CN107577223B - 一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统，包括：仿真系统，用于仿真模拟核电厂的实时运行状态；模拟仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；数字化仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。本发明优点在于：可保证数字化改进后的数字控制系统保持原有模拟系统的各项功能和性能。

Description

一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统

技术领域

本发明涉及仪表控制技术领域，尤其涉及一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统。

背景技术

模拟仪控制系统核电厂（比如大亚湾核电厂、岭澳一期核电厂），以组件组装式模拟器件和继电器为主，辅以少量的可编程控制器（PLC）和以Solar计算机为基础的监控系统（KIT/KPS）、汽轮机控制系统（GRE）。这些电厂自投入商运以来，其基于模拟技术的主要仪控制系统和设备在设备故障、设备老化、备件供应、维修成本等方面面临越来越严峻的挑战，甚至影响到了核电厂的安全、稳定、经济运行。另外，基于模拟技术的仪控制系统也限制了进一步提高仪控制系统性能和提升电厂自动化水平。

与模拟控制技术相比，数字化技术具有明显的先进性和优势，数字化技术的应用将有利于改善核电厂的安全状况及稳定运行水平。

随着机组运行时间增加，同时考虑仪控技术的发展，以模拟量板件、继电器为主的控制技术已经处于逐渐淘汰状态，备品备件的采购将日趋困难，这将给机组的运行状态及设备维护带来技术上和经济上的双重负担。因此，为达到保障电厂安全运营以及延寿，对仪控制系统进行技术升级势在必行。

以大亚湾核电厂为例，根电厂的规划，计划在第30年大修期间对现有常规岛集中控制模拟量系统（KRG）、常规岛公共控制系统（KCO）、核岛过程仪表系统（SIP ）V等进行数字化改造。诸多特殊情况与限制条件，使得30年大修的数字化升级改造不可能按照新的数字化仪控制系统（DCS）的机组模式来开展工作；大修时间安排也不可能像新机组调试一样有足够充裕的时间；因此在核电厂模拟控制系统升级为数字控制系统的过程中，有必要对数字化后的系统的性能和参数进行验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统，可保证数字化改进后的数字控制系统保持原有模拟系统的各项功能和性能。

为了解决上述技术问题发明提供一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统，其特征在于，包括：

仿真系统，用于仿真模拟核电厂的实时运行状态；

模拟仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；

数字化仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述仿真系统通过硬接线方式与所述模拟仪控制系统和所述数字化仪控制系统相连。

其中，所述数字化仪控制系统包括：

常规岛集中控制模拟量系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛集中控制模拟量系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述常规岛集中控制模拟量系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、典型顺控回路验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述数字化仪控制系统包括：

常规岛公共控制系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛公共控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述常规岛公共控制系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、常规岛典型回路闭环调节验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述数字化仪控制系统包括：

核岛过程仪表系统V验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述核岛过程仪表系统V相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述核岛过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述过程仪表系统V验证子系统具体通过核岛典型回路闭环调节验证来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。

其中，所述数字化仪控制系统还包括：

接口信号验证子系统，用于验证所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口的转换效率，以确保所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口匹配并兼容。

其中，所述数字化仪控制系统包括：

控制品质比较系统，用于比较所述数字化仪控制系统的控制品质与所述模拟仪控制系统的接口的控制品质，以判断是否需对所述数字化仪控制系统进行性能优化。

其中，所述数字化仪控制系统还包括：

操作员系统，用于提供操作员对所述数字化仪控制系统的操作及显示功能，并用于所述操作员系统下的操作与所述模拟仪控制系统中的软硬手操作切换的等效性；

网络系统，用于构建所述数字化仪控制系统的内部通信网络；

网关系统，用于实现所述数字化仪控制系统与第三方系统的通信。

其中，所述仿真系统包括：

仿真服务器，用于模拟核电厂的实时运行状态；

输入/输出接口机柜，用于装载输入/输出组件，以实现所述仿真服务器与所述模拟仪控制系统和所述数字化仪控制系统的通信；

操作平台，用于对所述仿真服务器进行数据配置及管理；

网络系统，用于实现所述仿真服务器与所述数字化仪控制系统直接的网络通信。

本发明实施例的有益效果在于：

本发明的实施例的验证系统通过仿真系统仿真核电厂的实时运行状态，并通过模拟仪控制系统用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；以及通过数字化仪控制系统以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性，因此，本发明实施例可识别核电厂模拟控制系统与数字化控制系统的差异，保证数字化改进后至少保持原有模拟系统的各项功能；此外本发明提供验证系统可以充分开展核电厂各系统的逻辑功能验证，提前发现并解决数字化工程改造中的问题，保障升级方案的有效性、可靠性，并能缩短后续大修改造实施时间。

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为本发明的核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统的一个实施例架构组成示意图。

