某核电厂核三废处理厂房控制系统PLC整体升级国产化改造

郑继龙　徐海心

摘要：核电站的安全性和经济性始终是人们关注的问题，为了保证核电站的安全性、提高经济性，数字化仪控系统正开始进入核电站核心控制领域。作为核电站的神经大脑的仪控系统，在国内新建核电站中已经选择使用国内或者进口的分布式控制系统进行电站仪控系统设计。从工程的总体设计出发，重点讨论了工程的硬件、软件设计以及三廢处理系统的工艺控制过程，并从系统安全设计的角度给出了典型冗余系统设计在总体安全方面需要考虑的内容。文中详细介绍了硬件选择的基本原理及输入输出卡件的接口特性，并根据IEC6l131、IEC60073的要求进行逻辑程序及人机界面的设计，同时结合工艺控制设计、配电设计、散热设计、采集控制层网络数据传输响应时间计算机理、冗余设计的模型机理，详细阐述三废处理控制系统在安全设计上所考虑的基本内容。同时工程的有效实施锻炼了一批产品研发及工程实施的队伍，对我国核电仪控事业的发展奠定了基础。

关键词：核电，三废处理，控制，冗余，可靠性

一、项目研究的学术背景

对于核电厂来说，由于存在裂变产物和活化产物， 还会产生些带有放射性的气体、液体、废树脂和可压实固体废物和不可压实固体废物。 为了保护环境免受污染， 为防止工作人员和电厂周围居民受到过量的放射性辐照，核电站在排出或利用这些放射性废物之前，一定要采用必要的工艺、屏蔽防护对它们进行处理，经监测符合有关标准后再进行排放、贮存或回收再利用。

1.1国内核岛三废处理控制系统的发展概况

正运行的压水堆核电站商用：大亚湾核电站、岭澳一期核电站、秦山二期核电站，前两座核电站的三废处理控制系统目前使用的是纯模拟控制技术，包括模拟仪表+继电器逻辑盘盘+二极管指示灯+手动电气操作开关，秦山二期核电站的三废处理控制系统使用 MODICON公司的 Quantum系列PLC，岭澳二期核电站以核电站建设国产化为例，选择在核岛三废处理控制系统上第一次尝试使用纯国产化系统进行核电站数字控制系统技术的应用，最终达到向整个电站推广国产化系统的目

1.仪控系统在核电站领域的应用

核电站的重要组成部分核电站的仪控系统， 机组的安全可靠、经济运行已经在程度上取决于仪控系统的性能水平。 从我国已经建成的和在建的核电工程来看，核电站的仪控系统经历了三个阶段。 第一阶段， 模拟量组合单元仪表为主控制系统。其模拟量仪表采用小规模集成电路运算放大器为基础的元件来控制， 硬逻辑电路来控制逻辑量仪表采用继电器，因而系统所需要的仪表控制器件数量多运行操作管理和维护工作任务重，大部分采用手动操作，主控室布局也显得较大。

第二阶段主要的， 是以模拟量和数字量混合运用的主控制系统，这一类实际是核岛系统仍采用小规模集成电路运算放大器为基础的模拟量元件来控制。 而部分常规岛， 辅助系统采用到的是PLC自动控制系统，结合软件自诊断技术、冗余技术和网络通信技术，减少很多硬接线和就地控制柜，提高了系统运行可靠性。

第三阶段被称为全数字化仪表控制系统，它将应用成熟的常规电站分布式控制系统加以改进并移植过来，全面应用在常规岛、BOP、核岛部分，构成核电站全新数字化仪表控制系统。

二、核岛三废处理控制系统的总体设计

2.1系统结构

控制系统是以冗余工业以太网组成的监控网， 还有系统网为骨干网的分布式控制系统。整个控制系统划分为3个功能层次： 采集控制层、数据服务层和操作层。系统配置台系统服务器、1台工程师站、台操作员站，台通信控制站及8台控制站，每台控制站由相应的控制柜和扩展柜组成，DCS机柜用来安装CPU单元I/0模块等设备，其中的台操作员站各配置四屏显示卡，用于连接3台显示器满足操作需要。 服务器站与控制站之间采用冗余工业以太网连接， 服务器与操作员站之间都通过冗余以太网连接。控制站的CPU单元与D/0模块之间通过现场总线Profi Bus-DP连接。为了区分不同应用的具体要求，保证数据传输的实时性和安全性，网络均按照全冗余方式配置。系统服务器/历史数据站采用冗余配置。 任一系统服务器的故障， 都不会影响系统的正常运行，也不会丢失数据设计原则？

