CN110767338A - 一种核动力堆dcs架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核动力堆DCS架构，包括安全级DCS和非安全级DCS；非安全级DCS包括操作站上的非安全级监控设备、监控网、非安全级网关、实时服务器、系统网、第一控制站、多样化驱动系统等；所述非安全级监控设备、监控网、实时服务器、系统网、第一控制站依次连接；安全级DCS包括若干保护组、专设安全设施驱动机柜、数据传输机柜、安全级总线、安全级网关、设备接口机柜、后备盘上的安全级监控设备等；安全级总线、安全级网关、非安全级网关和所述监控网依次连接。实施本发明，能够在保证主控室基本功能的前提下构造一种紧凑型主控室布置方案。

Description

一种核动力堆DCS架构

技术领域

本发明涉及核电站技术领域，具体涉及一种核动力堆DCS架构。

背景技术

数字化集散控制系统(DCS，DistributedControlSystem)是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它具有极强的数据处理和通信能力，是完成过程控制与管理、提高核电站运行安全性、可靠性及管理效率的现代化设备。目前基于DCS的数字化核动力主控制室架构方案可参考的主要是陆上商运的核电站主控室架构方案，如图1所示，分为安全级DCS和非安全级DCS两部分，采用不同的平台实现。安全级DCS主要完成对安全级设备信息的监控，非安全级DCS主要完成对非安全级设备信息的监控，两者可以通过网关进行信息传递。主控室内操作站(OWP)上具有非安全级监控设备(NC-VDU)，信号通过监控网(MNET)到服务器，再经系统网(SNET)与一层的控制柜相连接，通过控制柜对就地非安全级执行机构进行监控；同时，NC-VDU上还具有对安全级设备进行调屏操作的控制手段，通过MNET和网关到人机接口总线(HMDataBus)上调用OWP上的安全级监控设备S-VDU，然后在S-VDU上进行安全级信息的监控，S-VDU通过安全级总线(SafetyBus)到设备接口机柜(CIC)监控安全级执行机构。其中，对于安全级设备的操作有以下几种方式：

1、主控室内非安全级监控设备→监控网→非安全级网关→安全级网关→人机接口总线→主控室内安全级监控设备→安全级总线→CIC机柜→设备；

2、主控室内安全级监控设备→安全级总线→CIC机柜→设备；

3、主控室内多样化驱动系统监控设备→多样化驱动系统终端总线→多样化驱动系统服务器→多样化驱动系统控制总线→多样化驱动系统第二控制站→CIC机柜→设备。

上述数字化核电站DCS架构针对的是陆上核电站主控室，空间充足，规模较大，以保证设备具有足够的冗余性和多样性。但对于紧凑型布置的核动力主控室而言，由于建筑空间有限，不能满足要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种核动力堆DCS架构，以满足核动力主控室的紧凑性要求。

为了实现本发明目的，本发明实施例提供一种核动力堆DCS架构，其特征在于，包括安全级DCS和非安全级DCS；所述安全级DCS和非安全级DCS采用不同的平台。

所述非安全级DCS包括操作站上的非安全级监控设备(NC-VDU)、监控网、非安全级网关、实时服务器、系统网、第一控制站、多样化驱动系统；所述非安全级监控设备、监控网、实时服务器、系统网、第一控制站依次连接；

所述操作站上的非安全级监控设备可以同时对安全级和非安全级设备信息进行监控，非安全级监控设备与监控网通讯连接；

所述多样化驱动系统包括多样化驱动系统监控盘、终端总线、服务器、控制总线和第二控制站；其中，所述多样化驱动系统监控盘设置有非安全级监控设备(NC-VDU)，通过终端总线与所述服务器连接，所述服务器通过控制总线与第二控制站连接，所述第二控制站与所述设备接口机柜以及第一控制站连接。

所述安全级DCS包括若干保护组、专设安全设施驱动机柜、数据传输机柜、安全级总线、安全级网关、设备接口机柜、后备盘(BUP)上的安全级监控设备(S-VDU)等。

所述安全级总线、安全级网关、非安全级网关和所述监控网依次连接；

优选地，其中，安全级DCS设置有数据传输机柜(DTC)、专设安全设施驱动机柜(ESFAC)、设备接口机柜(CIC)和后备盘上的安全级监控设备(S-VDU)，所述数据传输机柜(DTC)、专设安全设施驱动机柜(ESFAC)、设备接口机柜(CIC)和安全级监控设备(S-VDU)均与对应的安全级总线连接。

