工業(yè)網絡在核電儀控系統中的應用

1 項目簡介

　　嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地，是我國“十五”期間唯一開工的核電項目，采用中廣核集團具有自主品牌的中國改進型壓水堆核電技術路線CPR1000，建設兩臺百萬千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～IPROFIBUS總線系統構成的終端總線、電廠總線和現場總線完成。非安全級儀控系統TXP的網絡結構全部使用了西門子工業(yè)網絡產品OSM（單元機組+公用機組共使用18個ITP62、22個ITP53、4個BCO8）組成的多個光纖環(huán)網來滿足設計要求。終端總線用于PU（Processing Unit）、SU（Server Unit）和OT（Operating Termina1）之間的通信以及通過網關／網橋與其他儀控系統互相連接，電廠總線用于PU（Processing Unit）、AS620（Automation System）、ES680（Engineering System）和DS670（Diagnostic System）之間的通信，并且通過網關與TXS系統相連。本文著重對TXP系統數據通信網絡結構和功能進行了分析。

2 通訊網絡系統構成和功能

　　核電站儀控系統網絡的設計準則為：

　?。?）一體化操作和信息管理網

　　該層網絡的傳輸介質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。對于其網絡拓撲則根據核電站IC站點多、容量大、可靠性高的需要，宜選冗余的雙環(huán)網絡。其網絡傳輸協議宜選TCP／IP協議。網絡操作系統則宜選擇技術成熟，可靠和應用廣泛的網絡操作系統，RIUNIX。網絡的傳輸速度要求100MBit／s或更高。

　　（2） 自動控制和保護層網絡

　　作為核安全級（1E級）數據通信網絡，其模塊的硬／軟件必須是經過核安全級（1E級）的鑒定，有過成熟應用經驗的產品。本文不做詳細描述。

　　非核安全級數據通信網絡將各個過程控制功能組相互連接后再與操作和信息管理網絡通訊。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。

　　公用通訊網主要將兩機組公共部分以及廠區(qū)少部分系統的信息與控制命令，分別與兩個機組的操作和信息管理網絡進行通訊。

　　TXP通訊網絡有兩種： “電廠總線”和“終端總線” 。兩種通訊網絡都是由若干OSM網絡交換機通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網結構。該總線結構是通過使用SINEC H1 FO而建立起來的，基于IEEE 802．3標準。OSM是SINEC H1 FO網絡核心部件。整個網是以環(huán)狀結構相連接的，并通過OSM模件中的開斷點實現環(huán)形結構。當虛擬環(huán)網上所有部件均正常工作時，其中必有一塊OSM模件的電子開關是打開的（RM模式），在開斷點上，來自兩個方向的信號受到監(jiān)視。當虛擬環(huán)網上有一部件工作不正常形成開路時，信號僅來自單方向，則可以認為是總線故障。在這種情況下，斷點將被關閉，該電子開關閉合形成新的形式的總線網并且與此相連的總線部件將被重新結合在通訊網絡之中，重建過程小于0．3秒，同時報警通知系統維護人員排除故障，實現了冗余總線的設計。

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

　　2.1 電廠總線

　　電廠總線是用于連接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設備連接在電廠總線上：

　　· 所有的自動化控制系統AS620；

　　· 一對冗余的處理單元PU；

　　· 與安全級儀控系統之間的網關；

　　· 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系統的時鐘發(fā)生器。

　　電廠總線的設計滿足下列要求：

　?。?）使用標準的通訊協議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802．3／802．3u協議的以太網總線。符合ISO／OSI的7層通信模型。電廠總線在協議的結構上有一些不同，主要差別在3層至7層。使用了西門子公司為適用工業(yè)通信開發(fā)的SINEC NETAP協議。