CN1292146A - 反应堆保护系统的双光通信网 - Google Patents

Abstract

用于核电厂保护系统的一种通信网络,包括多个监视和控制信道,包括有第一个和第二个信道的第一对信道,这第一对信道通过一个光纤数据路径直接跟拥有第三个信道和第四个信道的第二对信道通信;多个外设安全措施链,包括第一个链和第二个链,这第一个链直接跟第一对信道通信,并直接跟第二个链通信,第二个链直接跟第二对信道通信,并直接跟第一个链通信;第一条主电源总线,单独为第一条信道供电;第二条主总线,单独为第二个信道供电,并跟第一条主电源总线一起冗余地为第一个链供电;第三条主电源总线,单独为第三个信道供电;第四条主电源总线,单独为第四个信道供电,并限第三条主电源总线一起,冗余地为第二个链供电。

Description

反应堆保护系统的双光通信网

发明背景

反应堆保护系统需要进行周期性的测试。反应堆保护系统的测试需要在工厂保护系统的独立信道(“PPS”)和外设安全措施链(“ESF”)之间交换状态信息。用数字方式实现这些系统带来了如何维持信道／链的独立性，同时保持通信的完整性和正常功能这些固有问题。典型的光纤通信网提供了所需要的信道跟链之间的电隔离和独立性。然而，它们并没有涉及跟它们有关的故障模式。

发明简述

为了达到前面介绍过的目的和其它目的，克服现有技术系统中的缺点，本发明的一个主要目的是提供一种光通信网，为在冗余的PPS信道和ESF链之间交换需要的信息提供一种装置。

本发明的还有一个目的是提供一种光通信网，它能够提供所需要的电隔离、对单个故障的容错，包括单个主电源总线失去交流电。

还有，本发明的另一个目的是提供一种光通信网，它能采用光缆、光纤调制解调器和电源分配的独一无二的配置，在独立的和冗余的PPS信道以及独立的和冗余的ESF链之间保持通信。

上述目的和其它目的是用核电PPS通信网来提供的，它包括多个监视和控制信道，包括有第一个和第二个信道的第一对信道，通过光纤数据路径网，第一对信道直接跟第二对信道通信，第二对信道包括第三个信道和第四个信道；多个外设安全措施链，包括第一个链和第二个链，第一个链直接跟第一对信道通信和直接跟第二个链通信，第二个链直接跟第二对信道通信，并跟所述第一个链直接通信；第一条主电源总线，单独为第一条信道供电；第二条主电源总线，单独为第二个信道供电，并跟第一个主电源总线一起，冗余地为第一个链供电；第三条主电源总线，单独为第三个信道供电；以及第四条主电源总线，单独为第四个信道供电，并且和第三条主电源总线一起，冗余地为第二个链供电。

这一通信网络还包括跟每一个监视和控制信道有关的第一多个光纤调制解调器；以及跟每一个外设安全链有关的第二多个调制解调器。第一条主电源总线单独为第一组调制解调器供电，第二条主电源总线单独为第二组调制解调器供电，第三条电源总线单独为第三组调制解调器供电，第四条主电源总线单独为第四组调制解调器供电，第一、第二、第三和第四组调制解调器是第一多个调制解调器的一部分。

还有，第一条主电源总线跟第二条主电源总线一起，冗余地为第五组调制解调器供电，第五组调制解调器是所述第二多个调制解调器的一部分；第三条主电源总线跟第四条主电源总线一起，冗余地为第六组调制解调器供电，第六组调制解调器是第二多个调制解调器的一部分。

以上目的和其它目的还通过监视和控制核电厂保护系统的一种方法来达到，它包括以下步骤：提供多个监视和控制信道，包括有第一个和第二个信道的第一对信道，这第一对信道通过一个光纤数据路径网直接跟第二对信道通信，这第二对信道有第三个信道和第四个信道；提供多个外设安全措施链，包括第一个链和第二个链，第一个链直接跟第一对信道通信，并且直接跟第二个链通信，第二个链直接跟第二对信道通信，并且直接跟第一个链通信，这些通信是通过数据路径网进行的；分别用第一、第二、第三和第四条主电源总线单独为第一、第二、第三和第四个信道供电；利用第一和第二条主电源总线冗余地为第一个链供电；利用第三和第四条主电源总线冗余地为第二个链供电。

