Common Q平台在核电站数字化仪控系统中的应用

摘 要：美国西屋公司的AP1000核电站，采用了数字化仪控系统，实现方式为Common Q+Ovation。这种集成的仪控系统设计，减少了接口和软件平台的数量，提供了一个优化的结构和性能。Common Q平台属1E级，AP1000核电站的反应堆保护和安全监视系统就是在这一平台上实现的。本文着重介绍了Common Q平台的结构。
关键词：核电站AP1000；Common Q；数字化仪控

1 背景
　　在和EPR的竞争中，美国西屋公司的核电技术AP1000成功中标，成为我国引进的第三代核电技术。AP1000有鲜明的设计特点，在成熟的压水堆技术基础上，采用“非能动”的安全系统，使核电站安全系统的设计发生了革新的变化。在核电站的重要组成部分仪控系统中，采用了数字化控制和保护系统，集成了电厂的各个工艺系统，为电厂的控制、保护和操作提供了一个统一的界面。AP1000的数字化仪控系统通过西屋公司的Common Q+Ovation平台实现的。
　　Ovation平台属非1E级，用于实现正常运行仪控功能，是一个商业化的、成型的产品，主要应用在发电和工业控制领域，国内很多的常规电厂都采用了Ovation平台。
　　Common Q平台属1E级，用于实现安全仪控功能，设备具有抗震要求，经过核电应用环境适用性考验，经过批准的验证和确认（Verification and Validation，v&v）程序和质保程序评价。AP1000核电站的反应堆保护和安全监视系统（Protection and Safety Monitoring System，PMS）就是利用Common Q这一平台来实现的。

2 Common Q系统的硬件结构
　　由于Common Q是1E级的平台，所以组成平台的所有部件都是lE级的，它的主要部件有：AC160控制器（带PM646处理模块）、输入输出模件、人机接口、接口和测试处理器、部件接口模件、输入，输出终端单元、综合通讯处理器、电源供应模件等。
AC160控制器
　　AC160控制器是一个带有多通道处理能力的模件化控制器，被用来执行安全相关系统的保护算法，支持热插拔功能。
　　处理器采用ABB编程语言（AMPL）进行编程，除了进行逻辑结构的编程外，还提供了对AF100网络、全局内存、输入输出、HSL的接口的编程支持。
　　处理器有一个内置的、独立的看门狗计时器。如果一个保护功能由于处理器的故障而无法实行，看门狗能够发出报警和提供通道跳闸功能。
　　AC160控制器所使用的处理器模件是基于MotorolaMC68360的32位处理器发展起来的PM646。PM646模件包括两个32位的微处理器板：处理器部分和通讯部分。其处理器部分包含有应用代码，可以执行自诊断功能，存储、读取双端口存储器里的数据等。其通讯部分能处理两个HSL通讯端口，RS422接口。
输入输出模件
　　AC160控制器采用$600系列输入输出模件，S600系列输入输出模件包含了所有的传统卡件，例如模拟量输入（包含差分输入、热电偶、热电阻）、模拟量输出、开关量输入，输出、转速传感器输入和脉冲计数。
　　在启动和正常运行时，系统软件能自动的监测I／O模件的状态，而更详细的诊断信息则可以通过MTP（维修和测试面板）查询。
　　S600I／O模件可以热插拔。但对PMS系统来说，受I／O模件更换影响的通道和序列，在维修开始前，应先旁路。
人机接口
　　Common Q的人机界面是平面显示系统，包含触摸屏显示和一个PC节点盒。PC节点盒相当于工控机的主机，其QNX 操作系统为在线和测试提供了视窗界面。CI527通讯接口模件用来访问AF100网络。以太网接口提供和外部非安全系统的接口。还包括光驱、键盘鼠标等，功能与工控机相当，这里不再描述。
　　当安装在控制柜里，平面显示系统被称作维修和测试面板（MaintenanceandTestPanel，MTP）；安装在主控室作为PMS的一部分时，被称作操作员模块（Operator’Smodule，OM）。通过MTP，技术人员能够执行监视、修改、组态、测试等任务。MTP具有显示图形和趋势显示功能。OM执行和MTP一样的功能，但是作了某些限制，以防止操作员可能在无意中对系统做出的改动。OM和安全系统之间没有直接电气连接。
接口和测试处理器（Interface and Test Processor,ITP）
　　ITP用于测试和诊断系统运行情况。ITP接收来自AFIO0总线的数据，并把数据通过单向HSL传送至其它PMS通道的ITP中，进行连续在线交叉比较，以检测现场传感器、回路供电、输入信号采集和D／A转换是否故障。正常运行时，监测来自其它通道的故障和诊断信息，并在本通道中报警，从而提高保护系统的可维护性。ITP通过MTP将测试和维护信息送给操作员界面。
部件接口模件（ComponentInterfaceModule，CIM）
　　CIM从安全系统和多样性非安全相关系统接收部件控制信号，并且根据用户选定的优先级（比如说，安全系统的优先级或部件状态的优先级）进行信号表决，再送到电厂设备。另外，CIM能接收远程手动部件控制信号，并将该信号作为最优先级信号。CIM还可以对安全系统的命令，从控制器到CIM模件进行连续测试。
　　CIM最多可接受八个反馈输入信号，用以提供部件连锁（比如，电动阀门的力矩开关控制），或用以显示设备状态的限位指示器。CIM提供了一个独立连接，能够使用该连接发送部件状态信息到电站计算机。
输入/输出终端单元
　　I／O终端单元提供了一个S600I／O模件和现场电路的接口。对不同的I／O模件，对应不同的终端单元。各类型终端部件为不同的现场接线提供终端点，包括各自的电缆屏蔽。各类型终端单元还提供信号断点和测试点，用以系统测试和维护。
综合通讯处理器（Integrated Communications Processor,ICP）
　　ICP系统接收来自现场总线AF100的数据并将其转换为模拟或开关量信号，将这些信号通过独立的硬接线送到PLS中，接收来自现场总线AF100的数据，然后通过HSL通讯传送至其它通道的ICP中，同时接收来自其它三个通道的ICP的数据。

