CN211529625U - 一种紧凑型布置的核动力堆dcs架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构，包括非安全级DCS和安全级DCS，主控室内设置有操作员工作站，所述操作员工作站用于下发安全级设备控制指令进行安全级设备监控，安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站、CIC机柜传输至安全级设备；安全级设备根据安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，安全级设备信息依次经安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。本实用新型简化了DCS系统，满足紧凑型布置和核安全的防御层次要求。

Description

一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构

技术领域

本实用新型涉及核电站技术领域，具体涉及一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构。

背景技术

数字化集散控制系统(DCS,Digital Control System)是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它具有极强的数据处理和通信能力，是完成过程控制与管理、提高核电站运行安全性、可靠性及管理效率的现代化设备。目前基于DCS的数字化核动力主控制室架构方案可参考的主要是陆上商运的核电站主控室架构方案，如图1所示的数字化核电站DCS架构，分为安全级DCS和非安全级DCS两部分，采用不同的平台实现。安全级DCS主要完成对安全级设备信息的监控，非安全级DCS主要完成对非安全级设备信息的监控，两者可以通过网关进行信息传递。主控室内操作员工作站(OWP)上具有非安全级监控设备(NC-VDU)，操作员工作站下发的监控信号通过监控网(MNET)到服务器，再经系统网(SNET)与一层的控制柜相连接，通过控制柜对就地非安全级设备进行监控；同时，OWP上还具有安全级信息监控手段，通过监控网(MNET)和网关到安全级人机接口总线(HM Data Bus)上调用OWP上的安全级监控设备(S-VDU)，然后在S-VDU上进行安全级设备信息的监控，S-VDU通过安全级总线(Safety Bus)到设备接口模块(CIM)监控安全级设备。其中，对于安全级设备的监控操作有以下几种方式：

1、主控室内非安全级监控设备→监控网→非安全级网关→安全级网关→人机接口总线→主控室内安全级监控设备→安全级总线→CIC机柜→设备；

2、主控室内安全级监控设备→安全级总线→CIC机柜→设备；

3、主控室内多样性系统监控设备→多样性系统终端总线→多样性系统服务器→多样性系统控制总线→多样性系统机柜→CIC机柜→设备。

其中，→表示控制指令的流向。

上述数字化核电站DCS架构针对的是陆上核电站主控室，空间充足，规模较大，以保证设备具有足够的冗余性和多样性。但对于紧凑型布置的核动力主控室而言，由于建筑空间有限，不能满足要求。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构，以满足核动力主控室的紧凑性要求。

本实用新型实施例提出一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构，包括主控室、安全级DCS和非安全级DCS；

所述非安全级DCS包括终端总线、控制总线、实时服务器、控制站、设置于主控室内的操作员工作站；所述操作员工作站与所述终端总线连接，所述控制站与所述控制总线连接；

所述安全级DCS包括安全级总线A和安全级总线B，所述安全级总线A和安全级总线B通过网关与所述控制总线连接，所述安全级总线A连接第一保护组、第三保护组以及若干CIC机柜，所述安全级总线B连接第二保护组、第四保护组以及若干CIC机柜；以上CIC机柜还与所述控制站连接；

所述操作员工作站用于下发安全级设备控制指令进行安全级设备监控，所述安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站、CIC机柜传输至安全级设备；

所述安全级设备根据所述安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

优选地，所述控制站一端与控制总线连接，另一端与非安全级设备连接；

所述操作员工作站还用于下发非安全级设备控制指令进行非安全级设备监控，所述非安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站传输至安全级设备，所述非安全级设备根据所述非安全级设备控制指令反馈非安全级设备信息，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

优选地，所述操作员工作站包括一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站；所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站分别与终端总线通讯连接，所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站均配置有一非安全级监控设备，所述非安全级监控设备用于显示所述安全级设备信息或非安全级设备信息。

优选地，所述安全级总线A和安全级总线B还分别连接一安全级监控设备。

优选地，所述实时服务器包括核岛实时服务器和常规岛实时服务器，所述核岛实时服务器和常规岛实时服务器均分别与所述终端总线和控制总线连接。

优选地，所述主控室内还设置有大屏幕，所述大屏幕与所述终端总线连接，用于显示安全级设备信息或非安全级设备信息；所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕。