2.2故障安全准则

单一故障不引起核岛处理控制系统的整体故障，某个区域的故障只是部分降低整个控制系统的控制功能，不降低系统的整体功能控制功能的分组划分，重要关键的工艺控制环节均在不同的控制站中配置，如3TEP、4TEP分别布置在104、16a控制站，8TFP的00EV和00 EV布置在1控制站4TEG.8TEG和TBs也是按照机组分开布置，当出现某个控制站功能

故障时能通过另一个控制站的另 一控制序列保证系统功能控制系统的关健设备冗余配置， 控制系统内的单一故障（例如电源故障和网络故障）不会导致运行设备与备用设备同时不能运行。

2.3设备分级要求

安全等级：非安全级

抗震等级非抗震级

控制系统和设备接地方式为单点接地。各电子机柜中设有独立的保护地、信号参考地、屏敝地及相应接地铜排。 厂区电气专业接地网接地电阻到控制系统接地级， 系统只允许一点接地，与电气接地网共地。 严格区分不同性质的地， 做到不混接，不同性质的地用分干线接入各自的汇流板（或者直接接入总的汇流板各汇流板用总干线接入公共接地极（网），在最终处汇入一点接地。具体系统接地.

3供配电设计

设备电子间布置台电源柜为KSN系统供电，1号电源框分A、B丙路为3#、4乐统提供0AC电源，设计包括3明主机、4UFS主机和个UPs电池包，号电四柜设计为A、B两路为据机组提供0VAC电源。同时两个电源框也接收3机组，4机组，8机组的A路、B路48VDC电源给现场配电同时提供DI点查询电源现场配电和D点查询电源配电分开典型系统配电原理.4数字控制系统较模拟系统的优越性

国内早期的核电站仪控系统全部为模拟式控制系统，比如仪控改造前的大亚湾核电站、岭澳一期核电站、秦山一朋核电站等，随着电站运行管理要求的加强，模拟系统已经越来越不能满足实际机组的运行要求，并且由于模拟技术本身的维护困难、不能实现通讯传输、系统之问数据很难共享、能耗高、可靠性低等缺点很难采用信息化手段进行电站的上层协词管理，国产化数字仪控厂商以解决目前核电站仪控系统需求为时机，提出了核电站控制系统进行了全面数字化设计改造的方案。

数字仪控系统的强大处理能力能够实现更复杂的控制逻辑， 执行的能力更快出错几率，使小数字仪控系统能够有效地处理非线性因素， 在设计工况下均能提供最佳控制。

三、核岛三废处理工艺系统控制設计

3.1工艺系统总体介绍

对核电厂运行过程来说， 必然会产生一些放射性废物，对这些废物，我们在贮存、排放或利用之前，要限制各种排出物的放射性活度。对其进行处理的设备通常有收集、贮存、处理、监测、排故、再利用等一套处理工艺，根据排出物的处理种类将其分为液体、气体、废滤芯、固体。

提高了系统的控精度和自动化水平，易于实现全厂一体化增强了控制系统的可靠性，保证了安全运行控制系统更为柔性，修改方使，控制质量能得到提高缩短了系统开发周期，降低了控制系统的成本实现了核电站控制系统的第一套国产化，捉高了对核电站控制系统的保障水总之，基于DCS的三废处理控制系统对于提高机组安全性、控制精度、自动化四、核岛三废处理控制系统硬件设计

4.1Dcs控制系统的原理

DS又是分布式控制系统DCS控制系统，它是以微处理器为基础， 综合一种工业自动控制装置，包括计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来，具有面向控制过程、面用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高等优点。

五、工艺系统控制方式的安全性分析

三度处理控制系统的单个控制站的主控按照1：1兀余方案配置，系统支持无扰换，对于关键工艺系线，通过功能分站的方式保护工艺之闻的独立性以及不同机组同工艺之间的冗余互补性，在数据库通道分配的过程中，具有冗余功能的通道布置在不同卡件上，站间参与逻辑运算的信息点，采用一定的方式布置，对于上下发的指令采用短指令形式，减少上位故障造成的影响。

六、结论

本项目分别从学术背景及国内在役核电站同类系统仪控系统的运行情况、系统的总体设计、具体的工艺控制方式、工程实施中所用硬件软件平台的工程设计以及仪控系统的关键性安全机制的研究几个方面系统阐述了百万千瓦压水堆数字化核岛三废处理控制系统的PLC整体升级国产化改造项目，为系统仪器控制等方面提供了可靠的理论设计，并给予了解决方案，足以证明系统满足核电站三废处理控制系统的实际应用。

参考文献

[1]程琦福，费洪澄，张钧.核燃料循环设施与放射性废物环境安全管理的实践和思考[J].环境与可持续发展，2015，40（02）：102-104.

[2]郭震.DCS在1000MW压水堆核电站三废治理中的应用[J].化工自动化及仪表，2013，40（12）：1470-1472.

[3]吴海燕. 我国核三废治理工程项目管理存在的问题和对策研究[D].清华大学，2009.