楊 萌，宿俊海，李海旺

（1.中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840；2.中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176；3.華能北京熱電有限責(zé)任公司，北京 100023）

0 引言

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（KDO-Test Data Acquisition）是一個(gè)專用儀控系統(tǒng)，采用數(shù)字化的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理和分析[1]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于下列情況[2]：

1）在機(jī)組調(diào)試啟動(dòng)過(guò)程中，為其他各系統(tǒng)的試驗(yàn)提供監(jiān)視、記錄和分析手段；2）在機(jī)組正常運(yùn)行和維修中，可作為普通瞬態(tài)記錄和事故追憶設(shè)備使用，也可作為其它系統(tǒng)試驗(yàn)的采集工具；3）對(duì)機(jī)組重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷記錄（瞬變統(tǒng)計(jì)）；4）在事件發(fā)生時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)采集（故障錄波）[3]。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求模擬量卡件采集速率能達(dá)到25ms，開(kāi)關(guān)量卡件采集速率為1ms，且服務(wù)器存儲(chǔ)速率比DCS的歷史服務(wù)器快很多。本文從試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能要求出發(fā)，結(jié)合不同平臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析了目前核電設(shè)計(jì)中典型的實(shí)施方案，以及各實(shí)施方案在信號(hào)實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)電站該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)作用。

1 設(shè)計(jì)方案介紹

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集機(jī)柜、服務(wù)器機(jī)柜、分析工作站及打印機(jī)等組成。通常情況下，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為DCS合同的一部分，按不同的項(xiàng)目和DCS合同情況或采用與主DCS相同的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)或采用獨(dú)立于主DCS平臺(tái)的三方數(shù)字化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

1.1 方案1：采用獨(dú)立于主DCS的平臺(tái)

若主DCS平臺(tái)的模擬量卡件和開(kāi)關(guān)量卡件的采集速率及服務(wù)器的存儲(chǔ)速率無(wú)法滿足試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與主DCS采用不同的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)均由數(shù)據(jù)采集機(jī)柜來(lái)采集。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)源主要包括4類：

1）現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)：由數(shù)據(jù)采集機(jī)柜直接采集，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

2）隔離分配后的信號(hào)：與DCS系統(tǒng)NC或1E部分共用的信號(hào)，需經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)機(jī)柜的分配卡件分配后硬接線送到數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

3）DCS的IO卡件輸出的信號(hào)：DCS系統(tǒng)的內(nèi)部變量通過(guò)IO卡件輸出到數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

4）臨時(shí)試驗(yàn)信號(hào)接口：有些臨時(shí)試驗(yàn)也需要通過(guò)KDO執(zhí)行。由于臨時(shí)試驗(yàn)的不確定性，KDO系統(tǒng)需要提供足夠的備用終端和所有類型的信號(hào)采集模塊。臨時(shí)試驗(yàn)信號(hào)通過(guò)硬接線接入KDO數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，并在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。試驗(yàn)時(shí)，信號(hào)電纜需要臨時(shí)連接或斷開(kāi)。

對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接采集的信號(hào)，因?yàn)橛酶咚俨杉K在采集的同時(shí)打上了時(shí)間標(biāo)簽，然后再將時(shí)間標(biāo)簽和采集值送給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以這部分信號(hào)的實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。對(duì)于隔離分配后的信號(hào)，經(jīng)過(guò)分配卡件分配后硬接線送入試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，再打時(shí)間標(biāo)簽，會(huì)有大約5ms的偏差；對(duì)于DCS的內(nèi)部變量，經(jīng)過(guò)IO卡件輸出后送入試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，再打時(shí)間標(biāo)簽，由于DCS內(nèi)部運(yùn)算的處理需要若干CUP處理周期，這部分時(shí)間標(biāo)簽與實(shí)際的時(shí)間至少有200ms的偏差，另外熱電阻信號(hào)變化較慢，也與實(shí)際的溫度變化時(shí)間存在一定偏差，所以這部分變量大多是實(shí)時(shí)性要求不高的變量。

1.2 方案2：采用與主DCS相同的平臺(tái)

若主DCS平臺(tái)的模擬量卡件和開(kāi)關(guān)量卡件的采集速率及服務(wù)器的存儲(chǔ)速率能夠滿足試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與主DCS采用相同的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)部分需數(shù)據(jù)采集機(jī)柜來(lái)采集，與主DCS共用的數(shù)據(jù)由主DCS采集后通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送到試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)源主要包括6類：

1）現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)：由數(shù)據(jù)采集機(jī)柜直接采集，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