图2为本发明的KRG系统的信号分布。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行举例说明。

图1为本发明的核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统的一个实施例架构组成示意图。如图1所示，本发明实施例的核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统至少可包括：仿真系统10、模拟仪控制系统20以及数字化仪控制系统30，其中，所述仿真系统10可通过硬连接线方式与所述模拟仪控制系统20和所述数字化仪控制系统相连。具体实现中，仿真系统10，用于仿真模拟核电厂的实时运行状态；模拟仪控制系统20，与所述仿真系统10相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；数字化仪控制系统30，与所述仿真系统10相连，用于以所述仿真系统10作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统20相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统20中的对应的逻辑控制功能的等效性。

可选的，本发明实施例的验证系统还可包括核电厂的一些现场设备40，例如，模拟量仪表类设备、逻辑量仪表类设备、现场执行机构类设备（例如，现场阀门、电磁阀、温度探头等）等。可选的，本发明实施例的验证系统还可包括KSC盘台50，其具体包括各种手操器、按钮、指示灯记录仪等。

具体实现中，模拟仪控制系统20可根据所选取的典型控制回路，完全对照核电厂实际的配置情况，利用现有板卡备件（常规岛4系列板件、核岛M系列板件），搭建一套模拟仪控制系统20。用于作为数字化仪控制系统30的验证比较对象，验证未来数字化仪控制系统代替模拟系统之后，系统功能的可靠性与一致性。

仍参考图1，在本发明的一些实施例中，数字化仪控制系统30可进一步包括：KRG控制柜301，KCO控制柜302、SIP V控制柜303、服务器系统304、操作员系统305以及网关系统（图中所示的通讯站）。此外，本发明实施例的数字化仪控制系统30可采用分布式网络结构，例如，在图1中配置冗余控制器（图1中操作员系统305至少包括两个操作员站）、冗余系统服务器（例如，配置实时服务器A和实时服务器B）/冗余历史数据服务器（例如，配置历史服务器A和历史服务器B）和冗余网络。任一控制器（例如，其中一个操作员站）、服务器（例如，其中任一个历史服务器或实时服务器）或者网络故障，不会影响系统的正常运行，并且不会丢失数据。

进一步，在本发明实施例中，KRG控制柜301和服务器系统304、操作员系统305以及连接在它们之间的网络可构成常规岛集中控制模拟量系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛集中控制模拟量系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。作为举例，所述常规岛集中控制模拟量系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、典型顺控回路验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。以KRG202AR-BAY1&2为例，将其GEM80 PLC程序在数字化仪控制系统的服务器系统304或KRG控制柜301中还原，验证其控制性能参数与模拟仪控制系统中的相应控制性能参数的等效性，与此同时，在KRG控制柜301中开发10槽非标准机笼与非标准机柜，验证其可靠性与适用性，为30年大修数字化仪控制系统改造提供基础；同时作为Bay1&2紧急改造的预案，通过验证平台的充分测试与验证（包括硬件可靠性、平台软件可靠性、GEM80 PLC代码转化验证、逻辑验证等），为应急改造提供平台与技术支撑。

进一步，在本发明实施例中，KCO控制柜302和服务器系统304、操作员系统305以及连接在它们之间的网络可构成常规岛公共控制系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛公共控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。作为举例，所述常规岛公共控制系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、常规岛典型回路闭环调节验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。以常规岛CEX025/026VL控制为例，在数字化仪控制系统30的服务器系统304中或KCO控制柜302中实现其逻辑控制，验证其性能参数在数字化仪控制系统30与在模拟仪控制系统20中的等效性。与此同时，在KCO控制柜302中开发16槽非标准机笼和非准机柜，验证其可靠性和适用性，为30年大修数字化仪控制系统改造提供基础。

进一步，在本发明实施例中，SIP V控制柜303和服务器系统304、操作员系统305以及连接在它们之间的网络可构成核岛过程仪表系统V验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述核岛过程仪表系统V相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述核岛过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。作为举例，所述过程仪表系统V验证子系统具体通过核岛典型回路闭环调节验证来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。以核岛ARE031VL控制为例，在SIP V控制柜303或服务器系统304中实现其控制逻辑，验证其性能参数在数字化仪控制系统30与在模拟仪控制系统20中的等效性。与此同时，在SIP V控制柜303中开发非标准机笼和非准机柜，验证其可靠性和适用性，为30年大修数字化仪控制系统改造提供基础。

进一步，网管系统（通讯站）为整个验证系统与第三方系统（RGL、RIC、KIT、KRT、JDT、TGS）的通讯接口。

此外，在一些实施例中，所述数字化仪控制系统30还可通过在所述服务器系统304中载入相关程序，用于构成接口信号验证子系统，用于验证所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口（现有的KRG系统的信号如图2所示）的转换效率，以确保所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口匹配并兼容。

此外，在一些实施例中，所述数字化仪控制系统30还可通过在所述服务器系统304中载入相关程序，用于构成控制品质比较系统，用于比较所述数字化仪控制系统的控制品质与所述模拟仪控制系统的接口的控制品质，以判断是否需对所述数字化仪控制系统进行性能优化。具体实现中，可验证的控制品质参数可包括：稳定性，其衡量指标可包括衰减率，超调量σ等。准确性，其衡量指标可包括静态误差等。快速性，其衡量指标可包括震荡次数、调节时间 Ts 、峰值时间Tp以及延迟时间Td等。