这一方法还包括以下步骤：提供跟每一个监视和控制信道有关的第一多个光纤调制解调器；提供跟每一个外设安全措施链有关的第二多个光纤调制解调器。该方法还包括以下步骤：分别利用第一、第二、第三和第四条主电源总线单独为第一、第二、第三和第四组调制解调器供电，这第一、第二、第三和第四组调制解调器是第一多个调制解调器的一部分。该方法还包括以下步骤：利用第一和第二条主电源总线冗余地为第五组调制解调器供电，这第五组调制解调器是第二多个调制解调器的一部分；利用第三和第四条主电源总线冗余地为第六组调制解调器供电，这第六组调制解调器是第二多个调制解调器的一部分。

附图简述

图1说明的是构成本发明中接口和测试处理器(ITP)网络的数字工厂保护系统(DPRS)里的接口和测试处理器(ITP)，以及数字外设安全措施校正系统辅助机箱(DESFAC-AC)中的通信接口处理器(CIP)。

发明详述

核电站PPS的一种ITP网用图1说明，并且总体用参考字符10表示。如图所示，网络10的结构包括四个监视和控制子系统，分别用信道A、信道B、信道C和信道D表示。这些信道用垂直虚线L1、L2和L3隔开，以此象征性地说明在核电厂里这些信道在物理上是相互隔开的。每一个信道都包括一个双稳态处理器、一个接口信号分配器、一个与逻辑处理器以及一个启动逻辑。这些信道跟分别标为EST-1和EST-2的两个外设安全措施链通信。如同水平虚线L4象征性地说明的那样，这些外设安全系统在物理上跟这些信道相互隔开，并且它们自己互相隔开，它们从这些信道接收它们的控制信号。在整个系统的一部分发生损坏的时候，各种子系统在物理上相互分离提高了功能完整性概率。

每一个信道，如同前面引用的专利申请所描述的那样，包括一个或者更多的传感器以及计算检测参数的数字处理器。这些信道互相通信，提供一种四选二判决方式，以确定一条反应堆事故停堆指令是否正确。如果一条反应堆事故停堆指令是由两个或者更多的信道发出的，而且需要外设安全措施校正，就启动安全措施链EST-1、EST-2，为反应堆提供事故停堆安全保护。每一个外设安全措施链EST-1、EST-2都完成一连串的事件，以实现反应堆事故停堆和外设安全措施校正，这些事件包括各种预编程功能，这些功能控制那些必须完成以实现反应堆安全保护的任务的时序和顺序，包括各种阀门、泵、液位、功率温度、压力之类的操作和控制。

监视和控制系统(信道A、B、C和D)以及那两个外设安全措施链(EST-1和EST-2)通过光纤路径跟路径尽头的电-光调制解调器通信。在图1里，有三个光纤调制解调器跟每一个数字工厂保护系统信道有关，有四个光纤调制解调器跟每一个外设安全措施链有关。更具体地说，光纤调制解调器A-1、A-2和A-3跟信道A有关；如图所示，这些调制解调器中的每一个都跟信道A功能块中一个收发信机类型的通信卡有关。用类似的方法，光纤调制解调器B-1、B-2和B-3跟信道B有关；光纤调制解调器C-1、C-2和C-3跟信道C有关；光纤调制解调器D-1、D-2和D-3跟信道D有关。对于信道A这种情况，跟某一信道有关的调制解调器跟对应信道功能块中的一个收发信机类型的通信卡相连。

外设安全措施链EST-1、EST-2中的每一个都同样地由调制解调器提供服务。如图1所示，有四个光纤调制解调器EST-1-1、EST-1-2、EST-1-3和EST-1-4跟外设安全链EST-1有关。这些调制解调器中的每一个都跟外设安全链EST-1功能块中的一个收发信机类型的通信卡相连。类似地，光纤调制解调器EST-2-1、EST-2-2、EST-2-3和EST-2-4跟外设安全链EST-2有关。