优选地，所述非安全DCS还包括工程师站、历史服务器和计算服务器，所述工程师站、历史服务器和计算服务器分别与所述监控网连接。

优选地，所述非安全DCS包括系统网和通讯站，所述实时服务器、所述第一控制站和通讯站分别与所述系统网连接。

优选地，所述第一控制站分别与远程I/O柜和现场总线柜连接，所述远程I/O柜和现场总线柜与现场设备连接。

优选地，所述通讯站与第三方仪控系统连接，所述第三方仪控系统与现场设备连接。

优选地，现场设备包括现场传感器和执行器。

优选地，所述DCS架构还包括严重事故监控系统，所述严重事故监控系统分别与所述CIC机柜和所述系统网连接。

本发明实施例具有以下有益效果：

1、基于本发明实施例提出的核动力堆DCS架构实现的主控室，相比于陆上核电站主控室减少了操作站上的安全级监控设备(S-VDU)，简化了二层监控设备，节省了成本；同时为紧凑型布置的核动力主控室设计提供了参考，为通道、设备布局等人因设计开展提供了便利；

2、本发明实施例提供了一种新型的监控路径，主控室中的操作站均设置有可以同时对安全级和非安全级设备信息进行监控的非安全级监控设备(NC-VDU)，通过非安全级监控设备(NC-VDU)可以实现对安全级设备的直接控制，简化了监控手段，解决了调屏操作带来的繁琐性，降低人因风险；

3、本发明实施例核动力堆DCS架构满足标准对于纵深防御体系的要求：至少有2个防御层次采用不同平台实现，两者之间具有独立性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的陆上商运的核电站DCS架构示意图。

图2是本发明实施例中非安全级DCS架构示意图。

图3是本发明实施例中安全级DCS架构示意图。

图4是本发明实施例中多样化驱动系统结构示意图。

附图标记：

操作站1，监控网2，非安全级网关3，实时服务器4，系统网5，第一控制站6，多样化驱动系统7，多样化驱动系统监控盘71，终端总线72，多样化驱动系统服务器73，控制总线74，第二控制站75，专设安全设施驱动机柜8，数据传输机柜9，安全级总线10，安全级网关11，设备接口机柜12，工程师站13，历史服务器14，计算服务器15，通讯站16，第三方仪控系统17，远程I/0柜18，现场总线柜19，现场设备20，严重事故监控系统21。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明实施例针对图1所示的DCS构架，提出如图2-4所示的核动力堆DCS架构，其包括安全级DCS和非安全级DCS；所述安全级DCS和非安全级DCS采用不同的平台。

其中，所述非安全级DCS包括操作站上的非安全级监控设备(NC-VDU)、监控网、非安全级网关、实时服务器、系统网、第一控制站、多样化驱动系统等；所述非安全级监控设备、监控网、实时服务器、系统网、第一控制站依次连接；

其中，所述操作站上的非安全级监控设备(NC-VDU)可以同时对安全级和非安全级设备信息进行监控，非安全级监控设备与监控网通讯连接；

其中，所述多样化驱动系统包括多样化驱动系统监控盘、终端总线、服务器、控制总线和第二控制站；其中，所述多样化驱动系统监控盘设置有非安全级监控设备(NC-VDU)，通过终端总线与所述服务器连接，所述服务器通过控制总线与第二控制站连接，所述第二控制站与所述设备接口机柜以及第一控制站连接。

具体而言，本发明实施例中安全级设备的监控或操作方式如下：

正常情况下：主控室内的非安全级监控设备→监控网→非安全级网关→安全级网关→安全级总线→CIC机柜→安全级设备。其中，→表示控制指令的传输方向。

其中，所述安全级设备根据所述安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，经CIC机柜或其他设备传输至安全级总线，然后再依次经安全级网关、非安全级网关、监控网到非安全级监控设备，完成安全级设备信息的监控。

作为另一监控方式：主控室内的多样化驱动系统监控设备→多样化驱动系统终端总线→多样化驱动系统服务器→多样化驱动系统控制总线→多样化驱动系统第二控制站→CIC机柜→安全级设备。其中，→表示控制指令的传输方向。

其中，所述安全级设备根据所述安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，经CIC机柜、多样化驱动系统第二控制站、多样化驱动系统控制总线、多样化驱动系统服务器、多样化驱动系统终端中心到多样化驱动系统监控设备，完成安全级设备信息的监控。

其中，所述安全级DCS包括若干保护组、专设安全设施驱动机柜、数据传输机柜、安全级总线、安全级网关、设备接口机柜(CIC，Component Interface Cabinet)、后备盘(BUP)上的安全级监控设备(S-VDU)等。

