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　　2.1 FCS硬件

　　FCS硬件主要包括：大量的现场仪表（传感器、变送器等），采用嵌入式技术的智能的单元控制部件（PLC、调节器），这些称为控制层，还有工业以太网、计算机控制中心、报表工作站、打印工作站等。智能仪控器包括自补偿、自校正、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆等功能。智能仪控器的标准化打破垄断，推动了市场竞争。

　　为了确保核电站安全、仪控系统的可靠，冗余技术在FCS里到处可见。变送器、单元控制器、CPU、工业以太网、控制单元、服务器等设备都要采取冗余。为了减少共因，冗余设计中经常采用不同的设备实现相同的功能。

　　2.2 FCS软件

　　软件冗余也是提高可靠性的一种方法。它有两种方法：一种是带有智能控制设备的冗余，软件自然也就是冗余的；另一种是开发两套功能相同的软件，用在智能控制设备上。但开发这样的软件要成立两个不同的项目组，而且他们之间不能有任何交流。在这样的软件中相同缺陷的概率是很小的，共因失效的概率也是很小的。但这样的开发成本是昂贵的。在智能控制设备里，由于嵌入式系统中程序代码的大小受到限制，所以不能用高级语言。只能用汇编或C语言编程。

　　对于用户来说人机界面软件是看得见的，也是最关心的。人机界面有三种组态：静态、动态和交互式。静态是屏幕上画的模拟图，如泵、罐子和管线等不变化的图文。动态是屏幕上显示的实时变化数据，如实时采集到的温度、流量、功率和压力等数据。交互式界面是操纵员可在屏幕上对某个设备进行控制操作，如需要启动或停运一个泵时选择该泵图上的ON或OFF，确定后即可实施，并用图的形状或颜色显示区别泵的启动或停运。

　　在监控室（即监控层）里，用CRT和大屏幕替代模拟仪表控制时代的仪表盘和仪表墙功能。监控层的操纵员在监控室也可以设定智能控制器的预值，操纵员再也不用摆弄开关、按钮了，用鼠标、键盘就可以控制核电站。

　　2.3 FCS网络

　　FCS网络体系结构是采用多域管理方式。每一个域有一个独立的FCS。各个域之间可以通过标准协议进行数据交换。而且每个域的规模可以扩大。

　　FCS中的网络系统采用工业以太网技术。从单元控制器输出的数据可通过以太网传送到不同的服务器上。工业以太网与普通以太网有些不同，主要有工业以太网使用工作温度范围较宽、封装牢固(抗振和防冲击)、导轨安装、电源冗余、直流24 V供电等。它们同样符合IEEE802.3标准。

　　FCS之所以是开放性的，因为现场总线有标准协议。虽然现场总线标准协议有多种，但每一个标准都有自己更适合的应用领域，所以多种现场总线标准得以并存是客观需要。对于核电站适合采用哪种现场总线标准，应该借鉴国外的经验。

　　FCS的管理层是通过网络，使核电站的高层管理人员可以了解核电站的运行情况和指标。

　　3、FCS在核电站中的应用

　　核电站应用FCS可提高仪控系统的可靠性，安全性；提高电站的经济效益，减少运行、维修费用；有利于设计、维修和备品备件的管理；提高了工作效率和管理水平。

　　FCS应用到核电站领域的好处是显而易见的。而且还有一个更有意义、更长远的应用就是自动采集各类数据。它通过系统提供的硬件和软件，使过去认为杂乱无章的数据，存入到设备可靠性数据库。曾经有一位外国厂长说过：核电站不仅生产电，而且生产数据。这就给核电站提出更深层次的管理和应用问题。过去核电站各类数据都记录在操纵员日志和各种试验报告中，那是纸制记录。有的是用磁带记录，但必须用专门的读取设备，读出的数据都是用各种编码代替设备，很难读懂。有的核电站（如：中国实验快堆）数据将以文本格式存储，读取方便是个进步，但不是数据库形式，无法对各类数据进行统计和分析。要想把各类数据变为有用数据，这项工作即耗时又耗钱。有了FCS，在软件上可以作到所有数据以数据库形式保存在几个服务器上，定期刻成光盘保存。为各类数据统计和分析提供了前提条件，这就是深层次的管理和应用的基础。

　　在1980－1990年期间，PSA在美国核电站应用中已经完成单站考验（IPEs-Individual Plant Examinations）过程[9]。Risk-informed technology（风险指引技术）使PSA在核电站安全方面的应用进入了新领域[10]，这与计算机网络在核电站的应用是分不开的。 设备可靠性数据库是建立在大量的核电站运行数据之上的。概率安全分析（PSA）、Risk inform又是建立在设备可靠性数据库之上的。FCS在核电站应用之前，法国EDF设备可靠性数据库已经有了几百堆年的设备可靠性数据，它已成为法国堆型的设备可靠性通用数据库。大亚湾核电站2001年以前的设备可靠性数据采集工作是手工完成的，设备可靠性参数统计方法中的运行失效率、需求失效概率[11]还是单机计算。核电站有了FCS，设备可靠性参数统计方法中的运行失效率、需求失效概率，以及始发事件计算将从人工统计计算进入到自动统计计算。如果一个设备失效，或对某一列进行隔离，管理部门通过安装在FCS管理层中的概率安全分析计算软件就可以很快地给出维修该设备会有多大的堆芯损伤频率，维修该设备是否对机组安全运行有影响，是否需要降功率，在什么工况下维修该设备既安全又经济，为决策人员提供参考依据，这就大大提高了工作效率和管理水平。

　　4、结束语

　　目前，在国外，FCS在火电厂、化工厂、核电站等大型企业的仪控领域里得到了广泛的应用。而在国内，FCS在核电站的应用刚刚开始。FCS的应用将使核电站的安装、调试、维护更为方便，也对仪控维修技术提出了更新的要求，使设备可靠性数据采集方法、概率安全分析、风险指引技术、实时管理等产生根本的变化。为实现科学的全数字化管理核电站提供基本保证。

　　参考文献

　　[1] Wood, Graeme. Field-bus status 1995, Computing Control Engineering Journal. Dec. 1995

　　[2] James M. Taylor. CERTIFICATION OF TWO EVOLUTIONARY DESIGNS，SECY-96-077 (U.S. Nuclear Regulatory Commission) , April 15, 1996

　　[3] Mary-Ellen Foley. Czech Nuclear Plan and Environment and Economic Comparisons. TED Case Studies, Volume 4, Number 2, June, 1995

　　[4] Hitachis ABWR

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关键词： 现场总线 控制系统 核电站