秦山核电站是我国第一座自行设计、建造并成功运营的核电站，该电站的电站计算机系统原采用法国的SOLAR计算机，经过十多年的运行后，由于元器件老化及备品备件缺乏等原因，设备故障开始增多，经常出现死机，已经不能满足电站安全稳定运行之需要，因此决定采用开放的、通用DCS平台作为基础，针对核电站特殊功能需求定制开发，从而彻底替换原系统，以更好地为核电站运行服务。

2  系统介绍

    改造后的秦山核电站电站计算机系统采用北京和利时系统工程股份有限公司的第四代控制系统HOLLiAS-MACS系统，本系统采用开放的系统结构、高性能的系统软件、以及硬件设备的合理工艺和极为方便灵活的安装方式，综合了计算机技术、网络技术、应用软件技术及信号处理技术等国际先进技术，是一套理想而且实用的系统。

图1  系统配置图

2.1  系统结构的开放性
    (1)  开放的网络结构
    在系统操作层，采用100M、10M冗余工业以太双光纤环网为骨干网、冗余的五类双绞线为分支网的分布式系统。在现场信号处理层，采用500K~12Mbps的Profibus-DP现场总线连接主控单元和各现场信号处理模块。系统提供标准的RS-485、RS-232电气接口（Modbus协议）同其他系统的PLC、智能仪表连接。
    (2)  开放的操作系统
    在系统操作层采用Windows 2000操作系统，并提供ODBC和OPC接口，保证系统软件的开放性和高性能的人机界面要求。
    在系统的控制站采用成熟的实时多任务操作系统以确保控制系统的实时性、安全性和可靠性。主控单元的软件固化在半导体盘中，而实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，满足控制系统可靠、安全、实时性要求。
2.2 系统软件特性
    ?  实时性  控制器基于嵌入式实时操作系统，保证控制精度、实时、高效；
    ?  先进性  灵活的客户/服务器构架，适合核电大规模系统的I/O、报警、报表、趋势、服务器分布式设置，既保证数据的一致性，又可以使负荷均担，功能丰富的HMI人机界面，灵活强劲的控制软件，支持离线仿真，在线下装，数据回读功能；
    ?  经济性  现场总线的系统设计有效节约整体项目投资，降低运行成本，系统可以接入Profibus-DP、CAN等各种现场总线的仪表设备，简化了系统结构和用户的二次投资。TCP/IP技术使网络构成简单，且可使Internet进行远程浏览和访问；
    ?  易用性  智能设备管理，故障诊断，精度校正，带电插拔，整个系统实行人性化设计；
    ?  延续性  操作站采用通用的软硬件平台，可跟随信息技术的不断提高而同步升级。
2.3 系统硬件特性
    硬件的特性主要是采用先进技术生产，其工艺合理、安装方便、安全、稳定可靠以及美观等：在I/O处理单元上采用小模块结构（模拟量8点，开关量16点），在A/D处理器上采用每路一个A/D转换器，使危险进一步分散；每路信号在接口处都增加过压和过流保护措施，使得模块在大信号下干扰不损坏；每个模块都可以带电插拔，更换方便；模块和底座之间采用欧式针型连接器，保证连接可靠；采用多种冗余结构（网络、控制器、电源模块）系统安全稳定可靠。
    (1)  现场控制站电源
    现场控制站的电源为单元式模块化结构，从输出电压上来看，分为DC 24V和DC 48V两种。其中，系统电源的输出为DC 24V，开关量巡检电源的输出为DC 48V。
    电源模件采用冗余热备，均流工作方式，某一个部件发生故障时，系统仍可以保持正常工作，且可在线带电插拔。
    系统电源给各I/O模块和主控单元的供电，现场电源用来给现场的开关量输入节点提供巡检电压。
    (2)  现场控制站主控单元
    主控单元是一个PC兼容的高性能的工业级中央处理单元。它采用模件化结构，由CPU板、多功能卡（完成主从判定逻辑电路、掉电保护SRAM电路、双冗余以太网控制器、Profibus-DP控制器等功能）、电源模件组成，其CPU具有强大的整数和浮点运算能力，能进行大规模的复杂的数据处理工作。主控单元还有多种通信接口，可与现场控制站的过程I/O模块相连构成一个完整的MACS系统，同时还能方便地实现与其它系统的互连，增强系统的开放性。另外，通过冗余接口能方便地实现双机的冗余，使系统的可靠性大大提高。
    (3)  现场控制站过程I/O单元
    考虑到系统安全长期运行，采用低功耗元器件，降低整体的热损耗，同时在机柜中设计了通畅的风道，可以满足核电站的环境要求。
    为了避免在故障状态下的故障输入信号损坏系统，在I/O模块上采用了大量的保护和隔离措施，I/O模块采用光电隔离，使模块内外在电气上分离，对于信号端子上的高电压串入，瞬态高压可以靠可自恢复的TVS（Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制器)器件吸收，不会损坏系统，长时间的高电压信号只会影响本通道的数据采集，遵循单一故障原则。
    在I/O模块中，采用了Profibus-DP现场总线技术，I/O模块均支持带电热插拔，所有的I/O模件均采用智能化设计，模件本身自带CPU，负责通道信号扫描及信号预处理，然后通过现场总线（Profibus-DP)与主控单元通信。模件具有看门狗定时器电路，可使模块在异常情况下自动复位。提供了模块电流过载保护、DC 24V反向保护、通讯线箝压保护。支持实时的状态显示，可实时显示本模块的运行状态和通信状态。I/O模块分为2个部分，通用底座和模块本体，底座采用35mm标准导轨安装，通过密封的欧式连接器连接模块本体，通过防混销可以避免在错误位置上插入模块本体。

3  工程概况
    系统的主干网是用光纤将4对（8台）HIRSCHMANN光电以太网交换机连接起来的双环网，这样就能做到既是每个环路上有一处出现线路断裂，也能保证主干网也是冗余状态，这就是主干网的双冗余。
    工程配置两台系统服务器、两台通讯服务器、一台Web服务器，两台系统服务器完成I/O服务、趋势服务、历史数据存储以及报警等；两台通讯服务器，一台数据输入通信服务器，负责采集气象微机系统、RMS（Reliability，Maintainability and Safety，可靠性维修性安全性）系统、堆芯欠冷系统A列的数据，另一台数据通信服务器，负责向环境应急系统、BEACOM系统输出数据和采集堆芯欠冷系统B列的数据；Web服务器完成系统向工厂局域网发送机组运行的适时数据，并在Web服务器和工厂局域网之间安装了病毒防火墙，防止外界病毒侵袭系统，保证系统安全。
    工程配置1台工程师站、4台操作员站、1台值班长站和打印设备。
    整个系统配置4个I/O站以及1个远程I/O装置，而且每个站都是根据现场情况选在相应位置，使系统的I/O点分配更加合理，大大节约投资。
    系统配置GPS校时集线器，作为系统基准时钟源，对系统服务器、操作员站、I/O采集站全部进行自动校时，保证各个服务器、操作员站、I/O采集站的时间完全同步，实现全系统时钟统一，校时精度≤1ms。

4  结语

    在2005年初秦山核电站第八次换料大修期间，此系统顺利实施，并且一次投运成功，保证了核电站按计划正常并网发电。通过近几个月的运行，系统运行正常，大大降低了仪控人员的工作量，为运行人员的操作提供了很好的帮助。
    秦山核电站电站计算机系统的成功更新，为核电站的数字化工作做了一次有益的尝试，为以后的核电站全数字化奠定了一定的基础。