核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)介紹ppt課件

1、核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)（DCS）基礎(chǔ)介紹,質(zhì)量監(jiān)督分部授權(quán)培訓(xùn)教材 標(biāo)題,中黑20pt,1. DCS基礎(chǔ)知識(shí)2. 核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)3. 核電站DCS監(jiān)造基礎(chǔ),2,01 DCS基礎(chǔ)知識(shí),章節(jié)主題,中黑20pt,3,1.數(shù)字化儀控系統(tǒng)簡(jiǎn)介,數(shù)字化儀控系統(tǒng)（Digital Instrument & Control System）是以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)（又稱：Distributed Control System，簡(jiǎn)稱DCS）。 DCS的主要基礎(chǔ)是4C技術(shù)，即計(jì)算機(jī)Computer、控制 Control、通信Communication和CRT顯示技術(shù)。 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入

2、和開(kāi)發(fā)面向狀態(tài)的診斷技術(shù)、智能化報(bào)警技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、符合人因工程要求的人機(jī)界面、先進(jìn)的主控室等現(xiàn)代技術(shù)，并采用系統(tǒng)化的控制室功能分析和分配、操縱員作業(yè)分析等設(shè)計(jì)技術(shù)，以及面向運(yùn)行安全狀態(tài)的操作員支持系統(tǒng)包括智能診斷與智能報(bào)警為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)化操作規(guī)程等。 DCS系統(tǒng)通過(guò)某種通信網(wǎng)絡(luò)將分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)附近的現(xiàn)場(chǎng)控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來(lái)，以完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的分散控制和集中操作管理。,1.1 數(shù)字化儀控系統(tǒng)的概念及主要功能,4,DCS自1975年問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)歷了近三十年的時(shí)間，其可靠性、實(shí)用性不斷提高，功能日益增強(qiáng)，如控制器的處理能力、網(wǎng)絡(luò)通訊能力、控制算法、畫(huà)面顯示及綜合管理

3、能力等。 DCS系統(tǒng)過(guò)去只應(yīng)用在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，但隨著4C技術(shù)及軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，到目前已經(jīng)在電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是電力、石化這樣的行業(yè)。 我國(guó)發(fā)電廠儀控專業(yè)發(fā)展的歷程基本分為三個(gè)階段： 發(fā)電廠熱工控制（簡(jiǎn)稱“熱控”） 1953年-1965年 發(fā)電廠熱工自動(dòng)化（簡(jiǎn)稱“熱自”） 1965年-1985年 發(fā)電廠綜合自動(dòng)化（數(shù)字化、信息化階段） 1985年-,1.2 DCS的發(fā)展歷史,5,01Arial 96pt,在工業(yè)過(guò)程控制中，有三大控制系統(tǒng)： DCSDistributed Control System PLCProgrammable L

4、ogic Controller FCSFieldbus Control System,1.2 DCS的發(fā)展歷史,6,第一代：19751980 （初創(chuàng)期） 典型DCS系統(tǒng)： Honeywell：TDC-2000 Yokogawa：Yawpark Foxboro：Spectrum Bailey：Network 90 Kent：P4000 Siemens：Teleperm M Toshiba：TOSDIC 系統(tǒng)構(gòu)成與特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)采集單元 過(guò)程控制單元 CRT操作站 上位管理計(jì)算機(jī) 高速數(shù)據(jù)通道 注重功能的實(shí)現(xiàn) 使用專用軟、硬件，價(jià)格昂貴 沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放性差,1.2 DCS的發(fā)展歷史,第二代：19

5、801985（成長(zhǎng)期） 典型DCS系統(tǒng)： Honeywell：TDC-3000 Fisher：PROVOX Taylor：MOD300 Westinghouse：WDPF 系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn) 局域網(wǎng)絡(luò) 多功能現(xiàn)場(chǎng)控制站 增強(qiáng)型操作站 系統(tǒng)管理站 主計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)連接器 引入LAN作為系統(tǒng)骨干 擺脫儀表，靠近計(jì)算機(jī) 增加順序控制、邏輯控制 可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和管理功能 顯示技術(shù)得到提高，出現(xiàn)光標(biāo)操作,第三代：1987 （擴(kuò)展期） 典型DCS系統(tǒng) Foxboro：I/A Serise Honeywell：TDC-3000UCN Yokogawa：Centum-XL， XL Bailey：INFI 90 W