其中，所述CIC机柜用于接收对于安全级设备的多个控制指令，并对来源于不同位置的多个控制指令进行优先级管理，然后CIC机柜优先执行优先级较高的控制指令，本实施例中CIC机柜根据操作员工作站下方的控制指令的优先级信息，将控制指令下发至对应的安全级设备。需说明的是，CIC机柜(Component Interface System,设备接口系统)是一种统称，根据不同机组规模有所不同。

其中，所述安全级总线、安全级网关、非安全级网关和所述监控网依次连接；

具体而言，本发明实施例简化了主控室系统和设备规模，既降低了成本，又能满足有限的空间要求，在保证主控室基本功能的前提下构造了一种紧凑型主控室布置方案，为紧凑型布置的核动力主控室设计提供了条件；此外，对比图1-3，可知本发明实施例取消了工作站上的安全级监控设备S-VDU和人机接口总线等设备，通过安全级网关和非安全级网关将安全级DCS的安全级总线与非安全级DCS的监控网进行连接，建立安全级DCS和非安全级DCS的信息通讯，工作站(OWP)上的非安全级监控设备(NC-VDU)与监控网连接，因此操作员直接通过非安全级监控设备(NC-VDU)就可以对安全级设备信息进行监控，优化了监控手段；同时又满足标准对于核安全的纵深防御层次要求。

具体而言，本发明实施例中非安全级DCS故障后，通过后备盘(BUP)将反应堆带到安全停堆状态；当安全级DCS故障后，通过多样化驱动系统将反应堆带到安全停堆状态。

本实施例中，安全级DCS设置有数据传输机柜(DTC)、专设安全设施驱动机柜(ESFAC)、设备接口机柜(CIC)和后备盘上的安全级监控设备(BUP S-VDU)，所述数据传输机柜(DTC)、专设安全设施驱动机柜(ESFAC)、设备接口机柜(CIC)和安全级监控设备(S-VDU)均与对应的安全级总线连接。图中，所述安全级DCS分为四个保护组，所述四个保护组互为冗余，每个保护组里又包括两个控制站“Gr1/Gr2”，Gr1和Gr2互为冗余；“A1/A2”指的是A列里又分两个冗余的子组。

具体而言，本实施例中安全级总线共2个，分A/B列，第一保护组、第三保护组为A列，第二保护组、第四保护组为B列，所有的ESFAC、DTC、S-VDU在每个安全级总线上不一定只是1个。其中，所述保护组用于采集安全级相关的传感器和设备状态信息用于参与保护功能，同时进行自动控制功能的逻辑处理，向安全级设备发出操作指令。其中，每一保护组优选包括反应堆防护系统(RPS)、数据传输机柜(DTC)、安全设施驱动机柜(ESFAC)和安全级监控设备(S-VDU)等，需说明的是，保护组的功能装置组成具体根据实际技术需求进行配置，本实施例中不具体进行限定，不同核动力堆的保护组的部分组成可能有所不同。

本实施例中，所述非安全DCS包括工程师站、历史服务器和计算服务器，所述工程师站、实时服务器、历史服务器和计算服务器分别与所述监控网连接。

其中，所述工程师站用于用于DCS设备检查、软件变更、组态下装等；所述实时服务器用于实时采集来自DCS1层的过程数据，传送给计算服务器进行处理，同时把操作员的命令发送到DCS1层；所述计算服务器用于接受来自实时服务器的所有信息，整理并保存；同时还有全局计算功能，管理报警、日志等。所述历史服务器用于接受来自计算服务器的报警和日志信息，整理并长期存储历史数据等。

本实施例中，所述非安全DCS包括系统网和通讯站，所述实时服务器、所述第一控制站和通讯站分别与所述系统网连接。

所述实时服务器包括常规岛(CI)实时服务器和核岛(NI)实时服务器。所述核岛实时服务器用于将控制柜采集和处理的相关信息送往主控室显示，并将主控室的操作指令下发到一层控制柜去控制现场设备。所述常规岛实时服务器与核岛服务器功能相同，正常运行时核岛服务器传递核岛相关信息，常规岛服务器传递常规岛相关信息；故障情况下，核岛服务器与常规岛服务器可以互为备用。

本实施例中，所述第一控制站分别与远程I/O柜和现场总线柜连接，所述远程I/O柜和现场总线柜与现场设备(非安全级设备)连接。

本实施例中，所述通讯站与第三方仪控系统连接，所述第三方仪控系统与现场设备连接。所述通讯站用于与第三方系统的信息通信，根据操作员工作站下方的控制指令实现对第三方系统的监控，具体而言，所述第三方系统为非DCS系统内实现逻辑处理的系统。

