DCS改造中電纜端接風(fēng)險(xiǎn)評估與控制

井維泉，胡文勇

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

DCS 改造設(shè)計(jì)與新項(xiàng)目DCS 設(shè)計(jì)有所區(qū)別，改造的難度更大，風(fēng)險(xiǎn)更高，DCS 升級改造受很多條件制約，是一個(gè)逆序設(shè)計(jì)的過程，需要調(diào)整自身設(shè)計(jì)去適應(yīng)外部接口。

DCS 升級改造中，除實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能需求外，更需要辨識(shí)改造中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并制定對應(yīng)策略。本文重點(diǎn)討論中核運(yùn)行DCS 改造中電纜長度不可達(dá)風(fēng)險(xiǎn)的解決過程，通過模型量化計(jì)算，通道優(yōu)化調(diào)整，基本保證所有電纜可達(dá)設(shè)計(jì)通道。本文還根據(jù)現(xiàn)場情況提出一系列管理措施，在提高端接正確率方面取得了良好效果。

1 DCS改造項(xiàng)目情況介紹

中核運(yùn)行DCS 系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目準(zhǔn)備3 年多，目前已完成機(jī)組DCS 系統(tǒng)改造工作，項(xiàng)目準(zhǔn)備充分，現(xiàn)場實(shí)施順利，投產(chǎn)后運(yùn)行平穩(wěn)。

DCS 改造前，秦二廠1/2 號機(jī)組選用國產(chǎn)CAS2000 系統(tǒng)，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)第一套國產(chǎn)核電DCS 系統(tǒng)[1]，平臺(tái)設(shè)計(jì)和工程實(shí)施缺乏經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性不佳，運(yùn)行維護(hù)困難。其中，最大的缺陷是控制站分站方案存在問題，工藝系統(tǒng)冗余備用的設(shè)備分在同一站，控制站變成故障敏感設(shè)備。

本次改造采用北京和利時(shí)公司NM 系列產(chǎn)品，系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)類似，但硬件形式、尺寸和接口類型變化大[2]。新舊系統(tǒng)之間的差別增加了改造難度，加大了項(xiàng)目執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)。DCS 升級改造除例行產(chǎn)品更新、系統(tǒng)升級外，還有更高的要求。首先是消除舊系統(tǒng)安全隱患，外部信號重新分站；其次是吸收運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，豐富系統(tǒng)功能；最后，也是最難的是保證現(xiàn)場實(shí)施一次成功，壓縮施工窗口，高質(zhì)量施工。

2 分站方案可實(shí)施性評估

新舊系統(tǒng)模塊尺寸差別，導(dǎo)致分站方案產(chǎn)生的通道配置表和原先系統(tǒng)通道配置表沒有直觀可比性?，F(xiàn)場實(shí)際情況也并不樂觀，大部分電纜沒有預(yù)留長度，電纜走向等信息也很難準(zhǔn)確掌握。

分站方案趨向于考慮功能需求，但不能確定設(shè)計(jì)好的方案能用于現(xiàn)場，需要專門分析設(shè)計(jì)與現(xiàn)場的匹配程度，盡早消除電纜端接風(fēng)險(xiǎn)。

3 優(yōu)化通道配置，確保電纜長度可達(dá)

為保證設(shè)計(jì)方案在現(xiàn)場順利實(shí)施，需要量化分析所有電纜端接情況，提前優(yōu)化調(diào)整通道配置方案。DCS 系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)超8000 點(diǎn)，假如可以接受50 個(gè)點(diǎn)電纜不可達(dá)，則可反算電纜不可達(dá)比率僅為0.625%。通道調(diào)整的目標(biāo)是不斷降低電纜不可達(dá)的概率，直到總風(fēng)險(xiǎn)可以接受。

DCS 外部電纜情況復(fù)雜，長度不一，幾乎沒有余量。這里保守認(rèn)為設(shè)計(jì)通道在原先位置附近或進(jìn)線方向途中，則認(rèn)為電纜可到達(dá)。

優(yōu)化算法基于以下假設(shè)：

1）舊系統(tǒng)中通道位置代表電纜可用長度。

2）新系統(tǒng)中通道位置代表電纜需要長度。

3）模型不考慮任何電纜余量，可保證實(shí)際不可達(dá)概率≤計(jì)算概率

3.1 構(gòu)建參考模型

新機(jī)柜尺寸示意圖如圖1 所示，使用原先底座，機(jī)柜高200cm，外加10cm 防滴水頂蓋，新舊機(jī)柜柜內(nèi)空間沒有變化。

參考模型以不變的地面為參考，模型中所有外部電纜用點(diǎn)取代，每個(gè)點(diǎn)定義4 個(gè)屬性（三維空間坐標(biāo)加電纜進(jìn)線方向）。點(diǎn)與通道對應(yīng)，與通道的空間位置一致，電纜長度判斷簡化為通道坐標(biāo)判斷。

