CN204101911U - 一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，包括非安全级系统设备和安全级系统设备，非安全级系统设备和安全级系统设备通过光纤连接，安全级系统设备包括控制柜，控制柜内设有控制站和安全级光电转换装置，控制站和安全级光电转换装置连接，非安全级系统设备包括维护试验装置和非安全级光电转换装置，所述非安全级光电转换装置连接于维护试验装置和安全级光电转换装置之间。该维护系统通过非安全级的维护试验装置，采用严格的电气隔离和通信隔离手段对安全级系统提供远程集中操作和就地分散操作，实现维护试验操作功能和设备故障信息诊断查看功能。

Description

一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统

技术领域

本实用新型涉及核电站仪控设备维护领域，尤其涉及一种可以远程维护核安全级数字化仪控系统的技术。

背景技术

核电仪控系统是核电站“神经中枢”，体现了工业控制领域的前沿技术，可分为模拟、模拟加数字、全数字三种类型，经历了三代的发展过程。目前在建的核电站均采用了全数字化的仪控技术。日本福岛发生核事故之后，客观上对核电安全的要求提高，这也给仪控设备行业带来了新的发展机遇，同时也对仪控技术与装备的研究、设计、制造、选型、应用、维护提出了越来越高的要求。全数字化仪控系统的应用将对确保核电厂的安全、可靠、经济运行，起到至关重要的作用。全数字化仪控系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率，并从软件和硬件上确保了核电站安全系统的高可靠性；

目前对数字化仪控系统进行维护是核电站工作必不可少的一部分，现有核电站中，对安全级仪控系统设备的维护主要有以下实现方式：维护系统本身属于安全级设备，如西屋公司的维护系统MTP(Maintenance Test Panel，维修和测试面板)，本系统有如下缺点：

(1)核安全级系统每个通道都需要单独配置一套维护系统MTP，核安全级系统一般有四个通道，需配置4套MTP，且需要维护人员分别对不同的维护装置进行分散管理，增加了维护工作的复杂性，不能远程维护；

(2)由于维护系统MTP的安全等级属于安全级，因此维护装置的硬件设备需满足抗震1类的要求，同时还要满足温度、湿度和EMC(电磁兼容性)等环境要求，需经过核电应用环境适用性考验，因此存在设备难以选型的问题，维护起来必须特别谨慎；

(3)维护系统MTP需安装在控制柜内部，核电站维护人员必须在电子设备厂房对安全级系统设备进行就地维护，维护时需采取立式操作，如果问题比较复杂，维护的时间就很长，维护人员站很长时间就会很累，增加了人力成本。

(4)维护系统MTP的定期试验装置安装在控制柜内部，每次定期试验需到电子设备间操作定期试验装置，增加了人力成本和设备成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，以解决现有技术核电站中对仪控系统不能进行远程集中维护、维护设备难以选型、维护装置安置地方不合理的问题。

(二)技术方案

为解决以上问题，本实用新型提供一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，包括安全级系统设备、非安全级系统设备和光纤，所述安全级系统设备包括控制柜，所述控制柜内设有相互连接的控制站和安全级光电转换装置；所述非安全级系统设备，位于所述控制柜外，包括相互连接的维护试验装置和非安全级光电转换装置；所述光纤一端穿过所述控制柜与所述安全级光电转换装置连接，所述光纤的另一端与所述非安全级光电转换装置连接。

其中，控制柜内设有多个控制站和与控制站匹配的多个安全级光电转换装置，控制站和安全级光电转换装置一对一连接。

其中，所述的非安全级系统设备还包括光交换机，所述的控制柜有多个，至少两个控制柜通过一个光交换机与非安全级光电转换装置相连接。

其中，所述非安全级光电转换装置为独立设置的光电转换装置，所述维护试验装置通过所述独立设置的光电转换装置和安全级光电转换装置连接。

其中，所述独立设置的光电转换装置为光电转换盒。

其中，所述的光交换机有多个，所述的非安全级光电转换装置包括由多个光电转换装置连接在一起构成的端口连接盘，端口连接盘的光口与电口一对一设置，所述的端口连接盘的光口和光交换机一对一连接，维护试验装置与端口连接盘的电口连接。

其中，所述安全级光电转换装置还包括控制开关，所述的安全级光电转换装置通过所述控制开关与所述控制站连接。

其中，所述控制站上设有模式切换开关和维护接口，所述模式切换开关设有下装、运行、维护三个档，所述模式切换开关的运行、维护档并连后与所述维护接口、所述控制开关串联。

其中，所述控制柜上设有旁通面板，所述旁通面板分别与所述控制柜内的控制开关连接。

其中，所述维护试验装置为PC机或移动终端。

(三)有益效果

本实用新型提出的一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，具有以下有益效果：

(1)提供远程集中维护功能：维护人员在计算机房采用坐姿操作一台维护设备，完成对全厂安全级系统设备的远程维护，不需要在安全级系统设备厂房完成，给维护工作带来很大的便利性，降低了人力和设备成本；

