基于PLC控制下核電站風(fēng)險監(jiān)測和自動控制平臺的探究

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)的實時監(jiān)控和傳輸。PLC的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有下面幾個部分組成：

1.1 PLC中央服務(wù)器

PLC的中央服務(wù)器是整個控制系統(tǒng)的神經(jīng)樞紐，每個PLC系統(tǒng)最少會有一個CPU ，其按PLC的要求對數(shù)據(jù)進行儲存，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)都會由其統(tǒng)一管理，已達到核電站內(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)的人機對話界面，把整個系統(tǒng)的運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)工作的全過程進行實時監(jiān)控。PLC控制系統(tǒng)可以同時提供多個正常畫面，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

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

1.4 PLC系統(tǒng)控制器

PLC系統(tǒng)控制器是核電站整個自動化控制系統(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，高效的實時監(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，降低了成本。

1.6 PLC（I/O）模塊

PLC控制系統(tǒng)是將多個控制器以及（I/O）模塊分散后進行聯(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)信息傳達到中央服務(wù)器，確保信息集中統(tǒng)一，同時為了避免個別的系統(tǒng)設(shè)備的故障造成整個核電站體系的安全危險，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。

隨著我國計算機信息水平的不斷提高，控制管理技術(shù)的進一步發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)多樣化的研究更加豐富多樣，比如計算系統(tǒng)、計數(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)備進行隨時診斷。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，品種也不夠齊全，需要后期的進一步研究發(fā)展。

2 核電站風(fēng)險監(jiān)測和自動化管理的基本內(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化管理技術(shù)，對核電站進行系統(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)險監(jiān)測內(nèi)容

2.1.1 輻射數(shù)據(jù)管理

核電站風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)核能設(shè)備進行監(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，計算個人以及集體的各項累積劑量，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)出警報信息，同時生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表。

2.1.2 控制監(jiān)管

核電站風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)會對人員、限制區(qū)域以及任務(wù)的授權(quán)進行有效管控。該系統(tǒng)可以進行，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)險監(jiān)測系統(tǒng)會對輻射監(jiān)測設(shè)備進行全程監(jiān)視，會接受輻射裝備發(fā)送的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時做好備案，并記錄下設(shè)備發(fā)生的異常信息，通過獲取的數(shù)據(jù)進行安全管控。

2.1.4 人員通行控制

核電站風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)會根據(jù)每個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，對工作人員的進出通行情況作出正確判斷，同時對作出的錯誤的的判斷可以及時的進行更正和處理。

2.2 核電站自動化管理的基本內(nèi)容

反應(yīng)堆的監(jiān)視、運行、管理、廢料的處理；發(fā)電機的啟動、運行、停止等狀態(tài)；發(fā)電站下變壓器的運行管理，電廠變流站的運行管理；電輸送；實時監(jiān)控；信息共享；等等

核電站自動化，可以做到“無人值班”，計算機進行全程監(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)部運作方式應(yīng)用于核電站的優(yōu)點

PLC借助程序編程的方式將繼電器、計數(shù)器等硬件實體控制，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，提高了核電站運行的效率，減少了錯誤的產(chǎn)生。PLC可編程系統(tǒng)在核電站運作中有以下優(yōu)點：

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作體系當(dāng)中，為核電站的合理運作創(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，采用實用簡單的控制模式，畫面豐富、直觀、形象。各種報表和圖形等功能具有很高的實效性。

3.5 抗干擾能力強

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

3.6 實時可靠、信息共享

PLC系統(tǒng)控制下整個核電站網(wǎng)絡(luò)，可以達到信息共享、信號共享，各個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，對整個核電站的數(shù)據(jù)進行全程采集、記錄、分析、監(jiān)視以及操作控制，同時系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時，可以進行局部的故障在線維修。

3.8 設(shè)計優(yōu)良

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

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

核工業(yè)的發(fā)展關(guān)系整個國家的興衰存亡，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（PSA），使安全風(fēng)險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)險監(jiān)測系統(tǒng)的實時預(yù)測和監(jiān)測之下。然而，通過對系統(tǒng)的使用，發(fā)現(xiàn)其存在著計算失誤、速度慢、操作繁雜等不足，很可能會影響核電站的發(fā)展，嚴(yán)重的會造成安全威脅。PIC采用的可編程存儲器，具有可靠性強、抗干擾能力強、速度靈敏、容易操作、體積小、價格便宜等優(yōu)勢，運用于核電站工作將大大提高核電站風(fēng)險監(jiān)測的安全性以及對核電站自動化管理的有效性。

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

核電站實時風(fēng)險計算是風(fēng)險監(jiān)測器的核心，一直是研究的熱點。在核電站風(fēng)險監(jiān)測中包括了“割集法、重解法以及混合法”三種風(fēng)險監(jiān)測方式。一是割集法。其雖然能快速計算風(fēng)險，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。其雖然能保證計算結(jié)果正確，但是計算的速度較慢。三是混合法。其存在截斷問題，雖然能提高計算精度，但是如果計算方法不當(dāng)，計算速度仍會很慢。IPC采用可以編程的程序存儲器，用來存儲運算、計時、計數(shù)以及算術(shù)運算等操作指令，具有計算精確、計算快速、高可靠性以及很強的抗干擾能力，真正提高了核電站風(fēng)險監(jiān)測的能力。

4.2 PLC自動化控制系統(tǒng)的特點

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化控制日趨合理性、有效性。PLC計算機控制系統(tǒng)就是以計算機技術(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，使得繼電器接點變位幾乎為零，加強了計算以及各種算術(shù)能力，提高了工作效率。

4.3.2 抗干擾，可靠性強

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，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

核電站工作人員的自動化知識、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、直觀的表達方式，讓核電專業(yè)人才去除了對自動化控制知識的盲點，確保了操作的安全有效性。

5 PLC運用于核電站的發(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，進一步完善PLC系統(tǒng)，使其數(shù)字化、智能化得到進一步加強。未來在PLC系統(tǒng)管控下核電站的風(fēng)險監(jiān)測與自動化能力將會更加具有穩(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，品種將會越來越多樣化，規(guī)格也會更加的完備，使PLC系統(tǒng)對核電站風(fēng)險監(jiān)測以及自動化管理更加合理化。

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。隨著我國計算機技術(shù)的不斷提高，自動化水平不斷發(fā)展，PLC在核電站體系運作中的比重將會越來越大，功能也將會越來越多樣化。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成為核電站自動化管理的發(fā)展趨勢。

[1] 許耀武, 薛大知, 奚樹人. 核電站實時風(fēng)險管理系統(tǒng)[J].核動力工程, 1997, 18(4): 298-302.

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

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