本实用新型实施例提出一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构，相对于现有技术而言，极大地简化了DCS系统以及设备规模，取消了背景技术部分所述陆上堆的第1种路径中安全级到非安全级的网关；取消了主控室内安全级监控设备(S-VDU)，主控室内仅设置非安全级监控设备(NC-VDU)；正常工况下通过3个操作员工作站监控所有安全级和非安全级设备，事故下，即三个操作员工作都无法对安全级设备进行有效监控的情况下，通过专用的安全级监控设备(S-VDU)进行监控，该安全级监控设备与安全级DCS的安全级总线连接，本实施例提出的DCS架构，其符合紧凑型布置设计要求，同时满足标准对于核安全的防御层次要求。此外，安全级设备是成本的重中之重，本实施例取消了操作员工作站的安全级监控设备，通过非安全级设备实现，极大节省成本。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而得以体现。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。当然，实施本实用新型的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是背景技术中所述一种核电站DCS架构结构示意图。

图2是本实用新型实施例中一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构结构示意图。

附图标记：

主控室-1，终端总线-2，控制总线-3，实时服务器-4，控制站-5，安全级总线A-6，安全级总线B-7，第一保护组-8，第三保护组-9，CIC机柜-10，第二保护组-11，第四保护组-12，工程师站-13，历史服务器-14，计算服务器-15，通讯站-16，严重事故监控系统-17，大屏幕-18，第三方仪控系统-19，现场设备-20。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

本实用新型实施例针对图1所示的DCS构架，提出一种如图2所示的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其包括主控室、安全级DCS和非安全级DCS。

其中，如图1右侧部分所示，本实施例中非安全级DCS包括依次通信连接的终端总线、控制总线、实时服务器以及控制站；所述操作员工作站与所述终端总线连接，所述控制站与所述控制总线连接。

其中，如图1左侧部分所示，本实施例中安全级DCS包括安全级总线A和安全级总线B，所述安全级总线A和安全级总线B分别通过一网关与所述控制总线连接，所述安全级总线A连接第一保护组、第三保护组以及若干CIC机柜，所述安全级总线B连接第二保护组、第四保护组以及若干CIC机柜，其中，以上CIC机柜还与所述控制站连接。

其中，所述CIC机柜用于接收对于安全级设备的多个控制指令，并对来源于不同位置的多个控制指令进行优先级管理，然后CIC机柜优先执行优先级较高的控制指令，本实施例中CIC机柜根据操作员工作站下方的控制指令的优先级信息，将控制指令下发至对应的安全级设备。

需说明的是，CIC机柜(Component Interface System,设备接口系统)是一种统称，根据不同机组规模有所不同，本实施例中安全级总线共2个，分A/B列，第一保护组、第三保护组为A列，第二保护组、第四保护组为B列，所有的ESFAC、DTC、S-VDU在每个安全级总线上不一定只是1个。其中，所述保护组用于采集安全级相关的传感器和设备状态信息用于参与保护功能，同时进行自动控制功能的逻辑处理，向安全级设备发出操作指令。

其中，每一保护组优选包括反应堆防护系统(RPS)、数据传输机柜(DTC)、安全设施驱动机柜(ESFAC)和安全级监控设备(S-VDU)等，需说明的是，保护组的功能装置组成具体根据实际技术需求进行配置，本实施例中不具体进行限定，不同核动力堆的保护组的部分组成可能有所不同。

进一步地，所述操作员工作站用于下发安全级设备控制指令进行安全级设备监控，所述安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站、CIC机柜传输至安全级设备。

具体而言，本实施例对图1所述的DCS架构的安全级设备监控方式进行了改进，提出以下监控方式/渠道：

操作员工作站→终端总线→实时服务器→控制总线→控制站→CIC机柜→安全级设备；

→表示安全级设备控制指令的传输流向。

其中，所述安全级设备根据所述安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

具体而言，图1的安全级设备信息监控流程如背景技术部分所述，对比本实施例与图1架构的安全级设备信息监控流程可知，本实施例的安全级设备信息监控流程得到了简化。进一步地，对比图1和图2可知，本实施例DCS架构极大地简化了DCS系统以及设备规模，优化了非安全级DCS终端总线与安全级DCS的人机接口总线之间的联接，取消了图1所示DCS构架中的安全级到非安全级的网关、电缆以及连接网关的人机接口总线，直接设置控制站和CIC机柜连接，同时，还取消了多样性驱动系统。

其中，所述控制站一端与控制总线连接，另一端与非安全级设备连接；所述控制站用于采集现场传感器和设备状态等监测信息并进行逻辑处理，并将信息送往其他控制站或控制室进行监控，同时接收主控室的操作指令信号和系统的自动控制指令送往现场设备。