(2)采用非安全级系统设备实现对安全级系统设备的维护功能，且能保证相关安全级系统和非安全级系统之间的电气隔离和通信隔离要求，因此维护系统设备不需满足抗震1类要求和安全级系统设备的环境要求，设备选用当前主流商用部件即可；

(3)提供就地分散维护功能：电子设备间配有连网的笔记本电脑，当需要去电子设备间维护时，维护人员可以从笔记本电脑上查看故障情况，对安全级系统机柜中的设备进行就地维护。

(4)将维护功能和定期试验功能集成在同一个维护试验装置上，不需要在电子设备间配备单独的定期试验装置。

附图说明

图1为本实用新型的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统的网络连接图；

图2为本实用新型的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统的电气隔离和通信隔离方案原理图；

图3为本实用新型的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统的光电转换设备原理图；

附图中标号说明：1-控制柜，2-控制站，3-安全级光电转换装置，4-维护试验装置，5-端口连接盘，6-光交换机，7-光电转换盒，8-旁通面板。

具体实施方式

本实用新型提供一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，以下对本系统的工作流程进行详细说明。

由于该维护系统包括非安全级系统设备，当非安全级系统设备和安全级系统设备进行通信时，需同时满足通信隔离和电气隔离的要求，这样才不会对安全级系统设备的安全性能产生影响；本维护系统利用光纤这种绝缘材料实现非安全级系统设备和安全级系统设备之间的电气隔离，利用控制柜1中的安全级光电转换设备的控制开关和控制站2上的维护接口实现非安全级系统设备和安全级系统设备之间的通信隔离。

如图1所示，虚线以上为非安全级系统设备，虚线以下为安全及系统设备，非安全级系统设备在计算机房，安全级系统设备在电子设备间；该维护系统包括安全级系统设备和非安全级系统设备，安全级系统设备和非安全级系统设备之间用光纤连接，因为光纤属于绝缘材料，起到电气隔离的作用，光纤还有防雷击和防电磁干扰的作用。

如图1，图2，图3所示，本实施例的安全级系统设备包括四个保护通道和两个安全专设序列，每个保护通道有两个控制柜1，每个安全级专设序列有八个控制柜1，每个控制柜1有两个控制站2和两个安全级光电转换装置3，即每个保护通道中有四个控制站2和四个安全级光电转换装置3，每个安全专设序列中有十六个控制站2和十六个安全级光电转换装置3，控制柜1中的多个控制站2和多个安全级光电转换装置3分别通过预制电缆连接，预制电缆为自制的安全级设备。

非安全级系统设备包括维护试验装置4、非安全级光电转换装置和多个光交换机6，一个光交换连接一个保护通道或一个安全专设序列。非安全级光电转换装置连接于维护试验装置4和多个安全级光电转换装置3之间；每个控制柜1内的每个安全级光电转换装置3分别通过光纤和非安全级光电转换装置连接，实现电气隔离；每个安全级光电转换装置3还包括一控制开关，安全级光电转换装置3通过控制开关和控制站2连接；每个控制站2上安装有维护接口和模式切换开关，模式切换开关有下装、维护和运行三个档，当模式切换开关处于维护或者运行档时，模式切换开关和维护接口连接；在每个控制柜1门外设有控制数据通信的旁通面板8，旁通面板8和控制柜1中的两个控制开关通过硬接线分别连接，旁通面板8的作用通过内置旁通开关按钮产生旁通信号，控制安全级光电转换装置3的通讯链路；当有旁通信号时，安全级光电转换装置3的链路闭合，即维护接口和控制开关连接，无旁通信号时，链路断开。模式切换开关，仅当在运行或者维护档时，维护接口和控制开关之间才有信号传输，否则即使控制开关是闭合的，也是不能进行通信的；

每个安全级光电转换装置3的主要功能是把从光交换机6传输过来的光信号传送给控制站2，或者把从控制站2传输的电信号传送给光交换机6；安全级光电转换装置3起到维护试验装置4和控制站2之间的通信隔离和电气隔离的作用，同时也是构成二者之间的网络通信链路的设备之一。

维护试验装置4可以是PC机或者笔记本电脑，其作用是可以对安全级数字化仪控系统设备进行维护和定期试验；安全级光电转换设备的作用是实现控制站2和维护试验装置4之间的光电转换；控制站2的模式切换开关的作用是当模式切换开关处于运行档或维护档的时候，控制站2和维护试验装置4之间的通信才能建立。

