（FPDS）

CENP将FPDS应用于Common Q平台，FPDS由平板显示模块、基于单板机的微处理模块和A 160及其他部件或系统通信的通信接口组成。显示模块为在高保真环境光线下易读的彩色薄膜晶体管平板显示器，该显示模块使用下拉式菜单的触摸显示屏提供图形界面（GUI：Graphical User Interface）。FPDS的GUI功能提供一个类似常用的台式计算机功能终端，具有键盘，鼠标或轨迹球。FPDS提供操作员模块（OM：Operator’s Module）和维修测试盘（MTP:Maintenance and Test Panel）的功能。图3为Common Q典型的AC160 FPDS结构连接图。

图4为Common Q典型的AC160 FPDS实物照片。

图3 Common Q典型的AC160 FPDS结构连接图

图4 Common Q典型的AC160 FPDS

图5 使用FPDS的AP1000主控室

（2）主控室（MCR: Main Control Room）人机接口

主控室的操作员模块（OM）提供如下功能：变更设定值，观察控制棒位置，操作员人机接口。维修测试盘（MTP）安装在设备柜内实现维修和测试功能。MTP允许操作员或技术员旁路一个通道，初始化自动测试，显示详细的系统诊断信息。每个Common Q安全通道需要一套OM和一套MTP。图5为使用FPDS的AP1000主控室效果图。

3 Common Q平台系统软件

3.1 Common Q预先开发软件（PDS：Previously Developed Software）

CENP使用PDS软件支持Common Q AC160系统和FPDS系统。PDS由实时操作系统、任务调度程序、诊断程序、通信接口和核电站专用应用程序组成。PDS在Common Q中的应用例子如下：操作系统；编辑器，连接器，和加载器；数据库软件；通信驱动器；人机接口软件；显示构建软件。

PDS分两种类型，一种当Common Q执行安全功能时住留在Common Q存储器中，执行如Run time等功能；另一种PDS用作开发和支持工具。

3.2 Comm on Q应用软件

Common Q应用软件，使用ABB AMPL（ABB Master Programming Language）语言控制组态ACC（AMPL Control Configuration）软件产生专用的逻辑应用程序，执行对工艺系统的监控。ACC自带功能块库能给组态人员提供很大的便利。

显示构建工具软件支持FPDS人机接口显示的开发，包含丰富的图符库，自行创建图符也十分方便，人机接口十分友好。

4 Comm on Q在AP1000事故后监视系统（PAMS）的应用

Common Q应用在AP1000事故后监视系统（PAMS）中，执行驱动1E级相关的报警和显示系统。由独立的两个通道执行事故后监视功能。

图6 Comm on Q PAM S单通道典型组态示意图

Common Q PAMS执行下列功能：堆外热量监视；反应堆压力容器液位监视；低温冷却水边界监视；执行NRC RG(Regulatory Guide) 1.97所要求的设备监视。

构建Common Q PAMS系统所必须监控的最少信息量如见表1。

按执行功能、重要程度的不同对变量进行了分类定义，共计14种变量，分别是A1，A2，B1，B2，B3，C1，C2，C3，D2，D3，E2，E3，F2，F3。变量A1为主变量用于诊断/为操作提供必须的信息，B1为主变量用于监控过程/保持关键安全功能，C1为主变量监控核屏障潜在破口，A2，B2，B3，C2，C3提供补充信息，D2为主变量用于监控核电厂安全相关系统性能，E2为主变量用于监视判断大量放射性物质释放和对持续排放的评估，F2为主变量用于监控使用非安全相关系统手动预案执行，D3，E3，F3提供补充信息。

表1

5 结论

AP1000作为第三代非能动先进压水堆，具有先进性和经济性的特点。建设内陆核电站，是我国积极推进核电建设方针的重要组成部分。Common Q作为AP1000 DCS 1E级数字化平台，与目前岭澳二期DCS 1E级数字化平台TXS、红沿河宁德DCS 1E级数字化平台MELTAC-N PLUS本质相同，但是软硬件上完全不一样，本文对Common Q软硬件及其在PAMS上的应用作了介绍。

[1] 林诚格等. 非能动安全先进核电厂AP1000[M]. 北京:原子能出版社, 2008.9.

[2] 林诚格等. AP1000技术与我国大型先进压水堆技术研发. 2007年三代核电技术报告会会议论文,2007.

[3] Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev.16 Chapter2.

[4] Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev.16 Chapter 7.

[5] ABB·CE,CENPD-396-P,Rev.1.Common qualified platform.