何大宇

1  概述
    為了使廣三核能夠很好地應用DCS技術(shù)，我們開(kāi)展了壓水堆核電站儀控DCS遠程I/O站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“I/O站”）的模擬設計工作。這是以嶺澳工程為例開(kāi)展的設計工作。其目的主要有三個(gè)：
(1)  通過(guò)這項工作，開(kāi)發(fā)并掌握DCS遠程I/O站的設計方法，提高設計技術(shù)水平，滿(mǎn)足將來(lái)中標堆型自主化設計工作的需要。
(2)  提出用戶(hù)需求，用于嶺東工程談判，使潛在承包商根據我們提供的資料數據提供相關(guān)設備和技術(shù)服務(wù)。
(3)  可資源共享，供大亞灣、嶺澳核電站儀控設備改造使用。
    DCS即分布式控制系統是此次設計方案的重要改進(jìn)項目之一。I/O站是DCS與現場(chǎng)儀控設備進(jìn)行信息交換的前端設備，是DCS的基礎部分。DCS的主要結構及I/O站的位置參見(jiàn)圖1。
    采用I/O站可降低工程造價(jià)，提高核電站的可靠性及安全水平，其優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下5個(gè)方面：① 節約電纜（即節約相當于嶺澳核電站儀控電纜總量的60%）；② 節約安裝工時(shí)和相應的橋架；③ 減少原有電纜及橋架占用的巨大空間（這非常有利于防火分區和實(shí)體隔離）；④ 明顯縮小防火區域和減輕防火難度；⑤ 采用光纖，運行時(shí)光纖電纜是完全和電位差無(wú)關(guān)的，可使儀控系統抗電磁干擾的能力大大增強，并可節省昂貴的等電位接地連接的額外投資。 

圖1  DCS的主要結構及I/O站的位置

    隨著(zhù)這一項目的完成，基本確定了全廠(chǎng)I/O站的位置以及每個(gè)I/O站內的信號容量和信號性質(zhì)，為下一階段I/O站的具體設計，如I/O站設備的選型、模塊數量的確定以及采用光纖與上一級相連的方案等等奠定了堅實(shí)的基礎。
2  I/O站設置的基本原則
(1)  I/O站全部設在反應堆廠(chǎng)房外；盡可能設置在非輻射防護控制區內，以利于檢修維護；
(2)  盡可能靠近現場(chǎng)；要在三維立體空間儀控信號相對集中的地點(diǎn)設置I/O站，以最大限度地節省電纜；
(3)  A列、B列、SIP I、SIP II、SIP III、SIP IV、SIP V要單獨設站；站與站之間要實(shí)體隔離，以滿(mǎn)足安全分區、防火分區、輻射防護分區的要求；
(4)  滿(mǎn)足I/O站對溫度、濕度、抗震、防塵、防水淹、防電磁干擾等方面的要求。
3  模擬設計的范圍
    將全廠(chǎng)納入I/O站的信號范圍劃分為兩個(gè)區域：
(1)  反應堆廠(chǎng)房區域，包括1RX、2RX內納入DCS的全部?jì)x控信號。
(2)  綜合區域，包括WX、KX、NX以及LX廠(chǎng)房?jì)鹊募{入DCS的全部?jì)x控信號。
    考慮到常規島本身通常有一個(gè)獨立的DCS系統，相當于全廠(chǎng)DCS系統的子系統，與全廠(chǎng)DCS系統進(jìn)行信號通訊。在常規島設置I/O站的原則和方法與核島相似，只是信號的規模、I/O站的數量以及復雜程度與核島相比要少很多。
    BOP各工藝系統基本上相對獨立，多為計算機控制，可直接與全廠(chǎng)DCS數據通訊網(wǎng)連接，不必單獨設置I/O站。
因此I/O站模擬設計的范圍主要在反應堆廠(chǎng)房區域以及綜合區域內。
4  I/O站的設計