其中，所述操作员工作站还用于下发非安全级设备控制指令进行非安全级设备监控，所述非安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站传输至安全级设备，所述非安全级设备根据所述非安全级设备控制指令反馈非安全级设备信息，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

优选地，所述操作员工作站包括一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站；所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站分别与终端总线通讯连接，所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站均配置有一非安全级监控设备(NC-VDU)，所述非安全级监控设备(NC-VDU)用于显示所述安全级设备信息或非安全级设备信息。

具体而言，当安全级设备信息或非安全级设备信息反馈至一回路操作员工作站、二回路操作员工作站或机组长工作站时，对应的非安全级监控设备(NC-VDU)对接收到的安全级设备信息或非安全级设备信息进行显示。

优选地，所述安全级总线A和安全级总线B还分别连接一安全级监控设备(S-VDU)。

具体而言，如图2所示，本实施例中在图2左侧部分的安全级DCS处设置了安全级监控设备(S-VDU)；正常工况下通过3个操作员工作站监控所有安全级和非安全级设备，事故下，即三个操作员工作都无法对安全级设备进行有效监控的情况下，通过该安全级监控设备(S-VDU)直接对安全级设备进行信息监控。

其中，所述实时服务器包括核岛实时服务器和常规岛实时服务器，所述核岛实时服务器和常规岛实时服务器均分别与所述终端总线和控制总线连接。所述核岛实时服务器用于将控制柜采集和处理的相关信息送往主控室显示，并将主控室的操作指令下发到一层控制柜去控制现场设备。所述常规岛实时服务器与核岛服务器功能相同，正常运行时核岛服务器传递核岛相关信息，常规岛服务器传递常规岛相关信息；故障情况下，核岛服务器与常规岛服务器可以互为备用。

优选地，所述主控室内还设置有大屏幕，所述大屏幕与所述终端总线连接，用于显示安全级设备信息或非安全级设备信息；所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕进行显示。

其中，所述非安全DCS包括工程师站，历史服务器和计算服务器，所述工程师站和历史服务器分别与所述终端总线连接。具体而言，所述工程师站用于系统组态和配置的修改，同时在调试阶段可用于控制算法的调试；所述历史服务器用于对长期历史数据进行收集、存储和检索；所述计算服务器用于DCS系统的报警和日志管理，并向控制室工作站提供报警和日志信息服务，同时提供核动力堆的全局计算功能。

其中，所述非安全DCS包括通讯站，所述通讯站一端与所述控制总线连接，另一端与第三方仪控系统连接，所述第三方仪控系统与现场设备(非安全级设备)连接；所述通讯站用于与第三方系统的信息通信，根据操作员工作站下方的控制指令实现对第三方系统的监控，具体而言，所述第三方系统为非DCS系统内实现逻辑处理的系统。

其中，所述DCS架构还包括严重事故监控系统，所述严重事故监控系统分别与所述CIC机柜和所述控制总线连接。具体而言，所述严重事故监控系统用于在发生丧失全部交流电的严重事故工况时的缓解功能。

需说明的是，本实施例核动力堆DCS架构主要是对安全级设备的监控方式进行了改进，并借此简化了核动力堆DCS架构，使得简化后的DCS架构能够满足紧凑型布置要求。其中，CIC机柜、常规岛实时服务器、核岛服务器、控制站、通讯站、工程师站、历史服务器、计算服务器、严重事故系统、反应堆防护系统、数据传输机柜、安全设施驱动机柜、安全级监控设备以及非安全级监控设备等均为现有核动力堆DCS架构中的常规配置，因此这些功能部件的功能和具体结构为所属领域技术人员所熟知，本实施例中对此不进行赘述。

本实用新型实施例满足标准对于纵深防御体系的要求，至少有2个防御层次采用不同平台实现，两者之间具有独立性。其中，纵深防御指的是根据HAF102-2016《核动力厂设计安全规定》，有以下技术要求：

Level 1：通过按照恰当的质量水平和工程实践正确并保守地设计核电厂，防止核电厂偏离正常运行及防止系统失效；

Level 2：检测和纠正偏离正常运行状态，预防预计运行事件升级为事故工况；

Level 3：通过固有安全特性、故障安全设计、附加的设备和规程来控制未被前一层次防御所制止的事件，使核电厂在这些事件后达到稳定的、可接受的状态，并且至少维持一道包容放射性物质的屏障；

