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        基于PLC控制下核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測和自動(dòng)控制平臺的探究

        2011-02-09 01:58:04凌偉榮
        制造業(yè)自動(dòng)化 2011年10期
        關(guān)鍵詞:核電站監(jiān)測系統(tǒng)

        凌偉榮

        (紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院,紹興 312000)

        1 核電站的PLC系統(tǒng)

        PLC系統(tǒng)采用可編程的控制系統(tǒng),分為控制總線和操作總線。PLC系統(tǒng)支持核電站內(nèi)所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和傳輸。PLC的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有下面幾個(gè)部分組成:

        1.1 PLC中央服務(wù)器

        PLC的中央服務(wù)器是整個(gè)控制系統(tǒng)的神經(jīng)樞紐,每個(gè)PLC系統(tǒng)最少會(huì)有一個(gè)CPU ,其按PLC的要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存,并采集現(xiàn)場狀態(tài)和信息數(shù)據(jù),所有的站內(nèi)信息、整體數(shù)據(jù)都會(huì)由其統(tǒng)一管理,已達(dá)到核電站內(nèi)部的信息集中化和統(tǒng)一化。

        1.2 PLC控制系統(tǒng)工作中心

        PLC控制系統(tǒng)工作中心是控制系統(tǒng)與核電站內(nèi)部人員進(jìn)行信息操作的設(shè)備,其主要功能就是給操作人員提供相應(yīng)的人機(jī)對話界面,把整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行操作情況清晰的展現(xiàn)在操作人員的面前,并對核電站的生產(chǎn)工作的全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。PLC控制系統(tǒng)可以同時(shí)提供多個(gè)正常畫面,提供可以顯示全貌的模擬顯示屏[3]。

        1.3 網(wǎng)絡(luò)線路以及交換機(jī)

        PLC控制系統(tǒng)將整個(gè)核電站分為了主干網(wǎng)和子網(wǎng)兩個(gè)層面。PLC系統(tǒng)采用主干交換機(jī)與服務(wù)器相連的方式對整個(gè)核電站進(jìn)行控制。

        1.4 PLC系統(tǒng)控制器

        PLC系統(tǒng)控制器是核電站整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制中樞。PLC主要由電源模塊、I/O接口、CPU、內(nèi)存組成,采用模塊化的結(jié)構(gòu),通過數(shù)據(jù)總線的相互關(guān)聯(lián),完成全程監(jiān)控。

        1.5 PLC局域網(wǎng)

        PLC系統(tǒng)的滲透力超過了其他的同系列的系統(tǒng),具有很好的控制體系,高效的實(shí)時(shí)監(jiān)測能力。PLC的小體積結(jié)構(gòu)安裝簡單,對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng),降低了成本。

        1.6 PLC(I/O)模塊

        PLC控制系統(tǒng)是將多個(gè)控制器以及(I/O)模塊分散后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。這樣的聯(lián)網(wǎng)方式,可將核電站的生產(chǎn)工作情況全部通過網(wǎng)絡(luò)信息傳達(dá)到中央服務(wù)器,確保信息集中統(tǒng)一,同時(shí)為了避免個(gè)別的系統(tǒng)設(shè)備的故障造成整個(gè)核電站體系的安全危險(xiǎn),提高了PLC控制系統(tǒng)的可靠能力。

        1.7 電源模塊

        220伏特或110伏特的交流電。

        隨著我國計(jì)算機(jī)信息水平的不斷提高,控制管理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,PLC控制系統(tǒng)多樣化的研究更加豐富多樣,比如計(jì)算系統(tǒng)、計(jì)數(shù)系統(tǒng)、數(shù)控模塊。這些功能模塊與核電站的傳感器、控制器等設(shè)備直接相連,在完成核電站控制管理的基礎(chǔ)上還可以對所有的設(shè)備進(jìn)行隨時(shí)診斷。目前,PLC控制系統(tǒng)的硬件水平還有待提高一些模塊的功能還不是很強(qiáng),品種也不夠齊全,需要后期的進(jìn)一步研究發(fā)展。

        2 核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測和自動(dòng)化管理的基本內(nèi)容

        核安全問題是全世界所關(guān)注的問題。核安全的最終目標(biāo)就是通過各種手段建立安全防范措施,保證對輻射危害的有效防御。日本9.0級大地震,造成日本核泄漏,致使日本國地大面積的損傷,更是影響相鄰國家的人民出行、生活的安全??上攵?,核安全問題的重要性。在正常情況下,核電站要保證放射性照射低于規(guī)定的范圍,并確保堆芯的安全,確保核安全。工作人員要充分利用核電站自動(dòng)化管理技術(shù),對核電站進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)范化管理,保證核能發(fā)電任務(wù)的有效完成。