图1中的网络结构使得信道A和信道B跟外设安全链EST-1配对并相连，信道C和信道D跟外设安全链EST-2配对并相连，在这些信道之间，以及这两个外设安全链EST-1和EST-2之间，有额外的路径。在图1里，网络路径用标志符NP以一种一般性地表示的方式来表示。更具体地说，如图1所示，A-1跟EST-1-1连接，A-2跟EST-1-3连接，A-3跟B-3连接，B-1跟EST-1-2连接，B-2跟C-1连接，B-3跟A-3连接，C-1跟B-2连接，C-2跟EST-2-1连接，C-3跟D-2连接，D-1跟EST-2-2连接，D-2跟C-2连接，D-3跟EST-2-4连接，最后，EST-1-4跟EST-2-3连接。

给这四个信道的电力是通过主电源或者总线系统提供的。主电源是一种为单独一个信道服务的高可靠的源。更具体地说，如图所示，主总线VB-A为信道A供电，主总线VB-B为信道B供电，主总线VB-C为信道C供电，主总线VB-D为信道D供电。整个系统的每一个信道都使用单个主电源，提高了在部分网络发生故障的情况下，维持功能的概率。比方说，网络里的通信可以得到维持，尽管假设网络路径里共享的通信光缆发生了故障，调制解调器发生了故障，一个信道或者一个链中的通信调制解调器发生了故障，控制通信模块的一个处理器发生了故障，或者电源发生了故障。

为了进一步提高整体性能本发明用两条主电源总线为外设安全措施链中的每一个和跟它们有关的光纤调制解调器供电，更具体地说，用那两条主电源总线供电，这两条总线为提供所有反应堆安全保护命令给外设安全措施链的信道供电。这样，外设安全措施链EST-1和跟它有关的调制解调器由主电源总线VB-A和主电源总线VB-B供电，如图1所示。类似地，外设安全措施链EST-2和跟它有关的调制解调器由主电源总线VB-C和主电源总线VB-D供电，如图1所示。

当一条主电源总线无法正常工作或者无法使用时，利用为两个信道的电源为每一个外设安全措施链和跟它们有关的调制解调器供电，这两个信道将任何反应堆安全保护命令提供给外设安全措施链，这样做保证了正常工作以及跟外设安全措施链和它的调制解调器之间的通信。

例如，在给主电源总线VB-A供电的电源掉电的情况下，信道A里的所有部件(包括跟信道A有关的调制解调器，也就是A-1、A-2、A-3)都无法工作。然而，跟信道A有关的外设安全措施链EST-1仍然会由主电源总线B供电，跟与这一外设安全链EST-1有关的光纤调制解调器一起，维持正常工作。跟信道A有关的调制解调器无法工作时，跟外设安全链EST-1的通信将由跟它有关的调制解调器EST-1-1、EST-1-2、EST-1-3和EST-1-4维持，它们将继续从主电源总线VB-B获得电力。

下面介绍本发明的一个优选实施方案中，图1所示通信结构所处的环境。美国临时申请第60／075849号，这里将它的内容引入作为参考，分别在图1和图2里画出了一种DPPS通信结构和一种DESFAS-AC配置框图。DPPS通信结构包括三个独立的网络。因为所有四个信道都相同，因此只介绍一个信道，在一般性的介绍以外再介绍所有的不同之处。这一DPPS可编程逻辑控制器(PLC)网络是一种高性能的(1．5Mb／s)串行通信网络。不同PLC站里应用程序之间的过程数据是以实时确定性性能方式交换的，拥有跟八十个站连接的容量。这一网络是按照IEEE 802-4标准构造的，它采用一个令牌总线控制器，并且同时支持双媒介和双光纤网络。

