CN113485266A - 一种核电厂bop工艺过程综合控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电厂BOP(Balance Of Plant)工艺过程综合控制系统及方法，该系统包括一个为BOP系统的所有子项共用的BOP综合控制室，人机接口设备布置在BOP综合控制室内，控制柜与BOP综合控制室内的人机接口设备之间通过工业以太网通信，用于连接现场设备的远程I/O(Input/Output)柜布置在BOP系统的各子项内，远程I/O柜与控制柜之间采用总线连接，在各子项内设置视频/图像识别设备。本发明取消了各子项独立的控制室，可减少操作员数量，减少送入核电厂主控室的信号，降低主DCS(Distributed Control System)成本，减轻主控室操纵员的负担。配合总线及远程I/O技术，可大量减少电缆数量，降低电缆敷设成本。配合视频/图像识别功能，可减少巡检人员，降低核电厂的运行维护成本。
Description
技术领域
本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统及方法。
背景技术
BOP(Balance of Plant，电厂配套设施)属于核电厂配套设施，用于为核电厂的运行提供支持。BOP设施按功能布置在不同的厂房内，单个厂房也称为子项。各子项的控制相互独立，各子项独立设置控制室和控制设备间，如图1所示。控制室分散在各子项内，各子项采用各自独立的控制系统。各子项的重要报警或显示信号通过控制柜以硬接线形式送全厂主控室。部分子项在控制室设有操作员站，可对子项内部工艺设备进行远程控制。
目前BOP各子项采用PLC(Programmable(Logic)Controller，可编程序(逻辑)控制器)系统实现对本子项工艺过程的控制，一般设置一台或多台控制柜，有些子项还设置有操作员站，需配置操作员进行监视。无操作员站的子项需要巡检人员定期巡检。这种控制方式存在如下问题：1)控制室设置分散，需要操作人员、巡检人员较多，运行成本高；2)远程监控设置在子项内部，和现场就地控制功能上存在重合，远程监控功能发挥不充分；3)各子项PLC系统的品牌型号不统一，备品备件数量多且不利于运行维护；4)大量信号进入核电厂主DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)和主控室，增加了DCS的IO点数及板卡数量，导致电厂主DCS规模庞大，而核电厂主DCS成本较高，且送DCS信号通信方式为硬接线，电缆数量大，建设成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统及方法，从而减少操作人员和巡检人员数量，降低建设成本，提高运行经济性。
本发明的技术方案如下：一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统，包括一个为BOP系统的所有子项共用的BOP综合控制室，人机接口设备布置在BOP综合控制室内，控制柜与BOP综合控制室内的人机接口设备之间通过工业以太网通信，用于连接现场设备的远程I/O柜布置在BOP系统的各子项内，远程I/O柜与控制柜之间采用总线连接，在各子项内设置视频/图像识别设备。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其中，所述控制柜布置在机柜间内，机柜间根据厂区子项分布情况布置在BOP综合控制室旁边或分散到各个子项内。
更进一步，如果机柜间集中设置，现场I/O信号通过远程I/O柜汇总之后以总线形式发送到机柜间；如果机柜间分散到各子项内，现场I/O信号可以直接以硬接线形式进入控制柜，也可以采用总线形式进行信号传输。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其中，所述BOP综合控制室布置在某一子项内或单独设置。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其中，在仪表或执行器数量较多且分布较为集中的区域，采用总线仪表与远程I/O柜连接，总线仪表的信号进入远程I/O柜后再送入控制柜。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其中，在子项内设置巡检机器人，巡检机器人以无线方式与BOP综合控制室通信。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其中，所述BOP综合控制室内的人机接口设备包括操作员站、工程师站、大屏幕。
一种核电厂BOP工艺过程综合控制方法，设置一个为BOP系统的所有子项共用的BOP综合控制室，在BOP综合控制室中实现对各子项的集中远程操作、监视和管理；现场I/O信号通过远程I/O柜汇总后以总线形式发送到集中设置的控制柜，或者直接以硬接线形式进入设置于各子项的控制柜；控制柜采用工业以太网与BOP综合控制室内的人机接口设备进行通信。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制方法，其中，所述BOP综合控制室设置24小时人员值守，部分送入核电厂主控室的BOP信号改为送入BOP综合控制室。
