秦山第三核電有限公司重水堆機(jī)組是從加拿大引進(jìn)的CANDU6型機(jī)組，裝機(jī)容量為2×728MW。整體工程由加拿大原子能有限公司（AECL）總承包，核島由AECL設(shè)計(jì)，汽輪發(fā)電機(jī)組由日本HITACHI公司設(shè)計(jì)，BOP由美國(guó)BECH公司設(shè)計(jì)。秦山CANDU機(jī)組的參考機(jī)組是韓國(guó)月城3、4號(hào)機(jī)組。業(yè)主根據(jù)設(shè)計(jì)壽命、廠址條件、國(guó)情等的不同，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了積極的技術(shù)改進(jìn)。
　　本文就秦山三核對(duì)停堆系統(tǒng)的改進(jìn)進(jìn)行論述，新增加了的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是核電站兩個(gè)安全停堆系統(tǒng)的配套系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集和記錄安全停堆系統(tǒng)所涉及的各過程參數(shù)，為事件分析提供有效的手段，以進(jìn)一步提高電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。該數(shù)采系統(tǒng)雖不直接屬于核級(jí)安全系統(tǒng)，但其安全性能的可靠性、穩(wěn)定性等同于安全系統(tǒng)功能。
　　概述
　　秦山三核的每臺(tái)機(jī)組都設(shè)有兩個(gè)*獨(dú)立的停堆系統(tǒng)，是保證核電站可靠的進(jìn)入安全狀態(tài)的核心系統(tǒng)，保證電站穩(wěn)定的保持于次臨界工況的主要手段。對(duì)停堆系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)督是有關(guān)核安全管理當(dāng)局、管理部門的重點(diǎn)監(jiān)督部分，當(dāng)然更是核電站非常關(guān)鍵的運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的任何技術(shù)改造都必須上報(bào)*進(jìn)行審批。

圖1：數(shù)采系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　新增加的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是核電站兩個(gè)安全停堆系統(tǒng)的配套系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集和記錄安全停堆系統(tǒng)所涉及的各個(gè)過程參數(shù)，為事件分析提供有效的手段，以進(jìn)一步提高電站的安全性和穩(wěn)定可靠性。原來由外方提供的設(shè)計(jì)不能全面記錄過程參數(shù)，而且數(shù)據(jù)貯存空間有限。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品方面的科研開發(fā)、生產(chǎn)制造、工程服務(wù)為一體的高科技企業(yè)逐步形成，所以三期決定采用國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)行自主開發(fā)。實(shí)踐證明國(guó)內(nèi)研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠保證核電站的有關(guān)性能要求，能夠滿足安全功能的要求，而且自系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳輸完整快速。
　　系統(tǒng)主要功能要求及性能指標(biāo)
　　系統(tǒng)主要功能要求有：
　　1） 分別采集兩個(gè)停堆系統(tǒng)的模擬量輸入信號(hào)，對(duì)要求快速采樣的信號(hào)采樣周期為20ms，一般信號(hào)采樣周期為100ms，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和存貯記錄，存貯記錄至少為72小時(shí)；
　　2） 分別采集兩個(gè)停堆系統(tǒng)的數(shù)字量輸入信號(hào)，采樣周期為20ms，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和存貯記錄，存貯記錄至少為72小時(shí)；
　　3）如果任何一個(gè)采集站的ROP（REGIONAL OVER POWER）信號(hào)超過報(bào)警整定點(diǎn)，通過數(shù)字量輸出裝置在主控制室觸發(fā)報(bào)警；
　　4） 經(jīng)過采集和處理的模擬量和數(shù)字量信息按照PDS的格式，以一定周期將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給核電站內(nèi)部的PDS系統(tǒng)；
　　5） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求具有趨勢(shì)顯示、流程顯示以及報(bào)警顯示等功能，在PDS系統(tǒng)故障時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行；
　　6） 適用標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見附件清單；
　　7） 系統(tǒng)具有自身的設(shè)備故障診斷功能。
　　系統(tǒng)主要性能參數(shù)指標(biāo)要求有：
　　1） 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境；工作溫度為0～40度，貯存溫度為-20~+50度，工作相對(duì)濕度為10%~90%，貯存相對(duì)濕度為5%~95%；
　　2） 工作電源：電壓范圍為AC220V（±15%，+10%），頻率范圍為50±1.5Hz；
　　3） 系統(tǒng)冗余性：電源和網(wǎng)絡(luò)雙冗余；
　　4） 系統(tǒng)負(fù)荷率：工程師站CPU和數(shù)據(jù)采集站CPU的平均負(fù)荷，正常工況小于等于40%，繁忙工況小于等于60%；
　　5） 數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)采集和處理的全部數(shù)據(jù)均有時(shí)間信息標(biāo)志，對(duì)于外部模擬量和外部開關(guān)量數(shù)據(jù)，其時(shí)間信息標(biāo)簽為毫秒級(jí)；
　　6） 時(shí)鐘：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置GPS部件作為系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)，全系統(tǒng)時(shí)鐘統(tǒng)一；
　　7） 電磁兼容性：符合三級(jí)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；
　　8） 斷電保護(hù)：外部電源瞬間斷電時(shí)（小于等于10ms），數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不受影響。
　　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
　　秦山三期核電站每臺(tái)機(jī)組配置有兩個(gè)獨(dú)立停堆系統(tǒng)，每個(gè)獨(dú)立的停堆系統(tǒng)需要新配置一套數(shù)采系統(tǒng)，數(shù)采系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按規(guī)定周期（20ms 或100 ms）對(duì)DI、AI信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；并按照所要求的算法對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，輸出DO報(bào)警；500 ms 把累積的所有采集的DI、AI信號(hào)和計(jì)算后的ROP裕量值的歷史數(shù)據(jù)（20 ms周期采集的信號(hào)就有25個(gè)歷史數(shù)據(jù)，100 ms周期采集的信號(hào)就有5個(gè)歷史數(shù)據(jù)）通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)（以太網(wǎng)）送給PDS網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)發(fā)給PDS系統(tǒng)進(jìn)行顯示；兩個(gè)數(shù)采系統(tǒng)共用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)，并共用一個(gè)工程師站和網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)。
　　數(shù)采系統(tǒng)加上工程師站可以自成系統(tǒng)，對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示，即使脫離PDS顯示系統(tǒng)，也可以獨(dú)立工作，用于事件分析。
　　兩個(gè)數(shù)采系統(tǒng)的信號(hào)點(diǎn)分配如圖2所示。（每個(gè)數(shù)采系統(tǒng)采集的一百多個(gè)信號(hào)點(diǎn)中分為3個(gè)通道的數(shù)據(jù)，也即信號(hào)點(diǎn)三倍冗余。）