    I/O站設計主要涉及遠程I/O站的布置設計及I/O站本身設備設計兩部分。布置設計是根據全廠(chǎng)I/O信號的分布，選擇合理的位置，并根據I/O信號的數量確定I/O站的規模與數量。在此介紹I/O站的布置設計。
4.1  反應堆廠(chǎng)房區域
(1)  儀控貫穿件的分布
    位于反應堆廠(chǎng)房和連接廠(chǎng)房之間的儀控貫穿件，其主要功能是為反應堆廠(chǎng)房?jì)韧獾膬x控信號提供雙向傳遞的通道，它們的位置和數量直接影響到與反應堆廠(chǎng)房?jì)葍x控信號相關(guān)I/O站的布置設計。一號核島儀控貫穿件分別集中分布在1WX廠(chǎng)房的+3.80米和+11.5米處，各有10個(gè)和23個(gè)貫穿件；二號核島儀控貫穿件的分布與一號核島不同，而是散布在2WX廠(chǎng)房的從+3.80米到+16.05米處，相對集中在+3.80米和+11.50米，共有33個(gè)貫穿件。
    根據對反應堆廠(chǎng)房?jì)葍x控信號的類(lèi)型與功能，對經(jīng)過(guò)貫穿件的信號予以分類(lèi)，確定每個(gè)反應堆各有25個(gè)貫穿件納入到I/O站的范圍，其它如通訊系統、消防系統等信號另行處理。
(2)  數據庫的開(kāi)發(fā)
    根據參考電站電氣貫穿件清單以及納入DCS范圍的系統手冊，對應著(zhù)每一個(gè)貫穿件統計整理出納入I/O站的信號。這些信號匯同綜合區域的信號開(kāi)發(fā)形成“核電站儀控DCS遠程I/O信號數據庫”。該數據庫不但將所有信號的類(lèi)型、數量、功能做了統計，還包括從信號源設備到終端的各段電纜路徑。此外，該數據庫還表示出相應的I/O站位置，從而使I/O站設計細化，已達到與嶺澳核電站儀控信號電纜端子排可一一對應的深度。
從現場(chǎng)取樣進(jìn)入I/O站的信號為I/O站的輸入信號；從I/O站的上一級通過(guò)光纖傳輸到I/O站并經(jīng)I/O站轉換輸出驅動(dòng)現場(chǎng)設備的信號為I/O站的輸出信號。輸入、輸出信號按性質(zhì)分為兩大類(lèi)即模擬量和開(kāi)關(guān)量；按安全功能及性質(zhì)的不同分為7種，即A、B列及SIP I～SIP V通道。
進(jìn)出I/O站的信號經(jīng)I/O站內的相關(guān)模塊進(jìn)行模/數轉換、數/模轉換以及開(kāi)關(guān)量的處理。
(3)  I/O站的設計（貫穿件法）
    根據I/O站設計的基本原則將反應堆廠(chǎng)房的I/O站設置在緊鄰現場(chǎng)靠近貫穿件的WX廠(chǎng)房?jì)?，分層布置。這樣可使儀控信號電纜從貫穿件就近敷設到I/O站，長(cháng)度大大縮短。從每個(gè)I/O站到DCS控制計算機的電纜則以光纖代之。一般地，一個(gè)I/O站僅使用一條光纖。從而大大減少了參考電站中儀控電纜的數量。這種設置I/O站的方法簡(jiǎn)稱(chēng)為貫穿件法。
    經(jīng)過(guò)詳細的選擇與比較，將1RX的信號分配在位于WX廠(chǎng)房+3.80米、+11.50米和+15.50處的I/O站內；將2RX的信號分配在WX廠(chǎng)房+7.00米、+11.50米和+15.50米處的I/O站內。
兩個(gè)核島的I/O站各有8個(gè)，其中A列有兩個(gè)、B列有一個(gè)、SIP I～SIP V各有一個(gè)。
4.2  綜合區域
    綜合區域I/O站信號分布的特點(diǎn)是涵蓋的范圍廣而且分散；特別是在NX廠(chǎng)房?jì)鹊男盘柗植汲什粚ΨQ(chēng)性。這一特點(diǎn)決定了綜合區域I/O站的設計比反應堆廠(chǎng)房區域要復雜。