圖1 新機(jī)柜尺寸Fig.1 New cabinet dimensions

3.2 選取參考坐標(biāo)系

選取模型的垂直中心為Z 軸，Z 軸與地面的交叉點(diǎn)為原點(diǎn)（0,0,0），模型前后方向?yàn)閄 軸，模型左右方向?yàn)閅 軸。

外部電纜從上下兩端進(jìn)入機(jī)柜，理論上同一Z 平面上的四個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的電纜長度一樣，X、Y 坐標(biāo)不影響電纜長度計(jì)算。X、Y 坐標(biāo)主要用于后期生成實(shí)物接線圖，它能表征點(diǎn)在模型中諸如前面左排等類似信息。

繼續(xù)定義Z 方向標(biāo)準(zhǔn)單位長度，量化模型中Z 值。如果參考舊系統(tǒng)定義單位長度，則舊系統(tǒng)在模型中的坐標(biāo)比較直觀，有規(guī)律。如果參考新系統(tǒng)定義單位長度，則新系統(tǒng)在模型中的坐標(biāo)比較直觀清晰?？紤]到當(dāng)時(shí)新系統(tǒng)沒有實(shí)物參照，計(jì)算驗(yàn)證比較困難，參考新系統(tǒng)定義單位長度。

新系統(tǒng)為模塊接線形式，模塊的長度有10.2cm 和30.5cm 兩種，大多數(shù)是短模塊，因此定義短模塊的長度為1 個(gè)單位長度，模型如圖2 所示。

3.3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集

模型確定后，開始收集整理現(xiàn)場數(shù)據(jù)。首先是新舊系統(tǒng)信號通道配置圖，柜內(nèi)模塊配置圖，模塊初始坐標(biāo)測量。其次是查閱設(shè)計(jì)院資料，現(xiàn)場核實(shí)電纜走向。數(shù)據(jù)來源如下：

1）DCS 數(shù)據(jù)庫信息，負(fù)責(zé)提供測點(diǎn)對應(yīng)的端子排或模塊號、通道號。

2）機(jī)柜端子排或模塊布置圖，負(fù)責(zé)提供相對位置和型號信息，型號反映規(guī)格尺寸。

3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)院電纜路徑，反映電纜上下進(jìn)線方向。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系Fig.2 Standard coordinate system

圖3 CAS坐標(biāo)計(jì)算原理框圖Fig.3 CAS Coordinate calculation block diagram

4）實(shí)物測量，確定最頂層點(diǎn)對應(yīng)的Z 坐標(biāo)是18 個(gè)單位。

3.4 坐標(biāo)計(jì)算

DCS 總點(diǎn)數(shù)超8000 點(diǎn)，坐標(biāo)計(jì)算量大，設(shè)計(jì)VBA 程序輔助計(jì)算[3]。

為提高坐標(biāo)精度，假設(shè)模塊中所有通道在模塊長度內(nèi)均分，算法計(jì)算公式為：

算法改進(jìn)后，坐標(biāo)精度提升到0.1 個(gè)單位長度，約1cm左右。CAS 坐標(biāo)計(jì)算原理框圖如圖3 所示，NM 坐標(biāo)計(jì)算原理類似，但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有別。

3.5 電纜不可達(dá)概率計(jì)算

分別計(jì)算完新舊系統(tǒng)坐標(biāo)，參考電纜進(jìn)線方向，用下列公式計(jì)算Z 坐標(biāo)偏差：

含義是：如果電纜是下進(jìn)線，則用舊坐標(biāo)減新坐標(biāo)；如果是上進(jìn)線，則用新坐標(biāo)減舊坐標(biāo)，坐標(biāo)偏差四舍五入取兩位小數(shù)?！鱖 坐標(biāo)偏差≥0，說明電纜夠長。

坐標(biāo)偏差大小反映電纜余量。如果不考慮電纜彎曲余量，可以直接判定結(jié)果小于零的點(diǎn)都需調(diào)整位置。如考慮5cm 左右電纜余量，可以判定小于-0.5 的信號測點(diǎn)需要調(diào)整。首次計(jì)算發(fā)現(xiàn)有1562 點(diǎn)坐標(biāo)偏差小于零，計(jì)算電纜不可達(dá)概率為1562/8000=19.53%。

3.6 坐標(biāo)驗(yàn)證

計(jì)算坐標(biāo)是后面通道調(diào)整的重要依據(jù)，需要采用輔助方法驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果[4,5]。