这一PLC内部网络将信道A里所有的站连接起来，允许每一个站提供状态和测试信息。维护和测试面板也跟内部网络连接，用于插入旁路、调整点改变以及总的系统状态。这一内部网络的故障不会妨碍安全信道完成它的安全功能。双稳态处理器(BPS)事故停堆输出被直接以硬件方式做在逻辑与逻辑处理器(LCL)中。这一PLC内部网络跟其它三个安全信道没有任何相互连接。

交叉信道网络在LCL处理器中开始于构成能够支持另外八十个站的一个独立的通信接口卡。这一网络采用同轴电缆、三个光纤发射机和三根通往每三个安全交叉信道通信处理器(CCCP)的独立光缆。这一交叉信道处理器，包括来自每一个安全信道的一个，在发端安全信道以外形成了一个完整的独立通信网。这一CCCP的目的是从有关的信道给LCI提供事故停堆信息，以支持三选二逻辑。这一个网络故障的影响有限(限于发端网络信道)，在网络发生故障的时候，它会自动地将它的输出设置成保守事故停堆状态。这一LCL处理器还在每一个执行周期里监视BSP看门狗输入计数器的一个组合。如果这些计数器没有递增，那么这一LCL处理器，就根据选定的逻辑组合，将所有的信道双稳态设置到它们的事故停堆状态。

本发明的ITP网络10，如图1所示，是采用一个独立通信接口卡的另一个网络，能够支持另外八十个站。这一ITP网络10通过使用双冗余光缆NP，跟其它安全信道的ITP连接，这些光缆也跟数字外设安全措施校正系统辅助机柜(DESFAS-AC)EST-1和EST-2连接。这一ITP网络10提供通信接口用于PLC内部网络和其它三个安全信道的ITP之间的信息交换。于是这一ITP支持以下接口：

其它三个信道里的ITP；

工厂报警系统(PAS)；

反应堆事故停堆开关设备(RTSG)；和

所有四个信道的信道测试反馈。

ITP网络上从DESFAS-AC EST-1和EST-2的数据交换提供状态／校正信息，并在DPPS的监视测试过程中提供反馈。这一个网络完全瘫痪不会妨碍上述DPPS／DESFAS-AC安全系统完成它自己的安全功能。

整个数据通信结构的共模故障不妨碍DPPS／DESFAS-AC安全系统完成它自己的安全功能。另外，使用独立系统(也就是不同的保护系统)和手控装置，会适应整个硬件和软件DPPS以及DESFAC-AC系统的共模故障。

这一DESFAC-AC通信结构包括两个独立网络。因为EST-1和EST-2都一样，因此只介绍EST-1。

PLC内部网络将EST-1内的所有站连接起来，并允许每一个站提供状态和测试信息。维护和测试面板，它们的目的是提供测试能力和整个系统的状态信息，也跟这一网络相连。这一网络的故障不会妨碍这一安全信道完成它的安全功能。这一DPPS外设安全措施校正直接通过单独的光缆传递，然后它们被电隔离，而主站和次站则完成选择性的四选二与逻辑。

如上所述，本发明的接口和测试处理器网络，如同图1所示的那样，为可信的单个故障提供容错，这些可信的单个故障包括失去单独一个主电源总线的AC电。网络10被设计成具有双电缆冗余度，为了讨论方便，将它们标为网络2-1和ITP 2-2。PLC内部网络和交叉信道网络都独立于ITP网络1和ITP网络2。

在任何单个故障，包括单根主总线电源掉电，的情况下，网络上剩余的活动节点继续通过另外的网络路径跟网络通信。例如，假设主总线A电源发生故障会导致DPPS信道A无法工作，同时导致信道A里的FOM无法工作。这一故障会等效地使ITP网络2-2无法工作。在这种情况下，ITP网络2-1会维持正常工作，而且DPPS信道B、C和D节点跟DESFAC-AC链A和B节点之间的通信也会继续。

本发明最适合于具有采用了外设安全链的冗余监视和控制信道那种类型的核电厂控制系统，通过从为采用外设安全链的信道供电的主电源总线为每一外设安全链实现双电源，能够为数字工厂保护系统提供一种增强型可靠性的电源系统，