此外，在一些实施例中，还可验证数字化仪控系统30的操作员系统305的操作切换与在模拟仪控制系统20中的操作切换的功能等效性，以及还可验证数字化仪控系统30中的无扰切换功能。

此外，在一些实施例中，还可验证数字化仪控系统30中设备故障处理的缺省值设置以及保护降级的处理等故障处理与容错机制。

仍参考图1，在本发明的一些实施例中，仿真系统10可包括仿真服务器101、输入/输出接口机柜（I/O接口机柜）102、操作平台103以及连接它们的网络系统，其中，仿真服务器101，用于模拟核电厂的实时运行状态；输入/输出接口机柜102，用于装载输入/输出组件，以实现所述仿真服务器101与所述模拟仪控制系统20和所述数字化仪控制系统30的硬连接通信；操作平台103，用于对所述仿真服务器101进行数据配置及管理；网络系统，用于实现所述仿真服务器与所述数字化仪控制系统直接的网络通信。具体实现中，可将仿真系统中（例如，仿真服务器）部分非硬接线数据通过网络采集至数字化控制系统系统，方便数据存储与数据分析。

由上可知，本发明的实施例的验证系统通过仿真系统仿真核电厂的实时运行状态，并通过模拟仪控制系统用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；以及通过数字化仪控制系统以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性，因此，本发明实施例可识别核电厂模拟控制系统与数字化控制系统的差异，保证数字化改进后至少保持原有模拟系统的各项功能；此外本发明提供验证系统可以充分开展核电厂各系统的逻辑功能验证，提前发现并解决数字化工程改造中的问题，保障升级方案的有效性、可靠性，并能缩短后续大修改造实施时间。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种核电厂模拟控制系统数字化改进的验证系统，其特征在于，包括：

仿真系统，用于仿真模拟核电厂的实时运行状态；

模拟仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以模拟控制的方式实施各项逻辑控制功能；

数字化仪控制系统，与所述仿真系统相连，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述模拟仪控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述模拟仪控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性；

其中，所述数字化仪控制系统包括：

常规岛集中控制模拟量系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛集中控制模拟量系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性；

所述常规岛集中控制模拟量系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、典型顺控回路验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛集中控制模拟量系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

2.根据权利要求1所述的验证系统，其特征在于，所述仿真系统通过硬接线方式与所述模拟仪控制系统和所述数字化仪控制系统相连。

3.根据权利要求1所述的验证系统，其特征在于，所述数字化仪控制系统包括：

常规岛公共控制系统验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述常规岛公共控制系统相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

4.根据权利要求3所述的验证系统，其特征在于，所述常规岛公共控制系统验证子系统具体通过机柜结构验证、机柜内布局验证、常规岛典型回路闭环调节验证中至少一种来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述常规岛公共控制系统中的对应的逻辑控制功能的等效性。

5.根据权利要求1所述的验证系统，其特征在于，所述数字化仪控制系统包括：

核岛过程仪表系统V验证子系统，用于以所述仿真系统作为控制对象，以数字化控制的方式实施与所述过程仪表系统V相同的各项逻辑控制功能，并验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述核岛过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。

6.根据权利要求5所述的验证系统，其特征在于，所述过程仪表系统V验证子系统具体通过核岛典型回路闭环调节验证来验证所述数字化的各项逻辑控制功能与所述过程仪表系统V中的对应的逻辑控制功能的等效性。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的验证系统，其特征在于，所述数字化仪控制系统还包括：

接口信号验证子系统，用于验证所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口的转换效率，以确保所述数字化仪控制系统的接口与所述模拟仪控制系统的接口匹配并兼容。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的验证系统，其特征在于，所述数字化仪控制系统包括：

控制品质比较系统，用于比较所述数字化仪控制系统的控制品质与所述模拟仪控制系统的接口的控制品质，以判断是否需对所述数字化仪控制系统进行性能优化。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的验证系统，其特征在于，所述数字化仪控制系统还包括：

操作员系统，用于提供操作员对所述数字化仪控制系统的操作及显示功能，并用于所述操作员系统下的操作与所述模拟仪控制系统中的软硬手操作切换的等效性；

网络系统，用于构建所述数字化仪控制系统的内部通信网络；

网关系统，用于实现所述数字化仪控制系统与第三方系统的通信。

10.根据权利要求1所述的验证系统，其特征在与，所述仿真系统包括：

仿真服务器，用于模拟核电厂的实时运行状态；

输入/输出接口机柜，用于装载输入/输出组件，以实现所述仿真服务器与所述模拟仪控制系统和所述数字化仪控制系统的通信；

操作平台，用于对所述仿真服务器进行数据配置及管理；

网络系统，用于实现所述仿真服务器与所述数字化仪控制系统直接的网络通信。