舊系統(tǒng)坐標(biāo)驗(yàn)證方法比較原始簡單，按坐標(biāo)制作標(biāo)有單位刻度的尺子，對照實(shí)物直接測量標(biāo)高，判斷計(jì)算數(shù)據(jù)正確與否。新系統(tǒng)坐標(biāo)規(guī)律明顯，每個(gè)模塊的起始坐標(biāo)應(yīng)該為整數(shù)單位；模塊內(nèi)通道坐標(biāo)應(yīng)等距遞增，最大值正好接近下一模塊起始值。如果符合以上規(guī)律則說明計(jì)算正確，實(shí)踐驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果精確可靠。

3.7 通道優(yōu)化調(diào)整

確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

同時(shí)要求：△K＞0 個(gè)數(shù)最多，爭取盡量多測點(diǎn)端接成功。

優(yōu)化目標(biāo)是：盡量讓偏差為正，且和值最小。偏差為正表示電纜可達(dá)設(shè)計(jì)通道，和值最小表示改造前后電纜挪動(dòng)最少，風(fēng)險(xiǎn)最小。假如電纜進(jìn)線方向的數(shù)據(jù)有誤，目標(biāo)函數(shù)能將風(fēng)險(xiǎn)減到最低。

繼續(xù)編寫自動(dòng)優(yōu)化算法[6]。定義站為邊界，以當(dāng)前模塊布置、通道位置為初態(tài)數(shù)據(jù)開始優(yōu)化，每一輪計(jì)算結(jié)果看作一個(gè)樹節(jié)點(diǎn)，每次只調(diào)整偏差小于零的點(diǎn)，每調(diào)整一輪都判斷小于零的點(diǎn)數(shù)。如果點(diǎn)數(shù)增加，則認(rèn)為優(yōu)化變差，返回上一節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入另外分支優(yōu)化[7]；如果點(diǎn)數(shù)減少，則認(rèn)為優(yōu)化有效，繼續(xù)優(yōu)化。最后，從優(yōu)化成功的方案中找出△K 最多且和值最小的方案。

圖4 優(yōu)化算法原理框圖Fig.4 Block diagram of optimization algorithm

此算法比較復(fù)雜，不能保證所有△K 都為正數(shù)，后期需要手動(dòng)配合調(diào)整，方可達(dá)到預(yù)期效果。

優(yōu)化算法原理框圖如圖4 所示。

4 強(qiáng)化管理措施，確保電纜端接正確

DCS 改造現(xiàn)場施工工期緊，電纜端接工作量大，正確端接才能有效保障計(jì)劃進(jìn)度，是施工期間重大關(guān)注項(xiàng)。項(xiàng)目管理中需要考慮輔助方法確保電纜正確端接。

4.1 圖紙輸出與正確性核查

為確保施工圖紙正確，項(xiàng)目施工用圖紙全部通過程序自動(dòng)生成。圖紙輸出程序根據(jù)前面算法轉(zhuǎn)換，其中原始數(shù)據(jù)來源于早期收集的現(xiàn)場信息。

圖紙自動(dòng)生成程序可以避免手工錯(cuò)誤，但可能隱含算法錯(cuò)誤，除抽樣核對外，反向編寫了核對算法，用不同的算法原理對數(shù)據(jù)作校對校驗(yàn)。

4.2 三段式套管核對法

現(xiàn)場更換電纜標(biāo)識(shí)時(shí)，為避免更換錯(cuò)位，新套管統(tǒng)一采用黃顏色，同時(shí)保留原始套管。端接結(jié)束后，質(zhì)檢人員先核對新舊套管一致性，繼而核對套管與端子一致性，最后核對接線與圖紙一致性。如一切檢查無誤，最后將舊套管隱藏到線槽。

4.3 套管打印總量控制

理論上，參照接線圖紙打印出一套標(biāo)識(shí)就能滿足施工需求。剩余套管標(biāo)識(shí)說明電纜遺漏，缺少套管說明前面更換錯(cuò)誤?？偭靠刂茣?huì)提前暴露問題，避免返工現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

DCS 系統(tǒng)升級改造是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)工作，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)僅是改造的基礎(chǔ)工作，項(xiàng)目執(zhí)行中風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和控制才是改造成敗的關(guān)鍵所在。

文中通過模型算法分析確保電纜端接成功，消除現(xiàn)場實(shí)施的最大風(fēng)險(xiǎn)，保證了項(xiàng)目順利實(shí)施。文中通過管理措施保證端接正確無誤，節(jié)約調(diào)試糾錯(cuò)時(shí)間，既保證施工質(zhì)量，又能提高計(jì)劃執(zhí)行效率。

通過專門的風(fēng)險(xiǎn)評估和控制，確保DCS 改造項(xiàng)目順利實(shí)施，系統(tǒng)初次上電即達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到只裝不調(diào)的效果。文中風(fēng)險(xiǎn)控制的思路和方法對其他類似數(shù)字化系統(tǒng)改造項(xiàng)目具有參考意義。