        2.1 核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測內(nèi)容

        2.1.1 輻射數(shù)據(jù)管理

        核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)核能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,不間斷的收集其劑量數(shù)據(jù)并做好備案儲存。通過所備案的所有信息,根據(jù)相關(guān)的測量尺度,計(jì)算個(gè)人以及集體的各項(xiàng)累積劑量,與規(guī)定的劑量范圍做比較,如果超出既定范圍,并立即發(fā)出警報(bào)信息,同時(shí)生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

        2.1.2 控制監(jiān)管

        核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)對人員、限制區(qū)域以及任務(wù)的授權(quán)進(jìn)行有效管控。該系統(tǒng)可以進(jìn)行,錄入、刪除、修改人員、區(qū)域以及任務(wù)的基本資料信息,并對人員、區(qū)域和任務(wù)進(jìn)行授權(quán)和取消授權(quán)。

        2.1.3 設(shè)備安全監(jiān)視

        核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)對輻射監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行全程監(jiān)視,會(huì)接受輻射裝備發(fā)送的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),及時(shí)做好備案,并記錄下設(shè)備發(fā)生的異常信息,通過獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全管控。

        2.1.4 人員通行控制

        核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)根據(jù)每個(gè)人的累積劑量以及人員、任務(wù)、區(qū)域的相關(guān)授權(quán)情況,對工作人員的進(jìn)出通行情況作出正確判斷,同時(shí)對作出的錯(cuò)誤的的判斷可以及時(shí)的進(jìn)行更正和處理。

        2.2 核電站自動(dòng)化管理的基本內(nèi)容

        反應(yīng)堆的監(jiān)視、運(yùn)行、管理、廢料的處理;發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等狀態(tài);發(fā)電站下變壓器的運(yùn)行管理,電廠變流站的運(yùn)行管理;電輸送;實(shí)時(shí)監(jiān)控;信息共享;等等

        核電站自動(dòng)化,可以做到“無人值班”,計(jì)算機(jī)進(jìn)行全程監(jiān)控,減少了人為的操作失誤,保證了管理的有效性、快速性、紀(jì)律性,又減少了使用人工管理的成本。

        3 PLC系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作方式應(yīng)用于核電站的優(yōu)點(diǎn)

        PLC借助程序編程的方式將繼電器、計(jì)數(shù)器等硬件實(shí)體控制,通過邏輯控制編輯的方式,大大減少了控制器所需的硬件空間,提高了核電站運(yùn)行的效率,減少了錯(cuò)誤的產(chǎn)生。PLC可編程系統(tǒng)在核電站運(yùn)作中有以下優(yōu)點(diǎn):

        3.1 成本低

        PLC系統(tǒng)是小型化的系統(tǒng),利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,大大減少了安裝PLC系統(tǒng)的投入,降低了核電站建設(shè)的資金成本。

        3.2 范圍廣

        PLC可以輕松的滲透入核電站的運(yùn)作體系當(dāng)中,為核電站的合理運(yùn)作創(chuàng)造了極大的空間。

        3.3 高速度

        PLC擁有高速的傳輸功能,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他上網(wǎng)系統(tǒng),足以支持核電站網(wǎng)絡(luò)需要的各種應(yīng)用。

        3.4 易操作

        PLC應(yīng)用于核電站系統(tǒng),避免了繁瑣的操作步驟,可以做到“即插即用”,操作方式簡單。PLC系統(tǒng)面向核電站的所有技術(shù)人員、操作人員,采用實(shí)用簡單的控制模式,畫面豐富、直觀、形象。各種報(bào)表和圖形等功能具有很高的實(shí)效性。

        3.5 抗干擾能力強(qiáng)

        PLC采用可編程系統(tǒng),抗干擾能力強(qiáng),系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

        3.6 實(shí)時(shí)可靠、信息共享

        PLC系統(tǒng)控制下整個(gè)核電站網(wǎng)絡(luò),可以達(dá)到信息共享、信號共享,各個(gè)部門之間從部分到整體能夠擁有充分的協(xié)調(diào)性和有效性。

        3.7 整體監(jiān)控

        PLC系統(tǒng)能夠通過I/O 接口,對整個(gè)核電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行全程采集、記錄、分析、監(jiān)視以及操作控制,同時(shí)系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時(shí),可以進(jìn)行局部的故障在線維修。

        3.8 設(shè)計(jì)優(yōu)良

        PLC采用可編程系統(tǒng),在單一的地方失效時(shí),仍然可以保持整個(gè)核電站控制系統(tǒng)的完整性,具有很高的可靠性。

        4 PIC應(yīng)用于核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測以及自動(dòng)化管理方面的優(yōu)勢

        核工業(yè)的發(fā)展關(guān)系整個(gè)國家的興衰存亡,核安全就是核工業(yè)發(fā)展的必要保證。國家明文規(guī)定,核電站的使用必須經(jīng)過概率安全評價(jià)(PSA),使安全風(fēng)險(xiǎn)控制在極低的限度之內(nèi),確保核電站安全。核電站完全在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)預(yù)測和監(jiān)測之下。然而,通過對系統(tǒng)的使用,發(fā)現(xiàn)其存在著計(jì)算失誤、速度慢、操作繁雜等不足,很可能會(huì)影響核電站的發(fā)展,嚴(yán)重的會(huì)造成安全威脅。PIC采用的可編程存儲器,具有可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、速度靈敏、容易操作、體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)勢,運(yùn)用于核電站工作將大大提高核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的安全性以及對核電站自動(dòng)化管理的有效性。

