1 項目簡介
嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地，是我國“十五”期間唯一開工的核電項目，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路線CPR1000，建設兩臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。其儀控系統(tǒng)采用了TXS（安全級儀控系統(tǒng)）+T×P（非安全級儀控系統(tǒng)）的數(shù)字化儀控系統(tǒng)。所有儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信都是由SINEC H1總線～IPROFIBUS總線系統(tǒng)構成的終端總線、電廠總線和現(xiàn)場總線完成。非安全級儀控系統(tǒng)TXP的網(wǎng)絡結構全部使用了西門子工業(yè)網(wǎng)絡產品OSM（單元機組+公用機組共使用18個ITP62、22個ITP53、4個BCO8）組成的多個光纖環(huán)網(wǎng)來滿足設計要求。終端總線用于PU（Processing Unit）、SU（Server Unit）和OT（Operating Termina1）之間的通信以及通過網(wǎng)關／網(wǎng)橋與其他儀控系統(tǒng)互相連接，電廠總線用于PU（Processing Unit）、AS620（Automation System）、ES680（Engineering System）和DS670（Diagnostic System）之間的通信，并且通過網(wǎng)關與TXS系統(tǒng)相連。本文著重對TXP系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡結構和功能進行了分析。
2 通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)構成和功能
核電站儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡的設計準則為：
（1）一體化操作和信息管理網(wǎng)
該層網(wǎng)絡的傳輸介質根據(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。其網(wǎng)絡傳輸協(xié)議宜選TCP／IP協(xié)議。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)則宜選擇技術成熟，可靠和應用廣泛的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，RIUNIX。網(wǎng)絡的傳輸速度要求100MBit／s或更高。
（2） 自動控制和保護層網(wǎng)絡
作為核安全級（1E級）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，其模塊的硬／軟件必須是經(jīng)過核安全級（1E級）的鑒定，有過成熟應用經(jīng)驗的產品。本文不做詳細描述。
非核安全級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡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，兼顧采購合同的責任范圍，以減少設計接口，又便于調試維修。
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)絡進行通訊。
TXP通訊網(wǎng)絡有兩種： “電廠總線”和“終端總線” 。兩種通訊網(wǎng)絡都是由若干OSM網(wǎng)絡交換機通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結構。該總線結構是通過使用SINEC H1 FO而建立起來的，基于IEEE 802．3標準。OSM是SINEC H1 FO網(wǎng)絡核心部件。整個網(wǎng)是以環(huán)狀結構相連接的，并通過OSM模件中的開斷點實現(xiàn)環(huán)形結構。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，斷點將被關閉，該電子開關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合在通訊網(wǎng)絡之中，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)了冗余總線的設計。
虛擬環(huán)設計保證了內在的單容錯，能使系統(tǒng)總線在單一故障情況下繼續(xù)工作。從可用率及冗余質量上比較，與二取一的總線結構相當，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；
· 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)議的結構上有一些不同，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。
?。?）單一故障容錯能力
電廠總線在設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)絡與總網(wǎng)絡之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質。同時OSM分布在不同的I&C機柜內并且使用獨立的供電，如圖2所示。
所有連接在電廠總線上的設備（如AS620，Pu，網(wǎng)關）都是通過物理隔離的網(wǎng)絡設備連接到OSM上的，同樣分布在不同的I&C機柜內并且使用獨立的供電。
?。?）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)絡都是通過光纖連接的。
（4） 隔離干擾和網(wǎng)絡數(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
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
連接所有非安全級子網(wǎng)絡序列A設備，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
連接所有非安全級子網(wǎng)絡序列B設備，ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
· 安全相關序列A（SR—A）子網(wǎng)絡
連接所有安全相關子網(wǎng)絡序列A設備，ITP53和4個OSM ITP62組成光纖環(huán)網(wǎng)。
· 安全相關序列B（SR-B）子網(wǎng)絡
連接所有安全相關子網(wǎng)絡序列B設備，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
非安全級8號公用機組子網(wǎng)絡，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
DCS與第三方系統(tǒng)通訊子網(wǎng)絡，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)關子網(wǎng)絡
連接所有連接安全級和非安全級子網(wǎng)絡的網(wǎng)關。使用2個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
此外為了提高網(wǎng)絡的安全性和可靠性，還要對網(wǎng)絡設備OSM做一些限制性的配置。配置如下：
· 在網(wǎng)絡設備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)絡設備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)絡內的DCS時鐘發(fā)生器、工程師站和診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡速度限制在10MBit／s。
· 子網(wǎng)絡與總網(wǎng)絡之間的連接網(wǎng)絡速度配置為100MBit／s。
2．2 終端總線
終端總線是用于連接DCS level 2層設備。以下DCS設備連接在終端總線上：
· 一對冗余的處理單元PU；
· 一對冗余的服務單元SU；
· 所有的操作員站OT；
· 與第三方外部通訊接口設備XU；
· 工程師站ES680和診斷系統(tǒng)DS670；
· 網(wǎng)絡打印機。
終端總線的設計滿足下列要求：
（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
終端總線構建為一個主網(wǎng)絡和一個子網(wǎng)絡。主網(wǎng)絡在物理上分布在不同的電子間和計算機問內。子網(wǎng)絡與總網(wǎng)絡之間的連接使用冗余熱備連接，使用光纖作為連接介質。同時OSM分布在不同的I&C機柜內并且使用獨立的供電。所有連接在終端總線上的設備（如Pu，SU）都是分別與不同的OSMXH連，分布在不同的I&C機柜內并且使用獨立的供電。
位于同一個房間內的OT（比如主控室，遠程停堆站）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)絡設備失效時，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)絡通過光纖連接。
?。?）隔離干擾和網(wǎng)絡數(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
作為整個終端總線的高速鏈路；所有的OM690設備都連接在這個網(wǎng)絡上。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
主要是連接工程師站ES680、診斷系統(tǒng)DS670、PC機、網(wǎng)絡打印機和SOE站，使用2個OSM ITP53組成光纖環(huán)網(wǎng)。
3 總結
通過對嶺澳二期核電站TXP系統(tǒng)網(wǎng)絡結構設計的分析可以看出，由0SM組成的SINEC—H1 FO終端總線、電廠總線具有良好的可利用性、單一故障容錯、有效的總線管理和診斷功能等特點，基本滿足核電廠對數(shù)據(jù)通信高可靠性的要求。