1 項目簡介

　　嶺澳核電站二期是繼大亞灣核電站、嶺澳核電站一期后，在廣東地區(qū)建設(shè)的第三座大型商用核電站。項目規(guī)劃建設(shè)兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。2004年3月，嶺澳二期被列為國家核電自主化依托項目；2004年7月，國務(wù)院批準建設(shè)； 2005年12月正式開工；兩臺機組將分別于2010年和2011年建成并投入商業(yè)運行。

　　嶺澳核電站二期工程核島及相關(guān)設(shè)計由中核集團第二研究設(shè)計院總承包，核島主回路設(shè)計由中核集團中國核動力研究設(shè)計院承擔(dān)。通過嶺澳二期項目建設(shè)，我國將加快全面掌握第二代改進型百萬千瓦級核電站技術(shù)，基本形成百萬千瓦級核電站設(shè)計自主化和設(shè)備制造國產(chǎn)化能力，為高起點引進、消化、吸收第三代核電技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)。

　　嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地，采用中廣核集團具有自主品牌的中國改進型壓水堆核電技術(shù)路線CPR1000，建設(shè)兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。本文著重對該工程TXP系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能進行了分析。

　　2 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成和功能

　　核電站儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計準則為：

　　（1）一體化操作和信息管理網(wǎng)

　　該層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)根據(jù)核電站的使用環(huán)境和隔離、防火的要求，選用光纜是適當?shù)?。對于其網(wǎng)絡(luò)拓撲則根據(jù)核電站I&C站點多、容量大、可靠性高的需要，宜選冗余的雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是TCP／IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)則宜選擇技術(shù)成熟，可靠和應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度要求100MBit／s或更高。

　?。?） 自動控制和保護層網(wǎng)絡(luò)

　　作為核安全級（1E級）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其模塊的硬／軟件必須是經(jīng)過核安全級（1E級）的鑒定，有過成熟應(yīng)用經(jīng)驗的產(chǎn)品。

　　非核安全級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將各個過程控制功能組相互連接后再與操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)通訊。功能組的劃分主要考慮所完成的功能，兼顧采購合同的責(zé)任范圍，以減少設(shè)計接口，又便于調(diào)試維修。

　　公用通訊網(wǎng)主要將兩機組公共部分以及廠區(qū)少部分系統(tǒng)的信息與控制命令，分別與兩個機組的操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)進行通訊。

　　TXP通訊網(wǎng)絡(luò)有兩種： “電廠總線”和“終端總線” 。兩種通訊網(wǎng)絡(luò)都是由若干OSM網(wǎng)絡(luò)交換機通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該總線結(jié)構(gòu)是通過使用SINEC H1 FO而建立起來的，基于IEEE 802.3標準。OSM是SINEC H1 FO網(wǎng)絡(luò)部件。整個網(wǎng)是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接的，并通過OSM模件中的開斷點實現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)。當虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時，其中必有一塊OSM模件的電子開關(guān)是打開的（RM模式），在開斷點上，來自兩個方向的信號受到監(jiān)視。當虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開路時，信號僅來自單方向，則可以認為是總線故障。在這種情況下，斷點將被關(guān)閉，該電子開關(guān)閉合形成新的形式的總線網(wǎng)并且與此相連的總線部件將被重新結(jié)合在通訊網(wǎng)絡(luò)之中，重建過程小于0.3秒，同時報警通知系統(tǒng)維護人員排除故障，實現(xiàn)了冗余總線的設(shè)計。

　　虛擬環(huán)設(shè)計保證了內(nèi)在的單容錯，能使系統(tǒng)總線在單一故障情況下繼續(xù)工作。從可用率及冗余質(zhì)量上比較，與二取一的總線結(jié)構(gòu)相當，保證了系統(tǒng)單一故障容錯，增強了系統(tǒng)通信的可靠性。

　　2.1 電廠總線

　　電廠總線是用于連接DCS level 1層設(shè)備和連接用于level 1和level 2層之間通訊的處理單元（PU）。以下DCS設(shè)備連接在電廠總線上：

　　· 所有的自動化控制系統(tǒng)AS620；

　　· 一對冗余的處理單元PU；

　　· 與安全級儀控系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)；

　　· 第三方儀控系統(tǒng)；

　　·TXP系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)DS670；

　　·TXP系統(tǒng)的工程師站ES680；

　　·DCS系統(tǒng)的時鐘發(fā)生器。

　　電廠總線的設(shè)計滿足下列要求

　　（1）使用標準的通訊協(xié)議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802.3／802.3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO／OSI的7層通信模型。電廠總線在協(xié)議的結(jié)構(gòu)上有一些不同，主要差別在3層至7層。使用了西門子公司為適用工業(yè)通信開發(fā)的SINEC NETAP協(xié)議。