圖2：兩個(gè)數(shù)采系統(tǒng)的信號(hào)點(diǎn)分配。

圖3：數(shù)采系統(tǒng)的系統(tǒng)框架。

圖4：數(shù)采站結(jié)構(gòu)圖。

　　數(shù)采系統(tǒng)的系統(tǒng)框架如圖3所示。

　　SDS1和SDS2數(shù)采系統(tǒng)分別使用3個(gè)數(shù)采站來采集前端輸入的3通道的信號(hào)點(diǎn)。每個(gè)數(shù)采站包括數(shù)采控制器、AI卡和DI卡，每個(gè)數(shù)采系統(tǒng)還有1個(gè)DO點(diǎn)實(shí)現(xiàn)報(bào)警輸出。SDS1和SDS2數(shù)采系統(tǒng)共用1個(gè)工程師站，并通過1個(gè)PDS網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)將采集

數(shù)據(jù)送到PDS顯示系統(tǒng)顯示。另外SDS1和SDS2數(shù)采系統(tǒng)共用一個(gè)GPS授時(shí)儀實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)鐘同步。
　　數(shù)采系統(tǒng)具體分信號(hào)接入、數(shù)采站設(shè)計(jì)、工程師站設(shè)計(jì)、GPS授時(shí)儀設(shè)計(jì)、機(jī)柜設(shè)計(jì)、網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)通訊。
　　1、信號(hào)接入
　　AI信號(hào)統(tǒng)一經(jīng)過隔離柵隔離后，接入數(shù)采系統(tǒng)，數(shù)采系統(tǒng)和原已使用的模擬表頭系統(tǒng)共用隔離柵。電壓型AI信號(hào)點(diǎn)直接從模擬表頭系統(tǒng)中并接出信號(hào)線；電流型AI信號(hào)點(diǎn)則需要更換模擬表頭系統(tǒng)中的接線端子，改為串接225歐姆電阻的接線端子，然后在225歐姆電阻上并接出信號(hào)線，引入數(shù)采系統(tǒng)；zui終共有0.5V-5V、 0.9V-4.5V(4-20mA)、0.2V-5V、0.5V-4.5V四種非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接入系統(tǒng)；DI信號(hào)是觸點(diǎn)型信號(hào)，接入數(shù)采系統(tǒng)后*行光耦隔離，然后進(jìn)行處理；DO信號(hào)采用繼電器隔離后輸出。
　　2、數(shù)采站設(shè)計(jì)
　　數(shù)采站采用浙大中控WebField ECS-100技術(shù)，并結(jié)合秦山三期實(shí)際數(shù)采系統(tǒng)的具體要求，進(jìn)行了設(shè)計(jì)修改。數(shù)采站分為數(shù)采控制器和AI、DI、DO三類IO卡件。結(jié)構(gòu)如圖4所示。
　　數(shù)采控制器使用目前嵌入式系統(tǒng)中主流單片機(jī)一ARM7處理器；實(shí)現(xiàn)對(duì)20 ms 、100 ms周期采集數(shù)據(jù)以及后續(xù)計(jì)算的ROP裕量值進(jìn)行記錄和發(fā)送；具備高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘，另外每 5秒，通過SNTP協(xié)議與GPS授時(shí)儀時(shí)鐘同步一次，保證時(shí)間的同步；由于信號(hào)點(diǎn)已有3倍冗余，數(shù)采控制器不冗余。
　　AI卡采用浙大中控WebField ECS-100系統(tǒng)中快速AI采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速AI采集，每塊卡件實(shí)現(xiàn)6路隔離AI采集；DI是4路點(diǎn)點(diǎn)隔離卡；DO卡則是16通道卡件，通道之間不隔離，外接斷電器隔離。
　　3、工程師站
　　工程師站采用DELL服務(wù)器，安裝在機(jī)柜中。
　　工程師站軟件是在目前浙大中控WebField ECS-100系統(tǒng)軟件PRO2.0的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，增加秦山三期數(shù)采系統(tǒng)*的20 ms時(shí)間間隔歷史數(shù)據(jù)顯示功能，并增加相應(yīng)的需要?dú)v史記錄的信號(hào)點(diǎn)的組態(tài)功能。另外工程師站軟件具備歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，存成文本文件，利于其他軟件對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。
　　4、 GPS授時(shí)儀
　　GPS授時(shí)儀采用法國(guó)LEDI公司設(shè)備。GPS授時(shí)儀一方面接收IRIG-B硬件時(shí)鐘信號(hào)（秦山三期已配置GPS設(shè)備，可以提供一路IRIG-B信號(hào)），實(shí)現(xiàn)授時(shí)儀本身與UTC時(shí)鐘的同步，GPS授時(shí)儀另一方面具備以太網(wǎng)接口，提供NTP時(shí)鐘服務(wù)器功能。數(shù)采站和工程師站都通過以太網(wǎng)連接到GPS授時(shí)儀，使用SNTP協(xié)議進(jìn)行時(shí)間同步。
　　5、機(jī)柜設(shè)計(jì)
　　機(jī)柜按照抗震性要求設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)柜框架設(shè)計(jì)抗震角鋼結(jié)構(gòu)及對(duì)外敷鋼板加厚處理，達(dá)到3.0mm，同時(shí)安裝立柱等也加厚到3.0mm。另外焊接加強(qiáng)了，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)對(duì)機(jī)柜進(jìn)行固定。機(jī)柜的外殼部分由具備核級(jí)（1E級(jí)）儀表柜生產(chǎn)能力的外部單位提供。機(jī)柜內(nèi)部采用19"標(biāo)準(zhǔn)立柱，以安裝電源機(jī)籠和卡件機(jī)籠以及其它組件如集線器等。
　　6、與PDS系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)通訊