本实施例中，现场设备包括现场传感器和执行器等。

本实施例中，所述DCS架构还包括严重事故监控系统，所述严重事故监控系统分别与所述CIC机柜和所述系统网连接。具体而言，所述严重事故监控系统用于在发生丧失全部交流电的严重事故工况时的缓解功能。

相对于图1的现有技术而言，本发明实施例取消了非安全级DCS的监控网与人机接口总线之间的连接，改为非安全级DCS的监控网与安全级DCS的安全级总线进行连接。该方案取消了操作站上的安全级监控设备(S-VDU)和人机接口总线等设备直接通过非安全级监控设备(NC-VDU)对安全级设备信息进行监控。

需说明的是，本实施例核动力堆DCS架构主要是对安全级设备的监控方式进行了改进，并借此简化了核动力堆DCS架构，使得简化后的DCS架构能够满足紧凑型布置要求。其中，CIC机柜、常规岛实时服务器、核岛实时服务器、控制站、通讯站、工程师站、历史服务器、计算服务器、严重事故系统、反应堆防护系统、数据传输机柜、安全设施驱动机柜、安全级监控设备、非安全级监控设备、现场设备等均为现有核动力堆DCS架构中的常规配置，且不同核电站技术要求不同，可以根据实际技术要求进行选择，因此这些功能部件的功能和具体结构为所属领域技术人员所熟知，本实施例中对此不进行赘述。

通过以上实施例的描述可知，本发明实施例具有以下优点：

1、基于本发明实施例提出的核动力堆DCS架构实现的主控室，相比于陆上核电站主控室减少了操作站上的安全级监控设备S-VDU，简化了二层监控设备，节省了成本，为紧凑型布置的核动力主控室设计提供了参考，为通道、设备布局等人因设计开展提供了便利；

2、本发明实施例提供了一种新型的监控路径，主控室中的操作站均设置有可以同时对安全级和非安全级设备信息进行监控的非安全级监控设备(NC-VDU)，通过非安全级监控设备(NC-VDU)可以实现对安全级设备的直接控制，简化了监控手段，解决了调屏操作带来的繁琐性，降低人因风险；

3、本发明实施例核动力堆DCS架构满足标准对于纵深防御体系的要求：至少有2个防御层次采用不同平台实现，两者之间具有独立性。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种核动力堆DCS架构，其特征在于，包括安全级DCS和非安全级DCS；

所述非安全级DCS包括操作站上的非安全级监控设备、监控网、非安全级网关、实时服务器、系统网、第一控制站以及多样化驱动系统；所述非安全级监控设备、监控网、实时服务器、系统网、第一控制站依次连接；

所述操作站上的非安全级监控设备用于同时对安全级和非安全级设备信息进行监控，非安全级监控设备与监控网通讯连接；

所述多样化驱动系统包括多样化驱动系统监控盘、终端总线、服务器、控制总线和第二控制站；其中，所述多样化驱动系统监控盘设置有非安全级监控设备，通过终端总线与所述服务器连接，所述服务器通过控制总线与第二控制站连接，所述第二控制站与所述设备接口机柜以及第一控制站连接；

所述安全级DCS包括若干保护组、专设安全设施驱动机柜、数据传输机柜、安全级总线、安全级网关、设备接口机柜以及后备盘上的安全级监控设备。

所述安全级总线、安全级网关、非安全级网关和所述监控网依次连接。

2.根据权利要求1所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，其中，安全级DCS设置有数据传输机柜、专设安全设施驱动机柜、设备接口机柜和后备盘上的安全级监控设备，所述数据传输机柜、专设安全设施驱动机柜、设备接口机柜和安全级监控设备均与对应的安全级总线连接。

3.根据权利要求2所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述非安全DCS还包括工程师站、历史服务器和计算服务器，所述工程师站历史服务器和计算服务器分别与所述监控网连接。

4.根据权利要求3所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述非安全DCS包括系统网、第一控制站和通讯站，所述实时服务器、所述第一控制站和通讯站分别与所述系统网连接。

5.根据权利要求4所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述第一控制站分别与远程I/O柜和现场总线柜连接，所述远程I/O柜和现场总线柜分别与现场设备连接。

6.根据权利要求5所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述通讯站与第三方仪控系统连接，所述第三方仪控系统与现场设备连接。

7.根据权利要求6所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，现场设备包括现场传感器和执行器。

8.根据权利要求7所述的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述DCS架构还包括严重事故监控系统，所述严重事故监控系统分别与所述设备接口机柜和所述系统网连接。

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