某核电机组DCS一层网络拆分逻辑信号分析.pdf
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1、第30卷 第10期2023年10月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.10某核电机组DCS一层网络拆分逻辑信号分析马九灵(中核武汉核电运行技术股份有限公司,武汉 430223)摘 要:介绍了某核电机组非安全级 DCS 一层网络(下文无特殊说明,“DCS”均指“非安全级 DCS”,“网络”均指“非安全级 DCS 一层网络”)拆分方案的可靠性和经济性,绘制了前后的网络拓扑结构,描述了本次网络拆分采用的通讯卡通讯的具体方法,重点分析了逻辑信号拆分和增加 API 站的通讯方案,以及拆分过程中产生的问题和注意事项。机组已经过一年的稳定运行,未发现拆网相关的问题或隐患,再
2、次验证了本方案的可靠性。关键词:DCS 一层;网络拆分;信号拆分中图分类号:TM623;TP393 文献标志码:AAnalysis of Logic Signal for DCS Level 1 Network Splitting of A Nuclear Power UnitMa Jiuling(China Nuclear Power Operation Technology Corporation,ltd.,Wuhan,430223,China)Abstract:This article introduces the reliability and economy of the split
3、ting scheme for the non safety class DCS level 1 network of a nuclear power plant(without special instructions below,“DCS”refers to“non safety class DCS”,and“network”refers to“non safety class DCS level 1 network”),draws the network topology before and after,describes the specific method of communic
4、ation card communication used in this network splitting,and focuses on analyzing the communication scheme for logical signal splitting and adding API stations,As well as the issues and precautions arising during the dismantling process,the nuclear power plant has been operating stably for one year a
5、nd no issues or hidden dangers related to the Network split have been found,which once again verifies the reliability of this plan.Key words:DCS level 1;network split;signal split收稿日期:2023-06-19作者简介:马九灵(1990-),男,安徽宿州人,本科,工程师,主管工程师,从事核电仪控运维工作。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.10.013文章编号:1671-1041(202
6、3)10-0056-060 引言2018 年 1 月 2 日,国内某核电厂 3 号机组按照计划执行安全注入和安全壳隔离阶段 A 的综合试验,因 DCS 组态链接错误,3 号机组安注信号误触发 4 号机组蒸汽发生器主给水隔离阀关闭信号,导致 4 号机组 3 个环路蒸汽发生器主给水管道/给水旁路管道下游隔离阀全部关闭,3 台蒸汽发生器失去给水,触发 ATWT 信号,最终导致 4 号机组停机停堆。2019 年 1 月,国内某核电厂主控人员发现 3 号和 4 号机组的 DCS 数字化系统的操作员站和工程师站鼠标点击都无法动作,历史库状态显示 Server#1/2 health is BAD 报警,且电
7、脑中的参数都无法显示。检查一回路状态正常,一回路相关控制系统正常。由于 DCS 系统网络无法正常工作,导致现场一些设备的自动控制功能失去控制,最终触发反应堆停堆信号,导致机组停堆1。1 网络拆分必要性本文针对的核电机组在运行期间数次发生由单台交换机故障引起的 DCS 一层网络大面积故障,其网络为两台机组共用。该网络结构的优点是:两台机组 DCS 的信号可以进行相互查询、调用和强置等操作,同时方便两台机组共马九灵某核电机组DCS一层网络拆分逻辑信号分析第10期57用设备、互用设备的控制。存在的缺点是:两台机组工程组态高度相似,存在人因失误的潜在风险,同时网络不是物理隔离的,某一台机组的网络故障可
