工控摘要：嶺澳核電站二期是我國“十五”期間*開工的核電項目，其儀控系統(tǒng)采用了TXS(安全級儀控系統(tǒng))+T×P(非安全級儀控系統(tǒng))的數(shù)字化儀控系統(tǒng)。所有儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信都是由SINECH1總線～IPROFIBUS總線系統(tǒng)構(gòu)成的終端總線、電廠總線和現(xiàn)場總線完成。
　　
　　1.通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成和功能
　　
　　核電站儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計準則為：
　　
　　(1)一體化操作和信息管理網(wǎng)
　　
　　該層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)根據(jù)核電站的使用環(huán)境和隔離、防火的要求，選用光纜是適當?shù)摹τ谄渚W(wǎng)絡(luò)拓撲則根據(jù)核電站I&C站點多、容量大、可靠性高的需要，宜選冗余的雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議宜選TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)則宜選擇技術(shù)成熟，可靠和應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，RIUNIX。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度要求100MBit/s或更高。
　　
　　(2)自動控制和保護層網(wǎng)絡(luò)
　　
　　作為核安全級(1E級)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其模塊的硬/軟件必須是經(jīng)過核安全級(1E級)的鑒定，有過成熟應(yīng)用經(jīng)驗的產(chǎn)品。本文不做詳細描述。
　　
　　非核安全級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將各個過程控制功能組相互連接后再與操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)通訊。功能組的劃分主要考慮所完成的功能，兼顧采購合同的責(zé)任范圍，以減少設(shè)計接口，又便于調(diào)試維修。
　　
　　公用通訊網(wǎng)主要將兩機組公共部分以及廠區(qū)少部分系統(tǒng)的信息與控制命令，分別與兩個機組的操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)進行通訊。
　　
　　TXP通訊網(wǎng)絡(luò)有兩種：“電廠總線”和“終端總線”。兩種通訊網(wǎng)絡(luò)都是由若干OSM網(wǎng)絡(luò)交換機通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該總線結(jié)構(gòu)是通過使用SINECH1FO而建立起來的，基于IEEE802.3標準。OSM是SINECH1FO網(wǎng)絡(luò)核心部件。整個網(wǎng)是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接的，并通過OSM模件中的開斷點實現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)。當虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時，其中必有一塊OSM模件的電子開關(guān)是打開的(RM模式)，在開斷點上，來自兩個方向的信號受到監(jiān)視。當虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開路時，信號僅來自單方向，則可以認為是總線故障。在這種情況下，斷點將被關(guān)閉，該電子開關(guān)閉合形成新的形式的總線網(wǎng)并且與此相連的總線部件將被重新結(jié)合在通訊網(wǎng)絡(luò)之中，重建過程小于0.3秒，同時報警通知系統(tǒng)維護人員排除故障，實現(xiàn)了冗余總線的設(shè)計。
　　
　　虛擬環(huán)設(shè)計保證了內(nèi)在的單容錯，能使系統(tǒng)總線在單一故障情況下繼續(xù)工作。從可用率及冗余質(zhì)量上比較，與二取一的總線結(jié)構(gòu)相當，保證了系統(tǒng)單一故障容錯，增強了系統(tǒng)通信的可靠性。
　　
　　1.1電廠總線
　　
　　電廠總線是用于連接DCSlevel1層設(shè)備和連接用于level1和level2層之間通訊的處理單元(PU)。以下DCS設(shè)備連接在電廠總線上：
　　
　　所有的自動化控制系統(tǒng)AS620;
　　
　　一對冗余的處理單元PU;
　　
　　與安全級儀控系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān);
　　
　　第三方儀控系統(tǒng);
　　
　　TXP系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)DS670;
　　
　　TXP系統(tǒng)的工程師站ES680;
　　
　　DCS系統(tǒng)的時鐘發(fā)生器。
　　
　　電廠總線的設(shè)計滿足下列要求：
　　
　　(1)使用標準的通訊協(xié)議
　　
　　電廠總線是基于符合IEEE802.3/802.3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO/OSI的7層通信模型。電廠總線在協(xié)議的結(jié)構(gòu)上有一些不同，主要差別在3層至7層。使用了西門子公司為適用工業(yè)通信開發(fā)的SINECNETAP協(xié)議。
　　
　　(2)單一故障容錯能力
　　
　　電廠總線在設(shè)計中被分割成多個環(huán)網(wǎng)。每個環(huán)網(wǎng)都滿足單一故障容錯，子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質(zhì)。同時OSM分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。
　　
　　所有連接在電廠總線上的設(shè)備(如AS620，Pu，網(wǎng)關(guān))都是通過物理隔離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到OSM上的，同樣分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。
　　
　　(3)不同序列和不同房間之間的電氣隔離
　　
　　分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)都是通過光纖連接的。
　　
　　(4)隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化
　　
　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，電廠總線被分為以下八個部分(如圖3所示)：
　　
　　總網(wǎng)絡(luò)
　　
　　作為電廠總線的高速鏈路，使用了4個OSMBC08和2個OSMITP53。
