1中国核电工程有限公司江苏省连云港市222044；
2中国核电工程有限公司福清现场项目部福建省福州市350318
摘要：采用数字化仪控系统可以提高核电站的自动化水平与智能化程度，增强仪表、控制与保护等系统固有的安全性、自测试性及可靠性、可用性与可维修性；明显改善人机界面，减轻操纵员的工作负担，减少误操作的可能性，提高运行的安全性与可用性。对于一体化的控制系统，需要综合考虑安全级和非安全级系统的设计，对于采用数字化技术后控制系统的功能分配，系统组成优化等问题需要借鉴国外的设计经验。
关键词：数字化；仪控系统；人机界面；安全级
引言
自对外开放深化实施后，我国综合国力明显提升，各类行业均得到快速发展。在核电厂发展过程中，数字化仪控系统是其正常运行的重要因素，因而，对数字化仪控系统进行定期检查和优化，对于核电厂的可持续发展，具有十分重要的影响。依据对核电厂数字化仪控系统的发展情况剖析，可以了解到仍有不少工作人员，缺乏对核电厂数字化仪控系统的掌握，制约了数字化仪控系统在核电厂中的发展。本文对数字化仪控系统展开探讨，主要从该系统的概念、特色、类型以及未来发展形式等方面，对核电厂数字化仪控系统进一步剖析，可以为日后促进核电厂的发展，奠定坚实的基础，具有明显的实际研讨价值和作用。
1核电厂数字化仪控系统概述
1.1核电厂数字化仪控系统
核电厂数字化仪控系统是核电厂在发展中重要的组成部分，其在核电厂作业中，首要是以系统的方式存在的。数字化仪控系统是基于互联网技术而不断创新而来的，在应用时首要以计算机和通讯为主，归于分布式操控系统。数字化仪控系统在核电厂中的应用，依据的是四种技术，包含计算机技术、通信技术、操控技术以及显示技术等。在应用上述四种技术的基础上，经过互联网技术的支撑，完成对新式技术的引进和应用。新式技术包含以智能为主的自动报警技术、能完成远程操控的人机界面等。将上述技术应用于到数字化仪控系统中，完成系统化的操控功能，对相应的技术实施操控，使其可以在核电厂作业中充分发挥应有的效果。
1.2核电厂数字化仪控系统的发展历程
核电厂数字化仪控系统的发展历程，根本上分为三个阶段，初始期、成长期和扩展期。数字化仪控系统在不同的发展期间，具有不同的特色。数字化仪控系统的初始期特色首要体现为数据的采集和进程的操控，是以单元的方式为主，可以完成对数据通道的高速作业，作业中所应用的硬件和软件质量较高，可是缺少必定规范性和敞开性。数字化仪控系统的成长期特色首要体现为系统首要以局域网络为主，功用较多，可以完成对现场操控、系统办理和网络连接等操作，经过对相应操控技术的应用，可以完成对网络次序和逻辑的操控，最终完成对该系统的归纳办理。数字化仪控系统的扩展期特色体现为系统作业首要以通讯网络为主，作业相对稳定，可以依据网络都需求及时开放规范网络，网络具有一定的开放性。
1.3现场总线控制系统FCS简介及特点
FCS（FieldbusControlSystem）现场总线控制系统发展于20世纪80年代后期，通过集合数字通信技术、自动化控制技术、网络拓扑技术和智能控制技术等多种先进技术方法，从根本上改变了以往“点对点控制”的方式，进而实现了全分散、全数字化、全智能化的通信能力。通过采用FCS控制系统，可通过数字智能现场装置发送多变量信息，信号传递所需的电缆数大大减少；同时，基于双向的数字通信现场总线，FCS具有智能化的信息实时分析及故障诊断能力。
数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制系统。同时，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控制系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。
对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。
减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支路里。减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。这时仍应以节省投资为原则来做选择。如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。
现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。
考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。
2核电厂数字化仪控系统应用
2.1集散控制系统
核电厂数字化仪控系统在发展进程中，可以分为不同的类型，集散操控系统是其重要组成部分。集散操控系统在发展中，如果按它的硬件结构来分，主要有三大体系，分别适应各种不同的用户需求。
第一类体系是一种结构和功能都比较固定和简单的专用控制计算机系统。这类产品有代表性的有可编程控制器（PLC）、可编程调节器。这类产品的主要特点是：硬件结构比较固定、简单、体积小，一般可装在一个金属外壳内形如一块普通的调节仪表，用户可以将它直接安装在仪表盘上，连上现场信号便完成了硬件配置；它们的软件编程简单，一般可根据需要由用户使用专用的语言自己编程。通过编程程序完成功能模块的组态工作。
