現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在核電站的應用
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1、FCS在核電站中的發(fā)展
自Foxboro公司上個世紀80年代推出I/A Series系統(tǒng)以來，90年代是FCS發(fā)展階段。1991年美國Echelon公司推出具有全分布式智能控制網絡的Lon Works系統(tǒng)，但只是在非核領域里的應用。隨著FCS技術的成熟，幾個代表國際先進的自動控制系統(tǒng)公司紛紛推出新一代核電站自動控制系統(tǒng)：由ABB-CE公司推出先進的80+系統(tǒng)應用在1300 MW核電機組上。ABB-CE公司的80+系統(tǒng)1997年5月獲得美國核管會（USNRC）第二次的批準，有效期15年[2]。美國西屋公司1995年已成功地運用在捷克的Temelin核電站上，這是俄羅斯的VVER型核電機組，因原來控制系統(tǒng)比較落后，經改造，由西屋公司最近一代的數(shù)字化集成控制系統(tǒng)替代[3]。日本日立公司NUCAMM-90系統(tǒng)是世界上首次應用在1350 MW ABWR（先進的沸水堆）上，首批2臺機組（柏崎刈羽6號、7號）分別于1996年和1997年在日本投入商業(yè)運行[4]。法國法馬通公司的1450 MW Civaux-1和Civaux-2機組是新一代壓水堆核電站，采用了Sama公司N4控制系統(tǒng)，1999年兩臺機組相繼投入商運。還有Emerson公司推出Plantweb（叫做Emerson Process Management）系統(tǒng)。進入21世紀，F(xiàn)oxboro公司2003年推出兩套新的現(xiàn)場總線模式I/A Series系列（ZCP270、FCP270）的自動控制系統(tǒng)；日本橫河公司（YOKOGAWA）推出了CS3000 R3系統(tǒng)。這些新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)會帶來更安全、更可靠的核電站。
近幾年國內FCS生產廠家（如：浙大中控、上海新華、北京和利時等[5]）經過十幾年的努力，使國產FCS領域得到了發(fā)展。由國家支持的工業(yè)控制技術國家重點實驗室已于1995年10月正式對外開放，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)基礎關鍵技術研究方面解決了現(xiàn)場總線信號的超遠距離傳輸技術、低功耗技術、軟件調制解調技術、網絡模糊測試評估技術、無沖擊帶電插拔技術、自適應脈沖輸入技術、網絡化系統(tǒng)集成技術、DCS任意冗余技術，打破了國外產品壟斷國內市場的局面[6]?？梢哉f用戶需求拉動了FCS發(fā)展，相關技術的成熟發(fā)展提高了FCS質量可靠性，而當代網絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、現(xiàn)場總線技術的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供了可能，具備系統(tǒng)性、全面性、實時性和準確性，使企業(yè)的效益和效率要求進一步提高。
秦山一期核電站是中國自行設計、建造的第一座30萬kW核電站，1994年投入商業(yè)運營。儀表和控制（IC）設備是采用模擬量組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)。 田灣核電站是我國第一個全面（常規(guī)島和核島）采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)的核電廠，使用了西門子全數(shù)字化儀控系統(tǒng)[7]。
2、FCS介紹
核電站的設備可分為四大部分：核島設備，常規(guī)島設備，BOP（Balance of Plant電廠配套系統(tǒng)）設備，儀表和控制（IC）設備。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，核電站的各類設備向技術更先進、工藝更完善、更可靠、更安全的方向發(fā)展，尤其是儀表和控制系統(tǒng)的技術發(fā)展最快。
核電站儀表和控制系統(tǒng)技術的發(fā)展大致分三個過程：由以模擬量組合單元儀表為主的主控制系統(tǒng)，以模擬量和數(shù)字量混合運用為主的主控制系統(tǒng)，以集成全數(shù)字式為主的主控制系統(tǒng)。
FCS是由DCS（Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）和PLC（可編程邏輯控制）發(fā)展而來的，現(xiàn)場總線是從簡單的I/O總線逐步到網絡形式的總線結構，所以FCS具備PLC和DCS的所有特點。FCS與DCS的區(qū)別就在于現(xiàn)場總線，即FCS以網絡形式的總線結構標準化，這也是核心所在。國內有人把FCS稱為第四代DCS[8]。現(xiàn)場總線標準化的應用實現(xiàn)了儀控系統(tǒng)的開放性，實現(xiàn)了現(xiàn)場處理信息、管理信息的可行性。
FCS的主要特征：混合控制功能（離散控制、過程控制都有），數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，應用現(xiàn)場總線技術，信息化和集成化，開放型平臺與信息處理現(xiàn)場化。
FCS從結構上劃分，包括控制層、監(jiān)控層和管理層。控制層主要由過程控制站、I/O單元和智能現(xiàn)場儀表組成，是控制核電站設備功能的主要實施部分。監(jiān)控層包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理層主要是指經營管理部門通過網絡可以看到主控的主要實時信息，了解核電站運行情況，但不能操作。這是FCS作為更高層次的管理應用之一。
FCS的主要技術特點有：全數(shù)字智能化、多功能、標準信號取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置；用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、控制中心取代每臺儀器兩根線；多變量、多節(jié)點、串行數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點、模擬系統(tǒng)；互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的；用分散的虛擬控制站取代集中的控制站；通過工業(yè)以太網（Ethernet）可以上掛、下聯(lián)計算機；在保證安全的前提下局域網可與internet相通；執(zhí)行通信標準TCP/IP協(xié)議和自動化技術的工業(yè)標準（如IEC國際電工委員會、ISO國際標準化組織、IEEE電子與電氣工程師協(xié)會等國際標準）。
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