核電廠DCS與JDT系統(tǒng)通訊的故障診斷與優(yōu)化論文
JDT系統(tǒng)是核電廠的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，DCS為核電站的安全監(jiān)控和傳輸系統(tǒng)。JDT系統(tǒng)將火災(zāi)預(yù)警信號(hào)傳輸給DCS，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和處理。DCS與JDT系統(tǒng)通訊的故障多出現(xiàn)在調(diào)試階段，常見(jiàn)故障為JDT與DCS 單側(cè)鏈路通訊故障。故障持續(xù)時(shí)間為5s左右，發(fā)生頻率較高。本文針對(duì)DCS與JDT系統(tǒng)通信的故障提出了具體的解決策略。
核電站在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用，火災(zāi)是核電廠的重要安全隱患之一，一旦發(fā)生火災(zāi)，將給核電站帶來(lái)巨大的損失。因此，核電站建立了DCS與JDT系統(tǒng)通訊來(lái)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警，但這一系統(tǒng)自身存在一定的運(yùn)行故障，需要核電廠與產(chǎn)商探討進(jìn)行解決。
1 DCS 與JDT系統(tǒng)通訊故障分析
JDT火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)將收集到的火災(zāi)預(yù)警信號(hào)發(fā)送給DCS監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防火閥的控制，從而確保核電站的運(yùn)行安全。常見(jiàn)的DCS 與JDT系統(tǒng)通訊故障為KIC 瀏覽日志中出現(xiàn)的單側(cè)鏈路通訊故障。故障持續(xù)時(shí)間約為5 秒，發(fā)生頻率為40～50次/天。為了方便查找故障點(diǎn)及產(chǎn)生原因，可在JDT通訊側(cè)使用總線監(jiān)聽(tīng)的方式來(lái)獲取通訊報(bào)文，故障診斷為便攜式PC 加上一個(gè)RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器。
故障監(jiān)測(cè)原理為：將RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器的RS485端D+/D-端子與JDT A側(cè)光電轉(zhuǎn)換器RS485 端的.D+/D-端子并聯(lián)，并將RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器的RS232 端接到PC機(jī)的串口上。根據(jù)DCS與JDT系統(tǒng)通訊連接原則設(shè)置系統(tǒng)的起始位、波特率和檢驗(yàn)方式，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽(tīng)功能，獲取火警報(bào)文，并將報(bào)文以連續(xù)不間斷的方式儲(chǔ)存與同一個(gè)文本文件中，在傳輸和抓取過(guò)程中，可能出現(xiàn)異常報(bào)文。
以某核電廠某一時(shí)段主站DCS 系統(tǒng)發(fā)出的異常報(bào)文[01 03 00 8C 00 01 45 E1]為例，該報(bào)文發(fā)出后，JDT并未給予反應(yīng)，而是在串口處出現(xiàn)超時(shí)，并且超時(shí)長(zhǎng)達(dá)500ms，DCS進(jìn)行兩次重發(fā)后，JDT同樣在500ms內(nèi)未給出應(yīng)答，說(shuō)明該鏈路已經(jīng)出現(xiàn)故障，并發(fā)出了通知鏈路故障信號(hào)，觸發(fā)KIC 報(bào)警。
與此同時(shí)，DCS 通訊站對(duì)該通訊進(jìn)行初始化，將報(bào)文[01 03 00 80 00 02 C5 E3] 發(fā)送給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)JDT，發(fā)送后，JDT 系統(tǒng)并未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)給與回應(yīng)，提示故障并未解決。DCS 通訊站將再次以該報(bào)文進(jìn)行重發(fā)，此次JDT系統(tǒng)在規(guī)定500s內(nèi)給出了應(yīng)答，應(yīng)答結(jié)果為 [01 03 02 00 00 B8 44]。
根據(jù)分析，該應(yīng)答為之前報(bào)文的某條應(yīng)答，說(shuō)明故障并未解決，因此DCS通訊站依然判定系統(tǒng)為通訊故障，并在此對(duì)其進(jìn)行初始化，以同樣的原理發(fā)出請(qǐng)求報(bào)文，直到再JDT系統(tǒng)給出正確應(yīng)答。在自動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，DCS 系統(tǒng)與JDT 出現(xiàn)了2.1s 的無(wú)響應(yīng)時(shí)間。
除了DCS 使用功能碼15向JDT寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生的故障，其余故障原理基本相同，解決辦法不受報(bào)文不同的影響。也就是說(shuō)，多數(shù)故障的原因在于JDT 出現(xiàn)延遲而造成DCS 通訊站無(wú)響應(yīng)，最終判定為故障并引起DCS 通訊站無(wú)應(yīng)答。但是，對(duì)于故障發(fā)生的原因，目前尚未統(tǒng)一定論，還需要在核電站運(yùn)行實(shí)踐中不斷的探索和研究。