8、能会蔓延到两台机组的网络故障,增加发生网络故障的危害程度。所以,网络拆分的必要性已逐渐在共用机组上展现出来。2 机组原有DCS一层网络架构某 核 电 站 的 DCS 一 层 为 FOXBORO IA series 系 统,DCS 二层采用另一厂家的 ATOS ADACS 系统,DCS 一二层通过 API 站来通讯。为应对 DCS 二层与 DCS 一层出现过的通讯故障,机组在原有 DCS 一层系统上开发了辅助二层功能;其次,机组在副控室内含有一套与 DCS 一层相同厂家图1 拆分前DCS一层网络拓扑简图Fig.1 Topology diagram of DCS first layer netwo
9、rk before splitting表1 各系统与DCS一层通讯媒介Table 1 Communication media between each system and DCS layer 1的,主要控制三废系统的 DCS 二层画面。机组的试验信号采集系统同样也是使用了 FOXBORO IA 系统,其各系统与DCS 一层通讯媒介清单见表 1。机组原有 DCS 一层网络采用三层倒挂树的 IA Mesh 网络结构,由 30 台网络交换机构成,分为 A、B 冗余双列,包含根交换机、机组级交换机、房间级交换机,其中有 2台为根交换机,同时连接 1/2/9 号所有机组级交换机;1/2号机组交换机对称
10、分布,各有房间级交换机 2 台,机组级交换机 8 台;9 号机组(1/2 号机组共用部分称为 9 号机组)有 8 台交换机。1/2 号机组 DCS 二层各通过 4 台 API 站(两两冗余)与 DCS 一层交互,拆分前 DCS 一层网络拓扑如图1 所示。第30卷58 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION3 DCS一层网络拆分方案在树型网络拓扑结构中,某一条线路或某个节点发生故障,可以迅速锁定该线路(或该节点)进行隔离,不会引起整个计算机通信网络的瘫痪。但若居于第一层级的 A点发生故障,整个网络结构也难以确保其可靠性2。根据功能划分,将原有一体化的网络拆分为 UNIT 1、UNIT 2、
11、UNIT 9 3 个独立的网络结构,仍采用倒挂树结构,层级由原来的三层降为每个机组各两层,可以有效提升网络可靠性。UNIT 1:保留原有系统中的#1 机组内容。UNIT 2:保留原有系统中的#2 机组内容。UNIT 9:保留原有系统中的 9COM、KSN、KDO、KME内容。3.1 增加API通讯设备拆网后,1/2/9 号机组一层网络独立,原 API 被分割到1 号机组和 2 号机组网络内。1/2 号机组 DCS 二层与 9 号机组的 DCS 一层的信号通讯无法通过原 API 站进行,其通讯信号包含较多的数字量和模拟量控制信号、测量反馈信号。所以,此处选择在 1/2 号机组各增加了两台互为冗余
12、的共 4台 API 站连接到 9 号机组 DCS 一层,这样可以有效减少跨机组信号通过 DCS 一层网络传输数据量。3.2 增加FBM232通讯卡FBM232 最多可以访问 64 个设备来读取或写入信号。从与 FBM232 相连的 I/A 系列控制站,一个 I/A 系列控制站可以使用 FBM232 访问多达 2000 个模拟 I/O 值,或多达64000 个数字 I/O 值,或者数字和模拟值的组合。控制站访问 FBM232 信号的频率最快可以达到 500ms。DCS 一层跨机组信号两种传递方式的优缺点:1)硬接线模式。优点:响应快,抗干扰能力强,信号相对独立,检修过程中影响面小,传输时延短;缺
13、点:需增加大量卡件和电缆,成本高,改动大,无冗余。2)通讯卡通讯。优点:具有冗余功能,无需敷设电缆,响应时间适中,单卡通讯信号量适中;缺点:一旦故障,影响面较大。通过对比和信号组态分析发现,通讯卡通讯方案在信号数量和响应时间上均满足要求,且拆网涉及信号设备无安全级设备。本次拆网最终选用了冗余 FBM232 通讯卡件,具体为在每个机组各添加两对 FBM232 通讯卡,共计 6 对12 个通讯卡,用于与其他两个机组的信号通讯。4 信号分析与拆分实施整个网络拆分过程是十分复杂繁琐的,涉及信号传输、试验数据采集系统和时钟系统的拆分等众多工作,这其中组态信号分析最为繁琐,且存在的一些问题不易发现,本章针
14、对拆网过程中组态信号进行分析总结。4.1 跨机组信号分析由网络拓扑图可看出,涉及的通讯信号种类较多,主要包含 4 种类型。第一类信号“DCS 一层需跨机组调用的数据信号分析”,需通过“DCS 一层组态导出信号清单”,将互相传送信号的所属控制器、交换机、机组号一一备注出来,将信号与其引用信号分布在不同机组的种类筛选出来,得到一份 DCS一层跨机组调用信号清单。第二类信号“副控室 DCS 二层画面调用的数据信号分析”,副控室二层与 DCS 一层均是 FOXBORO IA 系统,但副控室 DCS 二层属于 9 号机组,其与 1/2 号机组 DCS 一层所有通讯需通过 DCS 一层进行通讯,需将副控室
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