6、estinghouse：WDPF II Toshiba：HIACS Leeds & Northrup：MAX1000 Moore：PACS 系統(tǒng)特點(diǎn)與構(gòu)成 通訊網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場(chǎng)控制站 操作站/工程師站 網(wǎng)絡(luò)連接器 增加上層網(wǎng)絡(luò)，納入生產(chǎn)管理 開(kāi)始采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)：開(kāi)放 組態(tài)開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)化 應(yīng)用更加廣泛，成為大眾產(chǎn)品 開(kāi)始引入現(xiàn)場(chǎng)總線,7,第四代？FCS/Web Honeywell：Experion PKS Emerson：PlantWeb Foxboro：A2 Yokogawa：R3 ABB：Industrial IT 2I世紀(jì)InformationIntegrated,1.2 DCS的發(fā)展歷史,8,1.3

7、 DCS的結(jié)構(gòu)和組成,LEVEL 3,LEVEL 2,LEVEL 1,LEVEL 0,DCS,9,LEVEL0：現(xiàn)場(chǎng)控制層,主要包括以執(zhí)行器和變送器為主的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； LEVEL1：過(guò)程控制層,主要包括反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)、功率控制 系統(tǒng)、T/G控制系統(tǒng)、堆內(nèi)測(cè)量等控制和采集系統(tǒng)等； LEVEL2：操作控制層（操作和信息管理層）,主要包括放置于主控室、RSS、TSC等控制室的KIC、BUP等人機(jī)交互設(shè)備和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備； LEVEL3：管理層，即第三方控制接口以及管理層,主要包括電站信息系統(tǒng)、應(yīng)急處理系統(tǒng)等等。,儀控系統(tǒng)的分層：,10,硬件 操作站 一般采用桌面式通用計(jì)算機(jī) 組成：主機(jī)、顯示器、鍵

8、盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等 用于過(guò)程監(jiān)視、操作、管理 工程師站 一般比操作站“高檔” 組成：主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等 用于系統(tǒng)組態(tài)、配置、維護(hù) 可兼作操作站,1.3 DCS的結(jié)構(gòu)和組成,現(xiàn)場(chǎng)控制站 DCS的核心 組成：控制器、I/O、輔助設(shè)備 完成系統(tǒng)的主要功能 控制器雙冗余 有的可實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)I/O冗余 通訊系統(tǒng) 連接各節(jié)點(diǎn)的橋梁 包括：現(xiàn)場(chǎng)總線、控制網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò) 一般在控制網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),電源系統(tǒng) 外部供電+UPS 雙電源切換 現(xiàn)場(chǎng)控制站電源進(jìn)行冗余設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)控制站和操作站/工程師站可分開(kāi)供電,11,軟件 現(xiàn)場(chǎng)控制站 現(xiàn)場(chǎng)I/O驅(qū)動(dòng)軟件 I/O信號(hào)預(yù)處理軟件 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

9、庫(kù)軟件 控制算法軟件 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 操作站 圖形處理軟件 操作命令處理軟件 歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示軟件 報(bào)警、事件信息的顯示處理軟件 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)存軟件 報(bào)表軟件 運(yùn)行日志的記錄、顯示、打印和存儲(chǔ)軟件,- 工程師站 硬件配置軟件 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)生成軟件 算法編輯、編譯、仿真軟件 畫(huà)面編輯、報(bào)表設(shè)計(jì)軟件 報(bào)警、事件、趨勢(shì)等屬性設(shè)置軟件,1.3 DCS的結(jié)構(gòu)和組成,12,02核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng),章節(jié)主題,中黑20pt,13,14,專用儀控系統(tǒng) 核島通風(fēng)空調(diào)就地控制系統(tǒng) PX泵站就地控制系統(tǒng) 常規(guī)島及BOP通風(fēng)空調(diào)就地控制系統(tǒng) 反應(yīng)堆堆外核測(cè)量系統(tǒng)(RPN) 反應(yīng)堆堆芯溫度、中子測(cè)量系統(tǒng)(RIC