　　
　　非安全級序列A(NC˙A)子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　連接所有非安全級子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備，ITP53和6個OSMITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　非安全級序列B(NC—B)子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　連接所有非安全級子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備，ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　安全相關(guān)序列A(SR—A)子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備，ITP53和4個OSMITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　安全相關(guān)序列B(SR-B)子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備，ITP53和2個OSMITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　非安全級公用機組NC—UNIT8Y-網(wǎng)絡(luò)
　　
　　非安全級8號公用機組子網(wǎng)絡(luò)，使用4個OSMITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。每2個ITP53組成冗余環(huán)網(wǎng)之間的熱備STBY模式與3，4號單元機組連接。
　　
　　DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)，使用2個OSMITP53和2個OSMITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　非安全級-安全級之間通訊的網(wǎng)關(guān)子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　連接所有連接安全級和非安全級子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。使用2個OSMITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　此外為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，還要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM做一些限制性的配置。配置如下：
　　
　　在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端口(除了級聯(lián)端口和光纖環(huán)端口)使用靜態(tài)MAC地址尋址。
　　
　　將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端I：1(除了級聯(lián)端口和光纖環(huán)網(wǎng)端口)廣播方式閉鎖。
　　
　　對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的DCS時鐘發(fā)生器、工程師站和診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)速度限制在10MBit/s。
　　
　　子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接網(wǎng)絡(luò)速度配置為100MBit/s。
　　
　　1.2終端總線
　　
　　終端總線是用于連接DCSlevel2層設(shè)備。以下DCS設(shè)備連接在終端總線上：
　　
　　一對冗余的處理單元PU;
　　
　　一對冗余的服務(wù)單元SU;
　　
　　所有的操作員站OT;
　　
　　與第三方外部通訊接口設(shè)備XU;
　　
　　工程師站ES680和診斷系統(tǒng)DS670;
　　
　　網(wǎng)絡(luò)打印機。
　　
　　終端總線的設(shè)計滿足下列要求：
　　
　　(1)使用標準的通訊協(xié)議
　　
　　電廠總線是基于符合IEEE802.3/802.3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO/OSI的通信模型。為確保OM690系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的通信，在終端總線的2至4層使用了TCP/IP協(xié)議，從軟件方面增強了系統(tǒng)的開放性。
　　
　　(2)單一故障容錯能力
　　
　　終端總線構(gòu)建為一個主網(wǎng)絡(luò)和一個子網(wǎng)絡(luò)。主網(wǎng)絡(luò)在物理上分布在不同的電子間和計算機問內(nèi)。子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質(zhì)。同時OSM分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。所有連接在終端總線上的設(shè)備(如Pu，SU)都是分別與不同的OSMXH連，分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。
　　
　　位于同一個房間內(nèi)的OT(比如主控室，遠程停堆站)按照奇數(shù)/偶數(shù)對稱分布與OSM相連，這樣保證了即使一個序列的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備失效時，至少50%的操作員站仍然可用。
　　
　　(3)不同序列和不同房間之間的電氣隔離分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)通過光纖連接。
　　
　　(4)隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化
　　
　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，終端總線被分為以下2個部分
　　
　　主網(wǎng)絡(luò)
　　
　　作為整個終端總線的高速鏈路;所有的OM690設(shè)備都連接在這個網(wǎng)絡(luò)上。使用4個OSMITP62～12個OSMITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　計算機間子網(wǎng)絡(luò)
　　
　　主要是連接工程師站ES680、診斷系統(tǒng)DS670、PC機、網(wǎng)絡(luò)打印機和SOE站，使用2個OSMITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
　　
　　2總結(jié)
　　
　　通過對嶺澳二期核電站TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析可以看出，由0SM組成的SINEC—H1FO終端總線、電廠總線具有良好的可利用性、單一故障容錯、有效的總線管理和診斷功能等特點，基本滿足核電廠對數(shù)據(jù)通信高可靠性的要求。