企业简介

作为中国自动化领域的权威旗舰网络媒体，控制网创立于1999年7月，是中国举行的第十四届IFAC （International Federation of Automatic Control）大会的中国官方组织机构的唯一指定网站。控制网是中国自动化学会专家咨询工作 委员会（ECC）的秘书处常设之地。是北京自控在线文化传播有限公司开设的网站。

  • 公司类型：其他

联系方式
  • 控制网
  • 地址：北京市海淀区上地十街辉煌国际2号楼1504室
  • 邮编：100085
  • 电话：010-57116291 / 59813326
  • 传真：010-59813329
  • 网址：http://www.kongzhi.net
  • Email：mahongliang@kongzhi.net
  • 联系人：市场部
案例详细
标题核电站报警系统的设计
技术领域变频器
行业电子制造
简介本文着重介绍了核电站数字化仪控系统中报警系统的设计，提出了报警发生、报警处理和显示等一整套报警系统设计的方法。文中结合核电站应用的实例，详细阐述了报警在核电站系统的监测方式，报警系统监测的成因和处理流程。
内容







余佳 （1983-）

男，江西九江人， 就读于信息产业部电子第六研究所，计算机应用技术专业，主要研究方向为核电仪控项目。

摘要：本文着重介绍了核电站数字化仪控系统中报警系统的设计，提出了报警发生、报警处理和显示等一整套报警系统设计的方法。文中结合核电站应用的实例，详细阐述了报警在核电站系统的监测方式，报警系统监测的成因和处理流程。

关键词：报警；工艺报警；设备故障报警；临时报警

Abstract: This paper introduces the alarm system applying in the I&C system of nuclear 
power station. It provides a series of feasible techniques about alarm occurrence, alarm
 processing and alarm display. With a practical case of application in nuclear power station,
 this paper describes in detail the monitoring methods, reason and processing procedure.

Key words: alarm; technics alarm; device fault alarm; temporary alarm

1 引言

    在常规核电站控制系统中，报警系统是其中的一个重要组成部分，它负责全厂各系统报警信息的采集、处理和指示，方便电厂操作人员对机组运行情况进行监视。当故障发生时，报警系统经过采集处理后，最终通过可视报警显示和报警声音信号来通知操作人员，操作人员可根据报警的种类来判断故障的严重程度，并及时采取相应的措施消除故障，保障机组正常运行。

2 报警的分类

    报警大体分为系统报警和过程报警。系统报警是指当系统设备出现异常时的报警，它可对整个系统包括操作站、控制站、网络和输出设备等进行实时检测。过程报警指按照工艺指标对生产过程数据的异常发出的报警。

    在本篇中着重介绍系统报警，以国内某核电站计算机系统为例，系统报警按照信号性质可分为工艺报警监视、设备故障监视和临时报警监视。

2.1工艺报警

    工程师使用离线组态软件为现场信号定义报警参数（模拟量报警限值、报警级等），然后利用离线组态软件提供的编译和下装功能，将报警参数下装到在线系统中，系统在线运行时就会按照离线定义的报警参数，对采集到的信号进行报警判断和处理，通过这种方式产生的报警称为工艺报警。 

2.2设备故障监视

    设备故障监视指示系统本身及相关设备的故障及某些特定的故障，如：系统I/O通道故障、系统外部设备故障、系统采集站故障、模拟量超量程、模拟量变化率超差、多重测量超差、专用电源丧失、开关量信号抖动和设备不可利用等。

2.3临时报警监视

    在核电站中，有些点离线组态时并没有设置报警参数，为了方便操作员对某些点的监视，允许有权限的操作员临时定义报警参数(如报警限值或者报警值)。系统在线运行时，由操作员临时定义报警参数而产生的报警称为临时报警。只有离线组态未定义限值报警的点才能定义临时报警。临时报警分为：模拟量临时限值报警、模拟量临时比较报警和开关量临时报警。

3 工艺报警监视和显示

3.1 报警发生

    对于开关量点的报警，在离线组态时定义其报警属性。对于具有报警属性的开关量状态变化，当由正常状态变化到报警状态时，产生一条开关量报警发生信息，并显示在操作画面上。当从报警状态恢复到正常状态时，产生一条报警恢复信息，在报警监视显示画面上，显示报警恢复信息，原报警信息自动消失。

