工業(yè)網(wǎng)絡(luò )在核電儀控系統中的應用

1 項目簡(jiǎn)介

　　嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地，是我國“十五”期間唯一開(kāi)工的核電項目，采用中廣核集團具有自主品牌的中國改進(jìn)型壓水堆核電技術(shù)路線(xiàn)CPR1000，建設兩臺百萬(wàn)千瓦級壓水堆核電機組。其儀控系統采用了TXS（安全級儀控系統）+T×P（非安全級儀控系統）的數字化儀控系統。所有儀控系統的數據通信都是由SINEC H1總線(xiàn)～IPROFIBUS總線(xiàn)系統構成的終端總線(xiàn)、電廠(chǎng)總線(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)完成。非安全級儀控系統TXP的網(wǎng)絡(luò )結構全部使用了西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品OSM（單元機組+公用機組共使用18個(gè)ITP62、22個(gè)ITP53、4個(gè)BCO8）組成的多個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)來(lái)滿(mǎn)足設計要求。終端總線(xiàn)用于PU（Processing Unit）、SU（Server Unit）和OT（Operating Termina1）之間的通信以及通過(guò)網(wǎng)關(guān)／網(wǎng)橋與其他儀控系統互相連接，電廠(chǎng)總線(xiàn)用于PU（Processing Unit）、AS620（Automation System）、ES680（Engineering System）和DS670（Diagnostic System）之間的通信，并且通過(guò)網(wǎng)關(guān)與TXS系統相連。本文著(zhù)重對TXP系統數據通信網(wǎng)絡(luò )結構和功能進(jìn)行了分析。

2 通訊網(wǎng)絡(luò )系統構成和功能

　　核電站儀控系統網(wǎng)絡(luò )的設計準則為：

　?。?）一體化操作和信息管理網(wǎng)

　　該層網(wǎng)絡(luò )的傳輸介質(zhì)根據核電站的使用環(huán)境和隔離、防火的要求，選用光纜是適當的。對于其網(wǎng)絡(luò )拓撲則根據核電站IC站點(diǎn)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 )操作系統則宜選擇技術(shù)成熟，可靠和應用廣泛的網(wǎng)絡(luò )操作系統，RIUNIX。網(wǎng)絡(luò )的傳輸速度要求100MBit／s或更高。

　?。?） 自動(dòng)控制和保護層網(wǎng)絡(luò )

　　作為核安全級（1E級）數據通信網(wǎng)絡(luò )，其模塊的硬／軟件必須是經(jīng)過(guò)核安全級（1E級）的鑒定，有過(guò)成熟應用經(jīng)驗的產(chǎn)品。本文不做詳細描述。

　　非核安全級數據通信網(wǎng)絡(luò )將各個(gè)過(guò)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，兼顧采購合同的責任范圍，以減少設計接口，又便于調試維修。

　　公用通訊網(wǎng)主要將兩機組公共部分以及廠(chǎng)區少部分系統的信息與控制命令，分別與兩個(gè)機組的操作和信息管理網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊。

　　TXP通訊網(wǎng)絡(luò )有兩種： “電廠(chǎng)總線(xiàn)”和“終端總線(xiàn)” 。兩種通訊網(wǎng)絡(luò )都是由若干OSM網(wǎng)絡(luò )交換機通過(guò)光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結構。該總線(xiàn)結構是通過(guò)使用SINEC H1 FO而建立起來(lái)的，基于IEEE 802．3標準。OSM是SINEC H1 FO網(wǎng)絡(luò )核心部件。整個(gè)網(wǎng)是以環(huán)狀結構相連接的，并通過(guò)OSM模件中的開(kāi)斷點(diǎn)實(shí)現環(huán)形結構。當虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時(shí)，其中必有一塊OSM模件的電子開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的（RM模式），在開(kāi)斷點(diǎn)上，來(lái)自?xún)蓚€(gè)方向的信號受到監視。當虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開(kāi)路時(shí)，信號僅來(lái)自單方向，則可以認為是總線(xiàn)故障。在這種情況下，斷點(diǎn)將被關(guān)閉，該電子開(kāi)關(guān)閉合形成新的形式的總線(xiàn)網(wǎng)并且與此相連的總線(xiàn)部件將被重新結合在通訊網(wǎng)絡(luò )之中，重建過(guò)程小于0．3秒，同時(shí)報警通知系統維護人員排除故障，實(shí)現了冗余總線(xiàn)的設計。

　　虛擬環(huán)設計保證了內在的單容錯，能使系統總線(xiàn)在單一故障情況下繼續工作。從可用率及冗余質(zhì)量上比較，與二取一的總線(xiàn)結構相當，保證了系統單一故障容錯，增強了系統通信的可靠性。

　　2.1 電廠(chǎng)總線(xiàn)

　　電廠(chǎng)總線(xiàn)是用于連接DCS level 1層設備和連接用于level 1和level 2層之間通訊的處理單元（PU）。以下DCS設備連接在電廠(chǎng)總線(xiàn)上：

　　· 所有的自動(dòng)化控制系統AS620；

　　· 一對冗余的處理單元PU；

　　· 與安全級儀控系統之間的網(wǎng)關(guān)；

　　· 第三方儀控系統；

　　·TXP系統的診斷系統DS670；

　　·TXP系統的工程師站ES680；

　　·DCS系統的時(shí)鐘發(fā)生器。

　　電廠(chǎng)總線(xiàn)的設計滿(mǎn)足下列要求：

　?。?）使用標準的通訊協(xié)議

　　電廠(chǎng)總線(xiàn)是基于符合IEEE 802．3／802．3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線(xiàn)。符合ISO／OSI的7層通信模型。電廠(chǎng)總線(xiàn)在協(xié)議的結構上有一些不同，主要差別在3層至7層。使用了西門(mén)子公司為適用工業(yè)通信開(kāi)發(fā)的SINEC NETAP協(xié)議。