2 DCS 與JDT系統(tǒng)優(yōu)化
核電廠DCS 與JDT系統(tǒng)主要是來(lái)自于JDT系統(tǒng)的延時(shí)響應(yīng)，在規(guī)定時(shí)間500ms內(nèi)系統(tǒng)無(wú)響應(yīng)，但對(duì)其原因目前尚未定論。但核電廠可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化的方式來(lái)減少延遲發(fā)生，確保核電廠運(yùn)行安全。商家要對(duì)JDT系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)要進(jìn)行革新，并幫助核電廠分析可能產(chǎn)生延遲的原因。DCS系統(tǒng)與JDT系統(tǒng)同時(shí)完成火警預(yù)警過(guò)程，提示DCS系統(tǒng)自身可能存在某種問(wèn)題，因此要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和分析，以找到故障原因和更好的解決辦法。具體措施如下：
2.1 減少報(bào)文數(shù)目
DCS通訊地址連續(xù)才能確保報(bào)文的正常接收，而在針對(duì)核電站的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)的DCS通訊地址并不連續(xù)，這樣DCS發(fā)出的單次請(qǐng)求通常只能為1-2個(gè)字節(jié)，無(wú)形中增加了請(qǐng)求報(bào)文，影響了傳輸效率，才造成JDT無(wú)響應(yīng)。因此，根據(jù)國(guó)家消防部門(mén)的規(guī)定，就要通過(guò)減少報(bào)文數(shù)量來(lái)提高預(yù)警效率，做到及時(shí)防火，通常要求火警預(yù)防動(dòng)作時(shí)間不得超過(guò)3s。
可將通訊點(diǎn)配置文件中的空偏移地址補(bǔ)全，這樣在DCS數(shù)據(jù)刷新周期中的請(qǐng)求報(bào)文條數(shù)就會(huì)減少，并且能夠降低周期數(shù)據(jù)的刷新時(shí)間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。根據(jù)國(guó)家對(duì)核電站標(biāo)Modbus-RTU 幀的規(guī)定中指出：“RTU模式的時(shí)長(zhǎng)要在不少于3.5個(gè)字符時(shí)間的空閑間隔將報(bào)文幀區(qū)開(kāi)，該規(guī)定被稱(chēng)為t3.5的約定。
也就是說(shuō)，發(fā)送幀時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，但也不能過(guò)短，一旦發(fā)送幀低于3.5個(gè)字符空間，則會(huì)使串行鏈路存在安全隱患，主要體現(xiàn)為DCS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出更多的報(bào)文但無(wú)法及時(shí)識(shí)別，當(dāng)波特率較低時(shí)，t3.5 時(shí)間將延長(zhǎng)，同樣會(huì)出現(xiàn)傳輸故障問(wèn)題，在核電站調(diào)試過(guò)程中，此故障十分常見(jiàn)。在系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化過(guò)程中，可適當(dāng)增加幀間隔時(shí)間，以降低減通訊負(fù)荷，對(duì)JDT 側(cè)無(wú)響應(yīng)具有緩解作用。
2.2 增加寫(xiě)指令重試次數(shù)
根據(jù)核電站DCS與JDT系統(tǒng)通訊現(xiàn)狀分析，只有在DCS 發(fā)出Modbus 寫(xiě)指令后未收到響應(yīng)時(shí)會(huì)自動(dòng)重試，但未寫(xiě)指令則不會(huì)。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)，可對(duì)系統(tǒng)功能積極性?xún)?yōu)化，增加寫(xiě)指令可重試次數(shù)，條件允許時(shí)，還可研究未寫(xiě)指令的重發(fā)，以便于為JDT 爭(zhēng)取更多的等待時(shí)間，減少火警預(yù)警通訊中斷率。還可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，增加可配置參數(shù)，以供使用者參考，為后續(xù)項(xiàng)目的安全運(yùn)行提供條件。
2.3 核電廠DCS與JDT系統(tǒng)通訊優(yōu)化效果
某核電廠的CPR1000核電項(xiàng)目采用了上述故障判斷和解決辦法，經(jīng)過(guò)JDT 廠家對(duì)項(xiàng)目施工項(xiàng)目通訊鏈路模塊的調(diào)整，將兩條與DCS 通訊的串行鏈路配置到同一塊PLC 通訊模塊上，并將兩條與火災(zāi)探測(cè)器通訊的鏈路配置到另外一塊通訊模塊上，這樣，該故障問(wèn)題得到了很好的解決。
3 總結(jié)
核電站DCS 與JDT 通訊系統(tǒng)具有自身的特點(diǎn)，二者的結(jié)合主要是為了實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警。目前，DCS 與JDT 通訊系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)一定的故障，其中主要表現(xiàn)為信號(hào)延遲而無(wú)法預(yù)警。筆者根據(jù)某在建核電站DCS 與JDT 通訊系統(tǒng)鏈路的優(yōu)化效果進(jìn)行分析，提出了DCS 與JDT 通訊系統(tǒng)故障的解決方案。
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