进一步，如上所述的核电厂BOP工艺过程综合控制方法，其中，操作员在BOP综合控制室内监视子项的现场视频及音频信息，并对视频、音频信息进行识别，对过程参数和设备故障进行报警；并且操作员在BOP综合控制室内对子项的巡检机器人进行远程操作和设置，并对巡检信息进行分析。
本发明的有益效果如下：本发明设置了BOP综合控制室，取消了各子项独立的控制室，可减少操作员数量，减少送入核电厂主控室的信号，降低主DCS成本，减轻主控室操纵员的负担。配合总线及远程I/O技术，可大量减少电缆数量，从而减少电缆构筑物，降低电缆敷设成本。同时，配合视频/图像识别功能，可减少巡检人员，降低实地巡检频次，从而降低核电厂的运行维护成本。本发明统一了BOP各子项的控制平台，可减少备品备件数量，便于后期的运行维护。
附图说明
图1为现有核电厂BOP控制系统结构示意图；
图2为本发明提供的核电厂BOP工艺过程控制系统整体结构示意图；
图3为本发明具体实施例中视频/图像识别设备及巡检机器人组网结构示意图；
图4为本发明具体实施例中BOP综合控制室布置示意图；
图5为本发明具体实施例中现场设备与远程I/O柜连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统及相应的控制方法，该系统包括工艺过程接口设备(仪表、阀门、水泵等)、控制设备(控制柜、远程I/O(Input/Output，输入/输出)柜、现场总线柜、操作箱、接线盒等)、人机接口设备(操作员站、工程师站、大屏幕等)、视频/图像识别设备(摄像头、服务器、工作站、交换机、巡检机器人等)。BOP各子项统一采用一套控制系统，人机接口设备布置在BOP综合控制室内。所述BOP综合控制室为所有纳入BOP综合控制系统的子项共用，各子项不单独设置控制室。在BOP综合控制室中实现对各子项的集中远程操作、监视和管理。BOP综合控制室可以布置在某一子项内，或单独设置。BOP综合控制室24小时有人值守，部分送入核电厂主控室的BOP信号，改为送BOP综合控制室。
BOP控制系统的控制柜布置在机柜间内，机柜间根据厂区子项分布情况布置在BOP综合控制室旁边或分散到各个子项。如果机柜间集中设置，现场I/O信号通过远程I/O柜汇总之后以总线形式发送到机柜间；如果机柜间分散到各子项内，现场I/O信号可以直接以硬接线形式进入控制柜，也可以采用总线形式进行信号传输。对于I/O信号分布较为集中的区域采用总线仪表，或设置远程I/O柜，采用总线或网络形式将I/O信号传送至控制柜。
在子项内设置摄像头，并配置拾音设备和音响设备。BOP综合控制室操作员可监视现场视频及音频信息。系统对视频、音频信息进行智能识别，针对过程参数和设备故障进行报警。同时，BOP综合控制室操作员可以和现场巡检人员进行视频通话。在子项内还可以设置巡检机器人，巡检机器人以无线方式和BOP综合控制室通信。操作员在BOP综合控制室内对机器人进行远程操作和设置。机器人根据操作员的设置或操作指令进行巡检，并对巡检信息进行分析，及时上报巡检数据及报警信息。
实施例
本实施例提供的一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统包括BOP工艺过程控制设备和相关视频/图像识别设备及巡检设备，图2为核电厂BOP工艺过程控制系统整体结构示意图。系统包括远程I/O柜、控制柜、人机接口设备(操作员站、大屏幕)及相关辅助设备(打印机、历史服务器等)。本实施例中，BOP综合控制室独立设置，操作员站、大屏幕、打印机设置在BOP综合控制室内，系统采用统一的控制平台，此平台为各子项共用，可采用PLC或小型DCS，备品备件只需基于此控制平台型号进行采购，其数量较以前的控制方式大大降低。型号的统一也有利于设备的运行维护，降低人员培训工作量。
远程I/O柜布置在BOP各子项内，用于连接现场设备(仪表、阀门、开关柜、操作箱等)，远程I/O柜和现场设备之间可以传递硬接线信号和总线信号，具体连接示意图见图5。总线仪表之间的连接可根据仪表数量及布置位置确定是否采用总线柜。总线协议可采用Profibus或FF等常用协议。各个子项所需远程I/O柜的数量及大小根据各子项I/O点数确定。本实施例中控制柜集中布置在机柜间内，远程I/O柜和控制柜之间采用总线相连，若远程I/O柜和控制柜之间电缆路径超过100m，选用光纤作为传输介质。控制柜集中布置在专用的机柜间内，机柜间需确保控制柜所需的温度条件，根据厂区子项设置情况，机柜间选取靠近被控对象的位置。
如果各子项满足条件，控制柜也可分散布置到各子项内，现场I/O信号可以直接以硬接线形式进入控制柜，也可以采用总线形式进行信号传输，这种情况下控制柜内可安装I/O卡件或总线板卡，直接采集现场信号。控制系统保留和第三方系统的接口，如总线接口，工业以太网等。随工艺设备成套供货的控制系统通过第三方接口和工艺过程控制系统通信。图2中工艺自带的子项12和子项13的控制系统即是由工艺设备制造商负责具体设计和供货的，此类子项的控制系统与其它子项的控制系统相对独立，但相关显示、报警、操作信号仍需进入BOP综合控制室。自带控制系统和非自带控制系统之间存在信号交互，根据信号重要程度可采用硬接线或总线通信方式。
控制柜和BOP综合控制室之间采用工业以太网进行通信，距离较远时采用光纤作为传输介质。BOP综合控制室的环境、空间布置、人机接口资源充分考虑人因工程要求。在综合控制室内实现对各个子项工艺过程以及对现场摄像头、巡检机器人的远程监视、管理、操作。本实施例中BOP综合控制室的布置情况见图4所示，包括操作员站、大屏幕、打印机、巡检终端等。