    对于模拟量点的报警，同样在数据库中定义其的报警属性和报警限值，与开关量点不同，对于一个模拟量点可以定义多个报警属性。例如国外某核电站很多模拟量点定义为八限值，即报警限值定义为上限(H)、上上限(H2)、上上上限(H3)、上上上上限(H4)、下限(L)、下下限(L2)、下下下限(L3)和下下下下限(L4)，它们之间有一个大小关系，即：报警点的量程上限(MU) >= H4 >= H3 >= H3 >= H >= L >= L2 >= L3 >= L4 >= 报警点的量程下限(MD)。将采集到模拟量点的值同报警限值进行比较，当模拟量点的值大于H(H2、H3或H4)或小于L(L2、L3或L4)时，就产生一条模拟量报警信息。当高一级的限值引起的报警发生时，系统将屏蔽掉低一级发生的报警，例如当模拟量点的值大于上上限时，系统就只产生上上限报警，而不会再产生上限报警。

    当模拟量返回到正常范围时，系统将产生一个模拟量报警恢复信息，报警恢复信息覆盖相应的报警发生信息。

    在线运行时，具有操作权限的操作员可以对正处于报警状态的模拟量点的限值做修改，以使其不再报警。这是一种临时性修改，不会破坏原限值，当需要时可以对修改报警的限值进行撤消操作，使其恢复到原限值。

    报警死区是对报警限值设置的恢复范围，当报警点的值已从越限状态恢复到限值以内但仍在死区范围内时，不进行报警恢复，直到脱离死区范围才产生报警恢复事件，以避免在限值附近频繁出现报警/报警恢复现象。例如国外某核电站的八限值点，如报警死区为ε，对上限（H）报警恢复，必须恢复到上限（H）-ε以下；对下限（L）报警恢复，必须恢复到下限（L）+ε以上，其他限值同样处理。如图1所示。

                          图1   模拟量报警

3.2 报警信息处理

    如果报警发生，操作员应做相应的处理。对于3.1中的报警恢复信息，待有权限的操作员对该信息做确认操作之后，该信息自动消失。对于其他的报警的处理有如下方法：

    方法一：通过对报警点进行强制（前提是该点能被强制）。通过点的强制，使报警信息消失，产生报警恢复信息。对于模拟量，也可以通过改变报警限值，使报警点的值已从超限状态恢复到限值以内并且脱离死区范围产生报警恢复信息。

    方法二：改变现场工况，改变相应的报警信息的点值，使之不发生报警。

    方法三：报警信息的确认，如果该报警信息对应的点值发生变化，将产生新的报警。

    方法四：对于发生的报警，操作员可通过手动切除改变是否进行报警监视。

    在线运行时，可由操作员手动切除某些系统或点的报警，当对某个系统或点做了报警手动切除时，该系统中原定义要报警的点或被选择点不再被报警监视，未恢复的报警信息从报警表中删掉。如果切除取消以后，继续报警监视。

3.3 报警声响

    当系统中产生新报警时，为了快速引起操作员的注意，核电站控制室引入了报警声响。报警声响只针对工艺报警，当然有些核电站，当临时报警发生时也产生报警声响。在定义报警点信息时，还要定义报警点的报警级，例如国内某核电站是四级报警，则系统提供四种不同报警音与四级报警相对应，报警恢复也会发出有别于四种报警级的报警音。当有两种或者以上的报警音时，遵循高报警级的报警音优先级高于低报警级音，报警音高于恢复报警音。如系统中，既有一级报警信息，也有二级报警信息，则此时报警音为一级报警音。

3.4 消音的方法

    方法一：当操作员发现报警音后，对于有权限的操作员，点击消音按钮对系统进行报警消音。如果消音之后，出现新的报警信息或者报警恢复信息时，将产生报警音。

    方法二：对于非主控室和非NAB内的操作站等，操作员对声音（或者对报警）不需要进行监视或者无权操作。可以彻底禁止掉系统的报警声音，此时即使新的报警发生或恢复时，也不发出报警声响。