Level 4：通过事故管理规程、防止事故进展的补充措施与规程、以及减轻选定的严重事故后果的措施缓解严重事故，并保证放射性释放保持在尽实际可能的低；

Level 5：通过适当装备的应急控制中心及厂内、厂外应急响应计划减轻可能由事故工况引起潜在的放射性物质释放造成的放射性后果。

其中，第5个层次(Level 5)不涉及仪控系统，所以对于仪控系统的防御层次如下：

LEVEL 1：预防线；

通过图1中左右两大块的右侧部分非安全级设备实现，维持核动力堆在运行限制内，避免停堆和专用安全设施的启动。

LEVEL 2：主防线；

通过图1中左侧实现(包括保护组，ESFAC和DTC、CIC、S-VDU等)，应对设计基准事故。

LEVEL 3：多样性防线；

通过图1中右侧加上右侧与CIC实现，通过控制站将信号送往CIC控制现场设备应对主防线的失效。其中，主防线的失效只考虑软件共因故障CCF失效，不考虑硬件设备故障失效，所以这里仍然可以使用CIC。

LEVEL 4：严重事故防线；

本实用新型实施例提供更加多样化的监控手段，尤其是二层监控信息将安全级和非安全级监控设备解耦，实现多样性监控方式。

本实用新型实施例减少DCS二层监控设备，同时也为紧凑型布置的核动力主控室的设计，提供了更好的条件，为通道、设备布局等人因设计开展提供了便利。

相对于现有技术而言，本实施例的DCS架构极大地简化了DCS系统以及设备规模，取消了图1所示陆上堆DCS架构的第1种路径中安全级到非安全级的网关以及连接网关的人机接口总线；主控室内安全级和非安全级监控设备独立，正常工况下通过3个操作员工作站监控所有安全级和非安全级设备，事故下，有专用的安全级设备监控，其符合紧凑型布置设计要求，同时满足标准对于核安全的防御层次要求。此外，安全级设备是成本的重中之重，本实施例取消了操作员工作站的安全级监控设备(S-VDU)，通过非安全级设备(NC-VDU)实现，极大节省成本。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，包括主控室、安全级DCS和非安全级DCS；

所述非安全级DCS包括终端总线、控制总线、实时服务器、控制站、设置于主控室内的操作员工作站；所述操作员工作站与所述终端总线连接，所述控制站与所述控制总线连接；

所述安全级DCS包括安全级总线A和安全级总线B，所述安全级总线A和安全级总线B通过网关与所述控制总线连接，所述安全级总线A连接第一保护组、第三保护组以及若干CIC机柜，所述安全级总线B连接第二保护组、第四保护组以及若干CIC机柜；以上CIC机柜还与所述控制站连接；

所述操作员工作站用于下发安全级设备控制指令进行安全级设备监控，所述安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站、CIC机柜传输至安全级设备控制指令；

所述安全级设备根据所述安全级设备控制指令反馈安全级设备信息，所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

2.如权利要求1所述的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述控制站一端与控制总线连接，另一端与非安全级设备连接；

所述操作员工作站还用于下发非安全级设备控制指令进行非安全级设备监控，所述非安全级设备控制指令依次经终端总线、实时服务器、控制总线、控制站传输至安全级设备，所述非安全级设备根据所述非安全级设备控制指令反馈非安全级设备信息，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至操作员工作站。

3.如权利要求2所述的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述操作员工作站包括一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站；所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站分别与终端总线通讯连接，所述一回路操作员工作站、二回路操作员工作站和机组长工作站均配置有一非安全级监控设备，所述非安全级监控设备用于显示所述安全级设备信息或非安全级设备信息。

4.如权利要求1所述的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述安全级总线A和安全级总线B还分别连接一安全级监控设备。

5.如权利要求1所述的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述实时服务器包括核岛实时服务器和常规岛实时服务器，所述核岛实时服务器和常规岛实时服务器均分别与所述终端总线和控制总线连接。

6.如权利要求1所述的紧凑型布置的核动力堆DCS架构，其特征在于，所述主控室内还设置有大屏幕，所述大屏幕与所述终端总线连接，用于显示安全级设备信息或非安全级设备信息；所述安全级设备信息依次经所述安全级总线A或安全级总线B、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕，所述非安全级设备信息依次经所述控制站、控制总线、实时服务器、终端总线传输至大屏幕。

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