10、) 核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(KRT) 松動(dòng)部件與振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（KIR） 控制棒棒位棒控系統(tǒng)(RGL) TG控制與保護(hù)系統(tǒng) 三廢系統(tǒng)（KSN） Loca輻照監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（LSS） KDO/KME 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（KIF）,開(kāi)關(guān)： 溫度開(kāi)關(guān) 壓力開(kāi)關(guān) 液位開(kāi)關(guān) 流量開(kāi)關(guān),就地儀表： 溫度表 壓力表 液位表 流量表,傳感器： 溫度傳感器 壓力傳感器 液位傳感器 流量傳感器,全廠數(shù)字化控制系統(tǒng)（DCS） 過(guò)程信息與控制系統(tǒng) 電廠自動(dòng)化系統(tǒng) 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng) 堆芯冷卻監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 后備盤(pán)、緊急停堆盤(pán)、遠(yuǎn)程停堆,15,2.1國(guó)內(nèi)核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)發(fā)展,1996年田灣核電站（俄羅斯VVER-428）引進(jìn)數(shù)字化儀

11、控系統(tǒng)(AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XS) 。 嶺澳二期核電站也采用了Teleperm XP+Teleperm XS)，并成功運(yùn)行。 紅沿河、寧德、陽(yáng)江、防城港等CPR1000系列核電項(xiàng)目也全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)（安全級(jí)DCS采用三菱MELTAC平臺(tái)，非安全級(jí)DCS采用和利時(shí)公司的HOLLiAS平臺(tái)）。 在建三代EPR和AP1000核電站也將全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)。,當(dāng)前在役和在建核電廠，所（擬）使用的DCS系統(tǒng)主要有： HolliAS MACS +MELTAC Plus N IA&triconex TXP（SPPA-T2000）+TXS COMMOM

12、 Q +OVATION,16,國(guó)內(nèi)核電廠儀控系統(tǒng)簡(jiǎn)介,17,國(guó)外核電廠儀控系統(tǒng)簡(jiǎn)介,18,2.2 DCS在核電站的作用和地位,DCS工作原理： 形象的說(shuō)，DCS是核電站全廠的“大腦和神經(jīng)系統(tǒng)”，通過(guò)傳感器、流量計(jì)等“神經(jīng)元末梢”收集信息，經(jīng)過(guò)控制電纜、網(wǎng)絡(luò)等“神經(jīng)系統(tǒng)”傳遞信息，在處理器“大腦”中完成復(fù)雜計(jì)算，在傳遞到人機(jī)接口和神經(jīng)末梢的完整過(guò)程。 當(dāng)今，DCS和PLP、TG并列為核電站三大重要設(shè)備和采購(gòu)包。,19,儀控系統(tǒng)是操作員的“眼和耳”，可以為操作員提供精確的、適當(dāng)?shù)男畔⒑驮陔娬菊?、異常運(yùn)行時(shí)為操作員介入運(yùn)行提供了手段。因此他們對(duì)電站的安全和有效運(yùn)行至關(guān)重要； 在電站正常運(yùn)行時(shí)，DC

13、S系統(tǒng)自動(dòng)控制，這使操作員有時(shí)間觀察電站的行為，監(jiān)視電站正在發(fā)生什么，以便迅速采取正確的糾正行動(dòng)；安全儀控系統(tǒng)也可以防止電站操作員或自動(dòng)控制系統(tǒng)帶來(lái)的錯(cuò)誤或故障而導(dǎo)致的后果。在電站異常狀態(tài)下，安全儀控系統(tǒng)為保證電站及環(huán)境的安全能提供快速自動(dòng)功能。 與常規(guī)電站相比，核電站的儀控系統(tǒng)更為復(fù)雜，原因是：由于較高的資金投入，要求核電站的可利用率就得非常高；核電站運(yùn)行時(shí)它的反應(yīng)堆裝置具有不可接近性，要求他的狀態(tài)及相關(guān)系統(tǒng)必須在一個(gè)集中的地點(diǎn)現(xiàn)實(shí)、控制；高可靠、冗余的安全系統(tǒng)必須確保自動(dòng)安全停堆。 運(yùn)行人員的操作優(yōu)化設(shè)計(jì)：從安全觀點(diǎn)出發(fā)，廠區(qū)人員的工作場(chǎng)所和工作環(huán)境必須按人因工程學(xué)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)； 人機(jī)接口