　　（2）單一故障容錯能力

　　電廠總線在設(shè)計中被分割成多個環(huán)網(wǎng)。每個環(huán)網(wǎng)都滿足單一故障容錯，子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質(zhì)。同時OSM分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電，如圖2所示。

　?。?）不同序列和不同房間之間的電氣隔離

　　分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)都是通過光纖連接的。

　?。?） 隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化

　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，電廠總線被分為以下八個部分（如圖3所示）：

　　· 總網(wǎng)絡(luò)

　　作為電廠總線的高速鏈路，使用了4個OSM BC08和2個OSM ITP53。

　　· 非安全級序列A（NC·A）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有非安全級子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備，ITP53和6個OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 非安全級序列B（NC—B）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有非安全級子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備，ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 安全相關(guān)序列A（SR—A）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列A設(shè)備，ITP53和4個OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 安全相關(guān)序列B（SR-B）子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有安全相關(guān)子網(wǎng)絡(luò)序列B設(shè)備，ITP53和2個OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 非安全級公用機組NC—UNIT 8Y-網(wǎng)絡(luò)

　　非安全級8號公用機組子網(wǎng)絡(luò)，使用4個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。每2個ITP53組成冗余環(huán)網(wǎng)之間的熱備STBY模式與3，4號單元機組連接。

　　·DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)

　　DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡(luò)，使用2個OSM ITP53和2個OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 非安全級-安全級之間通訊的網(wǎng)關(guān)子網(wǎng)絡(luò)

　　連接所有連接安全級和非安全級子網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。使用2個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　此外為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，還要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM做一些限制性的配置。配置如下：

　　· 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端口（除了級聯(lián)端口和光纖環(huán)端口）使用靜態(tài)MAC地址尋址。

　　· 將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM上所有端I：1 （除了級聯(lián)端口和光纖環(huán)網(wǎng)端口）廣播方式閉鎖。

　　· 對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的DCS時鐘發(fā)生器、工程師站和診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)速度限制在10MBit／s。

　　· 子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接網(wǎng)絡(luò)速度配置為100MBit／s。

　　2.2 終端總線

　　終端總線是用于連接DCS level 2層設(shè)備。以下DCS設(shè)備連接在終端總線上：

　　· 一對冗余的處理單元PU；

　　· 一對冗余的服務(wù)單元SU；

　　· 所有的操作員站OT；

　　· 與第三方外部通訊接口設(shè)備XU；

　　· 工程師站ES680和診斷系統(tǒng)DS670；

　　· 網(wǎng)絡(luò)打印機。

　　終端總線的設(shè)計滿足下列要求：

　?。?）使用標準的通訊協(xié)議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802.3／802.3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO／OSI的通信模型。為確保OM690系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的通信，在終端總線的2至4層使用了TCP／IP協(xié)議，從軟件方面增強了系統(tǒng)的開放性。

　　（2）單一故障容錯能力

　　終端總線構(gòu)建為一個主網(wǎng)絡(luò)和一個子網(wǎng)絡(luò)。主網(wǎng)絡(luò)在物理上分布在不同的電子間和計算機問內(nèi)。子網(wǎng)絡(luò)與總網(wǎng)絡(luò)之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質(zhì)。同時OSM分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。所有連接在終端總線上的設(shè)備都是分別與不同的OSMXH連，分布在不同的I&C機柜內(nèi)并且使用獨立的供電。

　　位于同一個房間內(nèi)的OT按照奇數(shù)／偶數(shù)對稱分布與OSM相連，這樣保證了即使一個序列的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備失效時，至少50％的操作員站仍然可用。

　?。?）不同序列和不同房間之間的電氣隔離分布在不同房間的子網(wǎng)絡(luò)通過光纖連接。

　?。?）隔離干擾和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)化

　　為了盡可能隔離干擾和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，終端總線被分為以下2個部分（如圖4所示）：

　　· 主網(wǎng)絡(luò)

　　作為整個終端總線的高速鏈路；所有的OM690設(shè)備都連接在這個網(wǎng)絡(luò)上。使用4個OSM ITP62～12個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　· 計算機間子網(wǎng)絡(luò)

　　主要是連接工程師站ES680、診斷系統(tǒng)DS670、PC機、網(wǎng)絡(luò)打印機和SOE站，使用2個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。

　　3 總結(jié)

　　本文詳細介紹了嶺澳二期核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原則和終應(yīng)用方案。項目中使用了西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSM構(gòu)建了光纖連接虛擬環(huán)網(wǎng)的電廠總線和終端總線，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信具有單一故障容錯、高度的可靠性和可利用性等優(yōu)點，基本滿足核電廠對數(shù)據(jù)通信高可靠性的要求。