2）與DCS系統(tǒng)NC部分共用的信號(hào)：由DCS的NC機(jī)柜高速采集模塊采集，同時(shí)打上時(shí)間標(biāo)簽，將時(shí)標(biāo)和采集值一起通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3）DCS系統(tǒng)NC部分的內(nèi)部變量：時(shí)間標(biāo)簽在DCS運(yùn)算過(guò)程后標(biāo)記，由NC機(jī)柜通過(guò)DCS網(wǎng)絡(luò)將時(shí)間標(biāo)簽和變量值一起送到試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

4）與DCS系統(tǒng)1E部分共用的信號(hào)：由1E級(jí)隔離分配卡件分配后，通過(guò)硬接線送到數(shù)據(jù)采集機(jī)柜采集，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

5）1E機(jī)柜的內(nèi)部信號(hào)：通過(guò)1E的IO卡件輸出，經(jīng)過(guò)隔離模件用硬接線送到數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽。

6）臨時(shí)試驗(yàn)信號(hào)接口：有些臨時(shí)試驗(yàn)也需要通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)執(zhí)行。

對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接采集的就地信號(hào)和NC DCS直接采集的就地信號(hào)，都是用高速采集模塊在采集的同時(shí)打上了時(shí)間標(biāo)簽，然后再將時(shí)間標(biāo)簽和采集值傳遞給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以這部分采集信號(hào)的實(shí)時(shí)性很強(qiáng)；對(duì)于與1E機(jī)柜共用的信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔離分配卡件分配后硬接線送入試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)柜，再打時(shí)間標(biāo)簽，會(huì)有大約5ms的偏差；對(duì)于1E機(jī)柜的內(nèi)部變量是在傳送到試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽，NC機(jī)柜的內(nèi)部變量是在運(yùn)算過(guò)程后標(biāo)記時(shí)間標(biāo)簽，與實(shí)際輸入信號(hào)的時(shí)間也存在偏差，這部分時(shí)間標(biāo)簽與實(shí)際的時(shí)間至少有200ms的偏差，另外熱電阻信號(hào)變化較慢，也與實(shí)際的溫度變化時(shí)間存在一定偏差，所以這部分變量大多是實(shí)時(shí)性要求不高的變量。

2 對(duì)比分析

若KDO采用獨(dú)立于主DCS的三方平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則KDO系統(tǒng)與DCS的接口均為硬接線信號(hào)，若采用與主DCS相同的平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則KDO系統(tǒng)與DCS的接口除了硬接線信號(hào)之外，更大一部分信號(hào)能由DCS采集后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到KDO系統(tǒng)。

在方案一中，KDO信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽與實(shí)際的時(shí)間沒(méi)有偏差的信號(hào)只有就地信號(hào)，而方案二中，KDO信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽與實(shí)際的時(shí)間沒(méi)有偏差的信號(hào)包括就地信號(hào)及與NC機(jī)柜共用的信號(hào)。相比方案一，方案二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)實(shí)時(shí)性更好，試驗(yàn)結(jié)果的分析會(huì)更精確。同時(shí)，對(duì)于KDO與DCS共用的信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)隔離模塊的，均有一定的延時(shí)。在儀表的安裝空間允許的情況下，增加KDO的專用信號(hào)有利于提高信號(hào)的實(shí)時(shí)性。

3 結(jié)論

本文從試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能要求出發(fā)，結(jié)合不同平臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析了目前核電設(shè)計(jì)中典型的實(shí)施方案，以及各實(shí)施方案在信號(hào)實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)電站該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)作用。具體包括以下幾個(gè)方面：

1）在信號(hào)的共用方面，在儀表布置空間滿足的前提下,增加KDO的專用信號(hào)，減少經(jīng)過(guò)隔離分配模塊的信號(hào)數(shù)量，可提高信號(hào)的實(shí)時(shí)性，進(jìn)而提高試驗(yàn)分析的精確性。

2）在平臺(tái)的選擇方面，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在采用與主DCS相同的平臺(tái)后，信號(hào)的實(shí)時(shí)性更好，臨時(shí)試驗(yàn)信號(hào)的選擇更加靈活，同時(shí)減小數(shù)據(jù)采集機(jī)柜規(guī)模和機(jī)柜間電纜的數(shù)量，更有利于試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的試驗(yàn)分析。在后續(xù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，若DCS平臺(tái)的采集卡件可以滿足KDO系統(tǒng)采集速率的要求，應(yīng)盡量將試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用與主DCS相同的平臺(tái)，以做到優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低工程成本。