电厂运行时，BOP综合控制室有操作员24小时值守。在综合控制室内操作员可以远程监视各子项工艺过程的运行状态并对设备进行远程操作。各子项无需配备操作员，从而可减少控制室和操作员数量。
控制柜放置在机柜间内。机柜间环境条件满足机柜散热、防静电、防护等级等相关要求。机柜间可集中设置，也可分散到各子项。如果机柜间集中设置，现场I/O信号通过远程I/O柜汇总之后以总线形式发送到机柜间。机柜间分散到各子项时，现场I/O信号可以直接以硬接线形式进入控制柜，也可以采用总线形式进行信号传输。控制柜和BOP综合控制室设备之间采用工业以太网通信，根据距离远近确定是否采用光纤作为传输介质。对于仪表或执行器数量较多且分布较为集中的区域，采用总线仪表并设置远程I/O柜，信号进入远程I/O柜后再送入控制柜。这样，跨越子项和子项内部的电缆数量都可以大量减少，降低了电缆敷设相关工作量，减少了电缆构筑物，降低了电厂建设成本。
本实施例针对重点子项和重点设备设置摄像设备及摄像机器人采集图像/视频/音频信息，并对其进行识别分析产生报警信号。各设备连接关系见图3，综合控制室操作员通过客户终端工作站对现场摄像设备及摄像机器人进行远程操作，可调整焦距、操作云台、指挥机器人的动作、设置识别判据等。各设备通过网络连接，该网络独立于工艺过程控制系统，从而降低了共模故障风险。为便于巡检机器人的自由移动，机器人以无线方式接入网络。客户终端布置在BOP综合控制室内。操作员可在综合控制室内对各相关子项进行远程监控，从而减少了现场巡检工作量。视频服务器或管理服务器上设置的识别功能可对异常情况进行报警，从而减少了操作员的监控工作量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明的结构不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，包括一个为BOP系统的所有子项共用的BOP综合控制室，人机接口设备布置在BOP综合控制室内，控制柜与BOP综合控制室内的人机接口设备之间通过工业以太网通信，用于连接现场设备的远程I/O柜布置在BOP系统的各子项内，远程I/O柜与控制柜之间采用总线连接，在各子项内设置视频/图像识别设备。
2.如权利要求1所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，所述控制柜布置在机柜间内，机柜间根据厂区子项分布情况布置在BOP综合控制室旁边或分散到各个子项内。
3.如权利要求2所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，如果机柜间集中设置，现场I/O信号通过远程I/O柜汇总之后以总线形式发送到机柜间；如果机柜间分散到各子项内，现场I/O信号可以直接以硬接线形式进入控制柜，也可以采用总线形式进行信号传输。
4.如权利要求1所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，所述BOP综合控制室布置在某一子项内或单独设置。
5.如权利要求1所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，在仪表或执行器数量较多且分布较为集中的区域，采用总线仪表与远程I/O柜连接，总线仪表的信号进入远程I/O柜后再送入控制柜。
6.如权利要求1所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，在子项内设置巡检机器人，巡检机器人以无线方式与BOP综合控制室通信。
7.如权利要求1所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统，其特征在于，所述BOP综合控制室内的人机接口设备包括操作员站、工程师站、大屏幕。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的核电厂BOP工艺过程综合控制系统的控制方法，其特征在于，设置一个为BOP系统的所有子项共用的BOP综合控制室，在BOP综合控制室中实现对各子项的集中远程操作、监视和管理；现场I/O信号通过远程I/O柜汇总后以总线形式发送到集中设置的控制柜，或者直接以硬接线形式进入设置于各子项的控制柜；控制柜采用工业以太网与BOP综合控制室内的人机接口设备进行通信。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述BOP综合控制室设置24小时人员值守，部分送入核电厂主控室的BOP信号改为送入BOP综合控制室。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，操作员在BOP综合控制室内监视子项的现场视频及音频信息，并对视频、音频信息进行识别，对过程参数和设备故障进行报警；并且操作员在BOP综合控制室内对子项的巡检机器人进行远程操作和设置，并对巡检信息进行分析。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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