　　數(shù)采系統(tǒng)與PDS系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)之間采用光纖連接，并且雙網(wǎng)冗余通訊，通訊協(xié)議采用UDP/DP協(xié)議基礎(chǔ)上的特定UDP端口（初定為源端口和目的端口為0×2121）的1條自定義命令，并經(jīng)與加拿大AECL公司的有關(guān)專家提出的初步協(xié)議進(jìn)行修改：
　　1. 上送給PDS系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中增加ROP裕量值，采用0-4096的百分量（表示0-150%FP）。
　　2. 每個(gè)數(shù)采站慢速AI、快速AI、慢速DI、快速DI、單獨(dú)編址（ROP裕量值歸于慢速AI量，排放在慢速AI之后），從0開始，編址必須連續(xù)。
　　3. 與PDS網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)通訊協(xié)議進(jìn)行修改，增加數(shù)采站標(biāo)識(shí)、組態(tài)版本號(hào)等內(nèi)容，具體格式如下：（低字節(jié)在前，高字節(jié)在后）
　　每個(gè)記錄數(shù)據(jù)單元4字節(jié)，其中質(zhì)量碼字節(jié)標(biāo)識(shí)：0×0表示mormal，0×1表示node_failure，0×2表示IO-failure，0×4表示out_of_range，0×8表示timed_out，其他位暫保留。
　　保證系統(tǒng)可靠性所采取的措施
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及可能的故障來源，按從TOP到BOTTOM的順序依次將系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分解到各個(gè)單元(工程師站，網(wǎng)絡(luò)，控制站)中去，直至到板級(jí)。分析系統(tǒng)故障因素，外部包括環(huán)境溫度、電源的波動(dòng)、電磁干擾、沖擊、振動(dòng)、腐蝕、信號(hào)源的干擾等；內(nèi)部包括元器件失效、電路開路、短路，連接不可靠以及軟件問題等。
　　元器件級(jí)的選擇。在完成相同功能的元器件中，盡可能選擇MTBF（平均*時(shí)間）長(zhǎng)的元器件，例如采用針型連接器來連接各模板，保證連接的高可靠性；盡量選用高集成度的大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)多個(gè)元器件的功能，減少元器件的數(shù)量；采用功耗低、良好噪聲電平容限的CMOS器件；采用集成度高、體積小、抗震動(dòng)性能好的SMT元件和焊接技術(shù)；選用各種電阻、電容器及集成電路、隔離器件時(shí)，對(duì)其耐壓能力、功率、溫度、性能等都進(jìn)行降額使用以留有較大的余量。
　　整個(gè)系統(tǒng)采用多處冗余備份。系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)，只要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道正常工作，系統(tǒng)就可完成正常通信；數(shù)采站用來完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和部分算法的運(yùn)算和執(zhí)行，對(duì)許多部件（系統(tǒng)電源等）進(jìn)行在線熱備份，同時(shí)工作，一旦一個(gè)部件出現(xiàn)故障，備份由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性。系統(tǒng)過程控制網(wǎng)具有工業(yè)以太網(wǎng)負(fù)荷測(cè)試、故障偵測(cè)、冗余傳輸?shù)裙δ?，并且能根?jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況（負(fù)荷和故障情況），自適應(yīng)選擇雙網(wǎng)模式、雙網(wǎng)冗余（同步）模式，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷響應(yīng)能力大幅度提高；對(duì)冗余網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)獨(dú)立通道進(jìn)行故障診斷，并為分布式系統(tǒng)內(nèi)任何節(jié)點(diǎn)建立故障狀態(tài)標(biāo)志，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何節(jié)點(diǎn)可以映射整個(gè)節(jié)點(diǎn)的診斷信息，以此作為冗余處理的基礎(chǔ)；冗余網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)剔除故障部分線路，使網(wǎng)絡(luò)處于部分冗余或不冗余的單網(wǎng)模式，保證網(wǎng)絡(luò)仍然能夠正常傳輸過程數(shù)據(jù)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于突發(fā)事件使負(fù)荷加重，冗余網(wǎng)絡(luò)將轉(zhuǎn)換為雙網(wǎng)模式來解除網(wǎng)絡(luò)沖突；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)*，節(jié)點(diǎn)間的通訊采用雙網(wǎng)獨(dú)立傳輸模式，將冗余網(wǎng)絡(luò)作為兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)通道，用于傳輸不同的數(shù)據(jù)包，使網(wǎng)絡(luò)的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量增加1倍；通過節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)的區(qū)分（不同的IP區(qū)間），對(duì)于重要節(jié)點(diǎn)（工程師站、特殊功能站點(diǎn)等），可以在任何時(shí)刻采用冗余傳輸模式，保證zui大的傳輸可靠性；通過與信息管理網(wǎng)設(shè)置網(wǎng)關(guān)、IP地址區(qū)間識(shí)別、子網(wǎng)屏蔽等措施，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