3 软件
　　Common Q平台，利用软件组态工具（AMPL ControlConfiguration，ACC），在使用intel处理器的个人电脑上完成组态的编程。
　　　　AMPL是基于预先定义好的功能块工作的，这些功能块被称为过程控制（Process Control， Pc）元素和数据库（Database，DB）元素。PC元素和DB元素配合使用，即可组态形成完整的控制功能。
　　AC160软件包括一个实时的操作系统，任务管理程序，诊断程序，通讯接口程序以及用户应用程序。所有这些程序都存储在PM646处理器的PROM 里。
　　系统的应用开发和修改是通过ACC 组态工具来完成的，从最初的组态，到内部测试，到现场调试以及工作系统的维护，都是由这个工具来完成。ACC软件包括应用程序生成器和功能图生成器。程序生成器用来进行项目管理和软件集成，功能图生成器，用来进行程序开发。

4 通讯
　　Common Q 平台中主要用到三种通讯方式：AFIO0（Advant Fieldbus 100）用于通道内部的通讯；高速数据链路（High Speed Link Communication，HSL）用于通道问的数据传输和同一通道内不同控制器之间的数据传输；以太网，用于与扩展系统，例如电站计算机系统之间的数据通讯。
　　国内的浙江三门核电站和山东海阳核电站作为AP1000的自主化依托项目，目前各项工程建设正在按计划进行，相信随着工程的不断深入，Common Q这一安全级平台会得到更多的关注，在各方的努力下，我们会全面消化吸收这一技术，并最终实现国产化。

参考文献
[1]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16Chapter2．
[2]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16 Chapter 7．
[3]ABB·CE，CENPD-396一P,Rev．1．Com on qualified platform．