本实施例中，非安全级光电转换装置由多个光电转换装置连接在一起的端口连接盘5，端口连接盘5的光口和电口一对一设置，非安全级系统设备还包括多个光交换机6，端口连接盘5的光口和光交换机6一对一连接，端口连接盘5的电口采用RJ45接口，电口通过网络线和PC机或者和笔记本电脑连接，一个光交换机6对应一个保护通道或安全专设序列，一个光交换机6和控制柜1中的4个安全级光电转换装置3连接。PC机或者笔记本电脑只和其中一个电口网络连接。端口连接盘5的作用是可以选择对不同的保护通道或序列中的控制站2进行维护和试验，端口连接盘5还起到光电转换的作用。

本实施例中，非安全级光电转换装置也可以是光电转换盒7，当需要去电子设备间查看故障时，使移动终端和光电转换盒7连接，光电转换盒7再和控制站2中的安全级光电转换装置3连接，就可以在移动终端上看到故障发生的情况。

光交换机6的作用是进行光转换，所述光交换机6为普通光交换机6，可以是四口的光交换机6，也可以是八口的或者其他口的，本实施例用的是四口的光交换机6和24口的光交换机6，四口的光交换机6用于和保护通道中的设备连接，24口的光交换机6用于和安全专设序列中的设备连接，其作用将来自安全级多个控制站2的通讯链路与端口连接盘5进行多路输入单路输出的通信转换，构建集中维护网络。

所述光交换机6和安全级光电转换装置3通过光纤连接，因为光交换机6为非安全级设备，非安全级设备和安全级设备在进行通信时，需要进行电气隔离，即需要两个电路之间是互相绝缘的，同时还要保证两个电路之间维持数据信号传输的关系，用光纤就可以实现电气隔离，因为光纤是绝缘材料。

控制柜1、控制站2为安全级数字化仪控系统设备，所述安全级数字化仪控系统设备的作用是执行着整个核电站的控制保护功能，控制着从常规岛到核岛几乎所有参与安全保护功能的阀门、开关、继电器等，安全级数字化仪控系统集中采集，运算处理并显示这些现场驱动设备的运行状态数据，提供这些现场驱动设备的自动驱动控制逻辑。

本实用新型的维护系统采用以太网络拓扑结构来实现远程维护。

通过以上所述，维护人员通过在计算机房操作PC机就能对控制站2进行远程维护，维护人员可以从PC机上远程监测到电子设备间所有设备的运行状态，并进行故障诊断，可以在PC机上修改安全级数字化仪控系统设备的组态逻辑、整定参数、监视变量，还可以对仪器设备进行定期试验，当发生仪器故障时，维护人员可以去电子设备间进行维护，因为电子设备间放置有连网的笔记本电脑，维护人员从笔记本电脑上可以看到故障的发生情况，即维护人员既可以进行远程集中维护，也可以进行就地分散维护。

本实用新型的通信隔离和电气隔离都在安全级系统内部，控制站2的维护接口和预制电缆的连接处为第一个通信隔离点，安全级光电转换装置3的控制开关和内部的光电转换部分的连接处为第二个通信隔离点，安全级光电转换装置3和其连的光纤的连接处为电气隔离点。

根据图1，图2，图3，下面讲述一下本实用新型的维护系统的工作流程：

以维护保护通道1为例，当安全级系统设备正常运行时，首先建立维护试验装置4和端口连接盘5上通道1的网络连接，然后使控制站2上的模式切换开关切换到运行档或者维护档，通过控制站2中的内部系统控制旁通面板8，使旁通面板8产生旁通状态信号，旁通状态信号通过硬接线被传送到控制开关，当旁通状态信号有效时，控制开关闭合，这时，安全级系统设备就会退出执行安全功能，并将旁通状态信号通过中间的光电转换部件、光交换机6、端口连接盘5送到维护试验装置4，这时控制站2和维护试验装置4之间就建立通信了，(如果需要更换故障设备，则在设备更换完成后再执行维护试验)，维护人员可以从PC机上远程监测到电子设备间所有设备的运行状态，并进行故障诊断，可以在PC机上修改安全级数字化仪控系统设备的组态逻辑、整定参数、监视变量，还可以对仪器设备进行定期试验，当发生仪器故障时，维护人员可以去电子设备间进行维护，因为电子设备间放置有连网的笔记本电脑，维护人员从笔记本电脑上可以看到故障的发生情况，即维护人员既可以进行远程集中维护，也可以进行就地分散维护。

本实用新型维护系统的电气隔离设计如下：

由于维护试验装置4与安全级系统之间通过光纤和光电转换设备进行通信，从而防止了非安全级的维护试验装置4的电气故障向安全级系统蔓延。电气隔离点设置在安全级系统，为安全级光电转换设备中的的光口输出侧，其中光电转换设备为安全级系统设备。