14、的實(shí)質(zhì)，是核電廠運(yùn)行實(shí)踐中自動(dòng)化程度與人干預(yù)能力的平衡問(wèn)題。自動(dòng)與人工操作的平衡即人機(jī)關(guān)系，與最佳化有關(guān)，其總目標(biāo)是減少風(fēng)險(xiǎn)和停堆損失。,20,相比于原有核電站模擬儀控系統(tǒng)，數(shù)字化儀控系統(tǒng)尤其優(yōu)越性優(yōu)點(diǎn),具有很好高的控制精確性和很強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算處理、計(jì)算能力，能顯著提高了儀控系統(tǒng)的綜合性能，完成以往模擬儀控系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜邏輯運(yùn)算處理和計(jì)算功能； 以通信網(wǎng)絡(luò)連接各系統(tǒng)設(shè)備，大大減少了連接電纜的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?能方便有效的實(shí)現(xiàn)具有多重冗余、故障安全和容錯(cuò)等功能，提高了系統(tǒng)可用性和可靠性； 能方便、有效的實(shí)現(xiàn)具有系統(tǒng)在線檢查和自診斷功能，有助于故障分析和判斷； 系統(tǒng)擴(kuò)展靈活性好

15、、可組態(tài)性強(qiáng)，便于維護(hù)； 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)能力，改善了人機(jī)接口。,21,22,23,24,2.3 核安全分級(jí) 核電站DCS分為：1E（安全級(jí)）, SR（安全相關(guān)）, NC（非安全級(jí)） 1E：短期內(nèi)能迅速使反應(yīng)堆達(dá)到并保持在穩(wěn)定狀態(tài)，包括： 停堆 安全殼隔離 緊急冷卻 余熱排出 反應(yīng)堆廠房余熱排出 防止 放射性物質(zhì)向環(huán)境中釋放,SR：在中長(zhǎng)期內(nèi)使反應(yīng)堆保持在安全狀態(tài)，包括： 使反應(yīng)堆維持在安全停堆狀態(tài) 主要一回路系統(tǒng)隔離 事故后監(jiān)視功能（類(lèi)型2,3） 乏燃料冷卻,NC：除1E與SR之外的 例如：廠房通風(fēng)、照明等,25,2.4 設(shè)備鑒定分級(jí) K1，布置在反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)，在正常工況、事故

16、中、事故后、地震中均能正常工作； K2，布置在反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)，在正常工況、地震工況能正常工作； K3，布置在反應(yīng)堆廠房外，在正常工況、地震工況以及特定事故工況能正常工作。,26,2.5 核電廠各系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的基本原則有,單一故障準(zhǔn)則 多樣性原則 獨(dú)立性原則 故障安全原則 定期試驗(yàn)、維護(hù)、檢查的措施 充分采用固有安全性的設(shè)計(jì)原則 30分鐘不干預(yù)原則；,27,2.6 核電廠DCS工藝流程,28,29,30,31,32,03核電站DCS監(jiān)造基礎(chǔ),33,3.1 DCS質(zhì)量監(jiān)督分級(jí)原則： 依據(jù)： 儀控設(shè)備及其部件與系統(tǒng)質(zhì)保等級(jí) 安全分級(jí) 鑒定分級(jí) 廠家供貨情況 同類(lèi)設(shè)備經(jīng)驗(yàn)反饋 分為QS1，QS2，QS3，QNS,QS1：1E級(jí)（含SR）DCS 模塊、功能/性能測(cè)試、出廠驗(yàn)收； QS2：1E級(jí)DCS成套 QS3：NC DCS模塊制造、成套、測(cè)試及出廠驗(yàn)收；,34,3.2 DCS質(zhì)量監(jiān)督總體流程,35,質(zhì)量計(jì)劃審查 先決條件檢查 質(zhì)量計(jì)劃執(zhí)行 巡檢監(jiān)督 原材料入廠檢驗(yàn)見(jiàn)證 模塊、機(jī)柜分包見(jiàn)證 裝配檢查及見(jiàn)證 FT測(cè)試跟蹤見(jiàn)證 測(cè)試程序、文件、測(cè)試記錄/報(bào)告審查 NCR不符合項(xiàng)處理及跟蹤管理 重大質(zhì)量問(wèn)題專項(xiàng)監(jiān)督和反饋 FAT見(jiàn)證 EOMR審查 設(shè)備最終檢查與包裝、發(fā)運(yùn),3.3 DCS質(zhì)量監(jiān)督主要工作,36,37,補(bǔ)充分享：儀控（DCS）與電氣設(shè)備不