第二类比较流行的体系是总线结构的工业控制计算机。利用计算机可以完成工业过程的监测和控制任务。现在比较常用的总线结构有STD、PC（PC/AT）、MULTIBUS系统，总线结构的计算机系统，由于总线结构属于开放式结构，设计灵活，模块的选择也很方便，支持软件业较丰富，因此可以很方便地组合集成一个实用的工业控制系统。但是由于总线的长度有限，似的一个总线结构系统最多可以采集和控制的输入、输出（I/O）点数一般不超过300-400点。而且现场所有的现场信号都必须全部引入计算机框。由于总线结构的计算机控制系统，所有功能集中在一个总线结构的计算机上完成，这样一旦计算机出现故障，所有的系统功能都受到影响。这就是所谓“危险集中”，特别对于生产安全要求很严格的核电生产过程，这个缺点不能忽视。所以，总线结构的计算机控制系统一般适用于集中式的小规模生产装置。
第三类结构体系就是70年代初期发展起来的分布式控制系统，简称DCS。这种结构实际上就是通过网络将若干个总线结构的系统连接起来。这类系统有着其独特的特点，使得它发展异常迅速，经过二三十年的发展，现在已经相当成熟。
DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。
DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
2.2集散控制系统的特点
1）功能齐全
集散系统的功能软件比较丰富，由生产厂家统一编制的控制程序包、过程监测和显示程序包、信息检索和报表打印程序包等。用户还可以利用系统提供的过程控制语言，自行开发应用程序。
2）集中型的人-机接口
集散系统备有多功能的CRT操作台作为集中型的人-机接口。操作人员通过CRT和操作键盘，存取并能以多种画面显示全部过程变量、操纵变量及其他参数；可以按预定的控制策略组成各种不同的控制回路，并调整回路的任意参数；允许用户在操作台上对过程变量进行设定和手动控制；可以直接操作远程基本控制器，还可以对机电设备进行控制。从而真正实现集中操作和监控管理。
3）安全可靠
由于采用了多微型机的分散控制结构，危险性分散，以微型机为核心的基本控制的可靠性，一般要比中、小型工业控制机高，并且每台基本控制器只控制少量的回路。即使故障，影响的面也较小，因而从根本上改善了系统的可靠性。
系统中的关键设备采用双重或多重冗余，必要时可以互换和在线维修。每个组件的硬件运行情况都有显示，发生故障时有报警信号。
设有无中断自动控制系统和完善的自诊断功能。在每个信号采集和处理期内，系统的自检装置能自检一次，如发现故障，会自动显示或启动备用设备。
基本控制器一般都安装在现场，减少了传输线路对信号的干扰，提高了信号传输的可靠性，缩短了控制回路，加快了反应速度。
2.3智能化操作界面，简化核电厂监管操作流程
核电站可以为人类生活运送更多电量，更多动力，不过核电厂的安全也是人们一向担忧的首要问题。在核电厂曩昔几十年发展道路上，世界曾发作过两次特大的核能泄露危机事件。一个是美国三里岛核电站因为工人操作过错，导致核反响堆彻底被损坏。一个是切尔诺贝利核电站四号机组泄露事，其原因也是操作者接连操作失误，致使四号反响堆状况不安定，导致爆破发生。因而可以看出核电厂中的危险因素根本都是因为人为操作导致，所以应用数字化仪控操作系统，简化核电站操作流程十分重要。智能化的操作界面可以有效减轻工程师作业压力过大，同时可以协助工程师战胜反应堆监测数据过多，过于分散问题。有效降低观察者判别以及剖析监控的负担。最重要的是可以减轻工程师操作需求，提供给核电厂操作工人更为准确的处理办法。一起简化核电厂监管操作内容以及流程，使其愈加智能化，操作更简洁，有效降低核电厂操作事故的发生。
3核电厂内部操控系统未来发展趋势
未来核电厂安全操控与发展必然离不开分散系统DCS，以及操控器PLC和现场总操控系统FCS结合。因为其三者交融可以有效协助操控外表设备创新问题，并从中检测设备内部可能存在的问题状况，经过加以处理剖析，及时把握核电厂内部运营状况，了解其作业参数。同时核电厂管理人员经过对数字化操控系统内部大数据进行分析，可以及时得到较为安全的作业实时状况，了解核电厂作业内部问题所在，，防止事件发生。最终应用现场的智能化作业管理理程序，对核电厂设备系统内部进行及时监管。因FCS需求的系统变数较小，可以大大降低核电厂作业运营成本，间接地提高了核电厂作业作业状况，提高其直接经济利益。
结语
在经济和文明展开日益呈现全球化的新形势下，以动力展开为主的企业逐渐受到到社会各界的广泛关注。核电厂在其发展过程中可以获得必需的电能资源，为人们的日常生活带来了极大的方便。在核电厂发展过程中，通过深入分析发现数字化仪控系统是核电厂发展中重要的组成部分，对核电厂的安全运转具有十分重要的意义。针对目前核电厂数字化仪控系统的发展现状，本文首要对数字化仪控系统相关内容和类型等加以评说，对其仪控系统的未来展开方式进行评论。希望通过本文关于数字化仪控系统相关内容的研讨，可以为日后提高该系统的使用水平提供了宝贵的经验。
参考文献
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