本实用新型维护系统的通信隔离设计如下：

维护试验装置4在对安全级系统设备维护时，采用如下方式进行通信隔离，确保非安全级的维护试验装置4不会对安全级设备的安全性能产生影响：当安全级设备正常运行时，通过控制柜1门上的旁通面板8将需要维护的保护通道或安全序列置为旁通状态，使得需要维护的安全级数字化仪控系统设备退出执行安全功能(即安全级数字化仪控系统设备退出执行整个核电站的控制保护功能)，并将通道或安全序列旁通状态信号通过硬接线送给维护试验装置4，建立了控制站2与维护试验装置4之间的通信连接(如需更换故障设备，则在设备更换完成后与维护试验装置4连接)。

工程师站的维护试验装置4和控制站2的维护接口之间的通信链路的安全级光电转换设备内，引入来自机柜外部的旁通有效信号，当安全级系统通道或序列旁通信号有效后，允许维护试验装置4和控制站2之间建立通信；当旁通信号有效时，安全级光电转换装置3内的控制开关闭合，控制站2与维护试验装置4之间建立通信链路，如果旁通信号无效或取消旁通，控制站2与维护试验装置4之间的通信断开，从而确保安全级数字化仪控系统设备正常运行时，不会接收来自非安全级维护试验装置4的数据，避免影响安全级系统的安全性能。除此外，在安全级系统控制站2内还进一步做了通信隔离设计，控制站2设备有模式切换开关，此开关控制着控制站2的维护接口是否接收通信数据，仅当控制站2的模式开关处于维护或下装的档位上时，控制站2才能与维护试验装置4间进行数据交互，否则即使建立的通信链路，二者之间也无法进行数据交互。

本实用新型维护系统的安全级与非安全级之间有两个通信隔离点，都设置在安全级系统内部，具有双重通信隔离防护功能，确保安全级系统与维护试验装置4间通信的安全性。第一个通信隔离点为控制站2的模式控制开关及维护接口之间，第二个隔离点为安全级光电转换装置3中的控制开关和内部的光电转换部分之间，采用的隔离装置都为安全级系统设备，满足安全级系统设备的相关鉴定和标准要求。

本实用新型的维护系统中，计算机机房中的PC机通过网线和端口连接盘连接，端口连接盘通过光纤和光交换机连接，光交换机通过光纤和安全级光电转换装置连接，安全级光电转换装置通过电缆和控制站连接；电子设备间的笔记本电脑通过网线和光电转换盒连接，光电转换盒通过光纤和安全级光电转换装置连接。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，包括安全级系统设备、非安全级系统设备和光纤，所述安全级系统设备包括控制柜(1)，所述控制柜(1)内设有相互连接的控制站(2)和安全级光电转换装置(3)；所述非安全级系统设备，位于所述控制柜(1)外，包括相互连接的维护试验装置(4)和非安全级光电转换装置；所述光纤一端穿过所述控制柜(1)与所述安全级光电转换装置(3)连接，所述光纤的另一端与所述非安全级光电转换装置连接。 

2.如权利要求1所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，控制柜(1)内设有多个控制站(2)和与控制站(2)匹配的多个安全级光电转换装置(3)，控制站(2)和安全级光电转换装置(3)一对一连接。 

3.如权利要求2所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述的非安全级系统设备还包括光交换机(6)，所述的控制柜(1)有多个，至少两个控制柜(1)通过一个光交换机(6)与非安全级光电转换装置相连接。 

4.如权利要求2所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述非安全级光电转换装置为独立设置的光电转换装置，所述维护试验装置(4)通过所述独立设置的光电转换装置和安全级光电转换装置(3)连接。 

5.如权利要求4所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述独立设置的光电转换装置为光电转换盒(7)。 

6.根据权利要求3所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述的光交换机(6)有多个，所述的非安全级光电转换装置包括由多个光电转换装置连接在一起构成的端口连接盘(5)，端口连接盘(5)的光口与电口一对一设置，所述的端口连接盘(5)的光口和光交换机(6)一对一连接，维护试验装置(4)与端口连接盘(5)的电口连接。 

7.如权利要求2所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述安全级光电转换装置(3)还包括控制开关，所述的安全级光电转换装置(3)通过所述控制开关与所述控制站(2)连接。 

8.如权利要求7所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其 特征在于，所述控制站(2)上设有模式切换开关和维护接口，所述模式切换开关设有下装、运行、维护三个档，所述模式切换开关的运行、维护档并连后与所述维护接口、所述控制开关串联。 

9.如权利要求8所述的用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述控制柜(1)上设有旁通面板(8)，所述旁通面板(8)分别与所述控制柜(1)内的控制开关连接。 

10.如权利要求1-9所述的任一用于核安全级数字化仪控系统设备的维护系统，其特征在于，所述维护试验装置(4)为PC机或移动终端。