        4.1 PIC應(yīng)用于核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的優(yōu)勢

        核電站實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算是風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器的核心,一直是研究的熱點(diǎn)。在核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測中包括了“割集法、重解法以及混合法”三種風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測方式。一是割集法。其雖然能快速計(jì)算風(fēng)險(xiǎn),但是不能保證核電站所有狀態(tài)下都是最小割集。二是重解法。其雖然能保證計(jì)算結(jié)果正確,但是計(jì)算的速度較慢。三是混合法。其存在截?cái)鄦栴},雖然能提高計(jì)算精度,但是如果計(jì)算方法不當(dāng),計(jì)算速度仍會(huì)很慢。IPC采用可以編程的程序存儲器,用來存儲運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等操作指令,具有計(jì)算精確、計(jì)算快速、高可靠性以及很強(qiáng)的抗干擾能力,真正提高了核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的能力。

        4.2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

        PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于核電站,被控量主要是核輻射、溫度、壓力、流量、個(gè)人輻射累積量等。PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展,改變了核電站控制系統(tǒng)的局限性,使得對核電站的自動(dòng)化控制日趨合理性、有效性。PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制系統(tǒng),是由被控對象、PLC系統(tǒng)、監(jiān)測儲存以及執(zhí)行中心組成的合理化控制系統(tǒng)。如圖1所示:

        4.3 PIC的自動(dòng)化管理優(yōu)勢

        4.3.1 反應(yīng)快,速度靈敏

        PLC取代了傳統(tǒng)的機(jī)械觸電繼電器,采用輔助繼電器,去除了復(fù)雜的導(dǎo)線連接,加入了邏輯關(guān)系,使得繼電器接點(diǎn)變位幾乎為零,加強(qiáng)了計(jì)算以及各種算術(shù)能力,提高了工作效率。

        4.3.2 抗干擾,可靠性強(qiáng)

        PLC控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的繼電器技術(shù),抗干擾的能力大大加強(qiáng),能夠適合在核電站這一復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下工作,提高了安全系數(shù)。

        4.3.3 易操作,可塑性強(qiáng)

        核電站工作人員的自動(dòng)化知識、技術(shù)參差不齊,面對較難上手的程序容易出現(xiàn)問題。PLC技術(shù)操作簡單,容易上手,采用簡單的指令結(jié)構(gòu),形象、直觀的表達(dá)方式,讓核電專業(yè)人才去除了對自動(dòng)化控制知識的盲點(diǎn),確保了操作的安全有效性。

        5 PLC運(yùn)用于核電站的發(fā)展前景

        5.1 網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化將進(jìn)一步深化

        當(dāng)前,控制管理系統(tǒng)技術(shù)日益成熟完善,尤其是DCS系統(tǒng)。結(jié)合DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢,進(jìn)一步完善PLC系統(tǒng),使其數(shù)字化、智能化得到進(jìn)一步加強(qiáng)。未來在PLC系統(tǒng)管控下核電站的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與自動(dòng)化能力將會(huì)更加具有穩(wěn)定性、高效性。

        圖1 控制系統(tǒng)簡圖

        5.2 規(guī)格更加豐富

        根據(jù)核電站地理環(huán)境,規(guī)模大小等因素的不同,未來PLC系統(tǒng)在核工業(yè)的領(lǐng)域中,品種將會(huì)越來越多樣化,規(guī)格也會(huì)更加的完備,使PLC系統(tǒng)對核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測以及自動(dòng)化管理更加合理化。

        6 結(jié)束語

        核電站采用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢是顯而易見的。隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高,自動(dòng)化水平不斷發(fā)展,PLC在核電站體系運(yùn)作中的比重將會(huì)越來越大,功能也將會(huì)越來越多樣化。未來,集控制、維修、技術(shù)管理和教育培訓(xùn)等功能于一體的更高級的智能控制體系將會(huì)成為核電站自動(dòng)化管理的發(fā)展趨勢。

        [1] 許耀武, 薛大知, 奚樹人. 核電站實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)[J].核動(dòng)力工程, 1997, 18(4): 298-302.

        [2] 許耀武. 風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)優(yōu)化技術(shù)規(guī)格書的方法與核電站實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)[D]. 北京: 清華大學(xué), 1997.

        [3] 馬進(jìn), 等.“核能發(fā)電原理”, 中國電力出版社, 2007.

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