3.5 报警显示

3.5.1报警监视画面

    (1) 监视信息

    工艺报警监视画面上反映的是离线组态中定义的所有模拟量点和开关量点的报警信息，显示内容包括：报警发生时间、报警点名、报警点描述和报警原因。

    (2) 显示格式

    颜色处理：对于不同报警级的报警信息，用不同的颜色显示（如红、黄、白、绿）和不同的报警声响来表示。

    闪烁处理：对于新发生的报警信息，要进行快闪烁处理（一般频率为1Hz），报警恢复后慢闪烁（一般频率0.5Hz），确认之后不闪烁。对于恢复的信息又发生了仍然是快闪烁（一般频率为1Hz）。

    历史/跟踪方式显示：页面提供两种方式显示报警信息列表。在历史方式下，报警信息先跟踪显示，直到页面满屏（一般一页最多可以显示30条报警信息），之后显示不变（如果有信息消失，则用下一页的第一条信息补在本页的最后一条，如果此时下页没有信息，则本页最后一条信息为空），可以通过翻页查询其他的报警信息。在跟踪方式下，在页面没有满屏时，追加显示报警信息，直到满屏，此时本页的总信息数的2/3（最新的）从本页开始位置显示，继续跟踪报警信息，如图2所示。

                          图2   报警视图

4 设备报警监视和显示

    设备报警和工艺报警实现基本相同，将系统中每个硬件设备状态与数据库中的设备类型点对应，数据库中设备点的值是代表当前运行的系统中的设备状态，这些点具有相同的报警级。报警发生、信息处理、报警声响和报警显示基本同工艺报警。当然也有不同的地方：一是点值不能进行强制；二是设备报警还能与设备状态图相关联，以图表的方式画出系统中的设备，使设备运行状态更加直观。当设备故障时，设备报警发生，图表中用红色线条或者点表示设备故障信息；当设备正常时，设备报警恢复，图表中用绿色表示正常。

5 临时报警监视

5.1 报警发生

    对于临时报警，所有信息都是同样的报警级。首先，需要定义激活状态，只有在选择激活条件为1的情况下，定义的临时报警才能够生效，运行过程中临时报警满足条件时才能发生。三类临时报警定义的发生条件不一样，具体如下：

    模拟量临时报警：系统允许操作员为一个模拟量定义临时报警，定义的参数包括：临时的高限值、低限值、死区值和激活状态。在激活状态为1的情况下，报警发生和显示同工艺报警。

    模拟量临时比较报警：系统允许操作员选择两个模拟量根据差值进行比较，差值超过给定偏差限后，产生模拟量临时比较报警信息。定义的参数包括报警限值和激活状态。在激活状态为1，两个模拟量差值的绝对值在限值以内，则发生报警。

    开关量临时报警：系统允许操作员为一个开关量定义临时报警值，定义的内容包括报警值和激活状态，在激活状态为1的情况下，报警发生和显示同工艺报警。

6 小结

    本文所描述的报警系统设计已广泛应用于国产的核电站仪控系统中，做到了功能完善、操作简便，得到了电厂操作人员的认可。随着核电数字化仪控系统的发展，该设计也会有新的问题出现，需要对新问题进行系统的研究并加以改进，结合现场需求开发出功能强大、易使用和稳定性高的报警系统。

参考文献

[1] IEC 62241-2004 Nuclear power plants –Main control room –Alarm functions and 
presentation [S]. 2004.11.

[2]The development of an intelligent reliable database driven alarm system at theisr.IEEE
 Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-28, No. 3, June 1981.

[3]The development of an intelligent reliable database driven alarm system at theisr.IEEE
 Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-28, No. 3, June 1981.

[4] The Use of Simulation in the Development of Human Factors Guidelines for Alarm Systems.
 IEEE SIXTH ANNUAL HUMAN FACTORS MEETING.1997.

[5] 广东核电培训中心.900 MW压力水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社.2004.7.

[6]章国栋.系统可靠性与维修性的分析与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社.1990.35～56.

[7] 改善DCS系统的报警系统管理[J].外国油田工程. 1998.11.

[8] 核电站诊断与报警系统的发展 [J].上海铁道大学报 2000.6(21).

[9] 赵振宇.智能控制系统 模糊逻辑 专家系统 神经网络控制[M].湖南：湖南大学出版社.1996.

[10]方向.核电站故障诊断专家系统[J].核动力工程. 1996.12(9).