对于本领域里的技术人员而言显而易见，可以对这里介绍的本发明增强了可靠性的电源系统进行各种改变和改进，而不会偏离附属权利要求和它们的合法等价条款所说明的本发明的实质和范围。

Claims (10)

1．一种通信网，用于核电厂保护系统，它包括：

多个监视和控制信道，包括拥有第一个和第二个信道的第一对信道，这第一对信道通过一个数据路径网直接跟拥有第三个信道和第四个信道的第二对信道通信；

多个外设安全措施链，包括第一个链和第二个链，这第一个链直接跟所述第一对信道通信，并直接跟第二个链通信，这些通信是通过所述数据路径网络进行的，这第二个链直接跟所述第二对信道通信，并直接跟所述第一个链通信，所述通信是通过所述数据路径网进行的；

第一条主电源总线，单独为所述第一个信道供电；

第二条主电源总线，单独为所述第二个信道供电，并跟所述第一条主电源总线一起，冗余地为所述第一个链供电；

第三条主电源总线，单独为所述第三个信道供电；和

第四条主电源总线，单独为所述第四条信道供电，并跟所述第三条主电源总线一起，冗余地为所述第二个链供电。

2．权利要求1的通信网络，还包括：

第一多个调制解调器，跟所述监视和控制信道中的每一个相关；和

第二多个调制解调器，跟所述外设安全措施链中的每一个相关。

3．权利要求2的通信网络，其中第一条主电源总线单独为第一组调制解调器供电，第二条主电源总线单独为第二组调制解调器供电，第三条电源总线单独为第三组调制解调器供电，第四条主电源总线单独为第四组调制解调器供电，这第一、第二、第三和第四组调制解调器是第一多个调制解调器中的一部分。

4．权利要求2的通信网络，其中第一条主电源总线，跟第二条主电源总线一起，冗余地为第五组调制解调器供电，这第五组调制解调器是所述第二多个调制解调器中的一部分，和

第三条主电源总线，跟第四条主电源总线一起，单独为第六组调制解调器供电，这第六组调制解调器是第二多个调制解调器的一部分。

5．权利要求1的通信网络，其中的数据路径是光纤路径，用光纤调制解调器连接起来。

6．监视和控制核电厂保护系统的一种方法，它包括以下步骤：

提供多个监视和控制信道，包括拥有第一个信道和第二个信道的第一对信道，这第一对信道通过一个数据路径网直接跟拥有第三个信道和第四个信道的第二对信道通信；

提供多个外设安全措施链，包括第一个链和第二个链，这第一个链直接跟第一对信道通信，并跟第二个链直接通信，所述通信是通过所述数据路径网进行的，第二个链直接跟第二对信道通信，并跟第一个链直接通信，所述通信是通过所述数据路径网进行的；

分别用第一、第二、第三和第四条主电源总线单独和分开地为第一、第二、第三和第四个信道供电；

用第一和第二条主电源总线冗余地为第一个链供电；和

用第三和第四条主电源总线冗余地为第二个链供电。

7．权利要求6的方法，还包括以下步骤：

提供跟所述监视和控制信道中的每一个信道有关的第一多个调制解调器；和

提供跟所述外设安全措施链中的每一个链有关的第二多个调制解调器。

8．权利要求7的方法，还包括以下步骤：

分别用第一、第二、第三和第四条主电源总线单独为第一、第二、第三和第四组调制解调器供电，这第一、第二、第三和第四组调制解调器是所述第一多个调制解调器的一部分。

9．权利要求7的方法，还包括以下步骤：

利用第一和第二条主电源总线，冗余地为第五组调制解调器供电，这第五组调制解调器是第二多个调制解调器中的一部分；和

利用第三和第四条主电源总线，冗余地为第六组调制解调器供电，这第六组调制解调器是所述第二多个调制解调器的一部分。

10．权利要求6的通信网络，其中的数据路径是用光纤调制解调器连接起来的光纤路径。

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