　　系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中充分考慮了危險(xiǎn)分散及危險(xiǎn)隔離原則。在設(shè)計(jì)控制站時(shí)，為了保證各I/O模塊出現(xiàn)故障時(shí)影響zui小(只影響本板)，去掉了一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的并行總線(如VME總線、PC總線)，而是采用的多路串行總線來實(shí)現(xiàn)主控單元和各I/O模塊之間的

數(shù)據(jù)交換。
　　DCS系統(tǒng)具有強(qiáng)的自診斷能力。其I/O控制站的所有模塊上均帶有CPU，每模塊均周期性地進(jìn)行自診斷；設(shè)有故障指示，系統(tǒng)的所有模塊上設(shè)有運(yùn)行、故障、網(wǎng)絡(luò)通信等指示燈；卡件采用端子板進(jìn)行前端處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾進(jìn)行凈化和吸收，提高了I/O采樣的抗*力和穩(wěn)定性。
　　系統(tǒng)考驗(yàn)考核情況
　　系統(tǒng)經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)試，有關(guān)結(jié)果符合實(shí)際系統(tǒng)技術(shù)要求，同時(shí)也滿足核安全有關(guān)的技術(shù)要求，投入正式運(yùn)行后，有關(guān)使用情況得到了國(guó)內(nèi)核安全管理當(dāng)局的認(rèn)可，實(shí)際運(yùn)行情況良好，效果明顯，能夠非常方便的及時(shí)的進(jìn)行專設(shè)安全兩個(gè)停堆系統(tǒng)的過程監(jiān)督。