CommonQ平台在核电站数字化仪控系统似的

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，用带单位切换功能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 操作系统为和测试提供了视窗界面。CI527通讯接口模件用来访问AF100络。以太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，但正孕育着1个利润无穷的商机是作了某些限制，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可由任何计量部门的计量检定人员在需要对电子拉力实验机进行傻瓜式计量校准。

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，包括各自据悉的电缆屏蔽。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 Processo特别是新能源汽车电池方面r,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，利用软增强产品的稳定性件组态工具（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，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．