    除核島外，全廠(chǎng)其它工藝系統的儀控信號，絕大多數都是通過(guò)CR（就地接線(xiàn)箱）進(jìn)行集散的，因此將CR所含的信號以及分散的信號統計整理完整，就能確保數據庫的記錄完整。
    I/O站的設計（“CR”法）：根據設計I/O站的基本原則，依據分布在現場(chǎng)各處的（就地接線(xiàn)箱）CR，統計整理出納入DCS I/O站的儀控信號，分類(lèi)存放在數據庫中。
    按照CR的分布將全部?jì)x控信號標注在0號圖紙上并綜合全部共26張圖紙的信號分布，在三維立體的空間中統籌確定I/O站的位置。這種設置I/O站的方法簡(jiǎn)稱(chēng)為“CR”法。
    需要說(shuō)明的是，全部?jì)x控信號均可配置在不但滿(mǎn)足安全、環(huán)境、檢修和運行管理的要求，而且又鄰近信號源或驅動(dòng)設備的I/O站內。因此就某個(gè)I/O站而言，其內部可能既有來(lái)自于反應堆廠(chǎng)房區域的信號，又有來(lái)自于綜合區域的信號。
    具體地說(shuō)，在綜合區域內需新建7個(gè)I/O站：
    在±0.00米設置2×2+1個(gè)I/O站，即位于核輔助廠(chǎng)房NX246房間。這個(gè)房間原為KSN系統的機架間，采用DCS后，基本空置，故改造后設計安放5個(gè)I/O站，即兩臺機組A、B列的I/O站及0、9字頭信號的I/O站。這些I/O站接受來(lái)自于-6.70米、-3.40米以及±0.00米的A、B列信號及這一區域的0、9字頭的信號。
    來(lái)自0、9字頭的信號僅有A列，無(wú)B列信號，且占94%的信號位于+8.00米及以下，因此將其全部集中在±0.00米的I/O站；如有需要也可采用現場(chǎng)總線(xiàn)的方式進(jìn)一步減少個(gè)別遠離I/O站的電纜。
    在+11.5米的LX505、545房間中利用繼電器機架騰出的部分空間分別分隔出兩個(gè)房間，臨時(shí)編號為1W506和2W545，分別設立綜合區域在標高+11.5米及以上的B列信號I/O站；編號為1W506I/O、2W545I/O。
    +5.0米及以上的A列信號分別送到分布在兩臺機組+3.80米、+7.00米及+15.50米的A列I/O站中去。
    這一區域的SIP信號全都引至位于+11.5米和+15.5米處的SIP I/O站。這樣安排一方面是由于綜合區域的SIP信號數量不多，不值擇地另設I/O站；另一方面SIP I～SIP IV的信號主要集中在這兩層廠(chǎng)房，故如此安排。
    需要說(shuō)明的是SIP I、II、III、V中的極少量信號屬于9號機組，根據其信號終到設備分別將其安排在1、2號機組相應的I/O站內。
    對少數分散的遠離I/O站的儀控信號，可采用現場(chǎng)總線(xiàn)將信號引進(jìn)I/O站。
5  結語(yǔ)
    通過(guò)這項工作，取得以下成果：
    ①  開(kāi)發(fā)并基本掌握了適應不同壓水堆核電站遠程I/O站的設計方法。
    ②  設計并完成了關(guān)于全廠(chǎng)與RX、WX、KX、NX、LX廠(chǎng)房中儀控信號相關(guān)的共23個(gè)現場(chǎng)I/O站的布置。
    ③  開(kāi)發(fā)了全部I/O站總共擁有近6200條記錄的數據庫。
    ④  建立了WX、KX、NX、LX廠(chǎng)房與I/O站相關(guān)的從-6.70米至+24.00米各層廠(chǎng)房?jì)x控信號分布圖及I/O站分布圖。
    ⑤  最重要的是，大家基本掌握了DCS遠程I/O站的設計方法；不但能定性地與潛在承包商交流，而且能具有一定深度、定量地與其探討，在將來(lái)的談判工作中做到心中有數，在將來(lái)的工程改造中發(fā)揮作用。