浅谈核电厂DCS与JDT系统通讯的故障诊断与优化

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浅谈核电厂DCS与JDT系统通讯的故障诊断与优化
作者:李康乐张浩
来源:《科技视界》2016年第14期
【摘要】JDT系统是核电厂的火灾探测系统,DCS为核电站的安全监控和传输系统。

JDT 系统将火灾预警信号传输给DCS,实现监控和处理。

DCS与JDT系统通讯的故障多出现在调试阶段,常见故障为JDT与DCS 单侧链路通讯故障。

故障持续时间为5s左右,发生频率较高。

本文针对DCS与JDT系统通讯的故障提出了具体的解决策略。

【关键词】核电厂;DCS与JDT系统;故障诊断;优化
核电站在我国经济发展中具有重要作用,火灾是核电厂的重要安全隐患之一,一旦发生火灾,将给核电站带来巨大的损失。

因此,核电站建立了DCS与JDT系统通讯来对火灾进行预警,但这一系统自身存在一定的运行故障,需要核电厂与产商探讨进行解决。

1 DCS 与JDT系统通讯故障分析
JDT火灾探测系统将收集到的火灾预警信号发送给DCS监控系统,实现对防火阀的控制,从而确保核电站的运行安全。

常见的DCS 与JDT系统通讯故障为KIC 浏览日志中出现的单侧链路通讯故障。

故障持续时间约为5 秒,发生频率为40~50次/天。

为了方便查找故障点及产生原因,可在JDT通讯侧使用总线监听的方式来获取通讯报文,故障诊断为便携式PC 加上一个RS232/RS485 转换器。

故障监测原理为:将RS232/RS485 转换器的RS485端D+/D-端子与JDT A侧光电转换器RS485 端的D+/D-端子并联,并将RS232/RS485 转换器的RS232 端接到PC机的串口上。

根据DCS与JDT系统通讯连接原则设置系统的起始位、波特率和检验方式,最终实现监听功能,获取火警报文,并将报文以连续不间断的方式储存与同一个文本文件中,在传输和抓取过程中,可能出现异常报文。

以某核电厂某一时段主站DCS 系统发出的异常报文[01 03 00 8C 00 01 45 E1]为例,该报文发出后,JDT并未给予反应,而是在串口处出现超时,并且超时长达500ms,DCS进行两次重发后,JDT同样在500ms内未给出应答,说明该链路已经出现故障,并发出了通知链路故障信号,触发KIC 报警。

与此同时,DCS 通讯站对该通讯进行初始化,将报文[01 03 00 80 00 02 C5 E3] 发送给监测系统JDT,发送后,JDT 系统并未在规定时间内给与回应,提示故障并未解决。

DCS 通讯站将再次以该报文进行重发,此次JDT系统在规定500s内给出了应答,应答结果为 [01 03 02 00 00 B8 44]。

根据分析,该应答为之前报文的某条应答,说明故障并未解决,因此DCS通讯站依然判定系统为通讯故障,并在此对其进行初始化,以同样的原理发出请求报文,直到再JDT系统给出正确应答。

在自动修复过程中,DCS 系统与JDT 出现了2.1s 的无响应时间。

除了DCS 使用功能码15向JDT写数据时发生的故障,其余故障原理基本相同,解
决办法不受报文不同的影响。

也就是说,多数故障的原因在于JDT 出现延迟而造成DCS 通讯站无响应,最终判定为故障并引起DCS 通讯站无应答。

但是,对于故障发生的原因,目前尚未统一定论,还需要在核电站运行实践中不断的探索和研究。

2 DCS 与JDT系统优化
核电厂DCS 与JDT系统主要是来自于JDT系统的延时响应,在规定时间500ms内系统无响应,但对其原因目前尚未定论。

但核电厂可以通过对系统优化的方式来减少延迟发生,确保核电厂运行安全。

商家要对JDT系统生产技术要进行革新,并帮助核电厂分析可能产生延迟的原因。

DCS系统与JDT系统同时完成火警预警过程,提示DCS系统自身可能存在某种问题,因此要对该系统进行优化和分析,以找到故障原因和更好的解决办法。

具体措施如下:
2.1 减少报文数目
DCS通讯地址连续才能确保报文的正常接收,而在针对核电站的调查中发现,多数的DCS通讯地址并不连续,这样DCS发出的单次请求通常只能为1-2个字节,无形中增加了请求报文,影响了传输效率,才造成JDT无响应。

因此,根据国家消防部门的规定,就要通过减少报文数量来提高预警效率,做到及时防火,通常要求火警预防动作时间不得超过3s。

可将通讯点配置文件中的空偏移地址补全,这样在DCS数据刷新周期中的请求报文条数就会减少,并且能够降低周期数据的刷新时间,提高数据传输效率。

根据国家对核电站标Modbus-RTU 帧的规定中指出:“RTU模式的时长要在不少于3.5个字符时间的空闲间隔将报文帧区开,该规定被称为t3.5的约定。

也就是说,发送帧时间不能过长,但也不能过短,一旦发送帧低于3.5个字符空间,则会使串行链路存在安全隐患,主要体现为DCS系统会发出更多的报文但无法及时识别,当波特率较低时,t3.5 时间将延长,同样会出现传输故障问题,在核电站调试过程中,此故障十分常见。

在系统进行优化过程中,可适当增加帧间隔时间,以降低减通讯负荷,对JDT 侧无响应具有缓解作用。

2.2 增加写指令重试次数
根据核电站DCS与JDT系统通讯现状分析,只有在DCS 发出Modbus 写指令后未收到响应时会自动重试,但未写指令则不会。

由此可见,设计时,可对系统功能积极性优化,增加写指令可重试次数,条件允许时,还可研究未写指令的重发,以便于为JDT 争取更多的等待时间,减少火警预警通讯中断率。

还可以在产品设计时,增加可配置参数,以供使用者参考,为后续项目的安全运行提供条件。

2.3 核电厂DCS与JDT系统通讯优化效果
某核电厂的CPR1000核电项目采用了上述故障判断和解决办法,经过JDT 厂家对项目施工项目通讯链路模块的调整,将两条与DCS 通讯的串行链路配置到同一块PLC 通讯模块上,
并将两条与火灾探测器通讯的链路配置到另外一块通讯模块上,这样,该故障问题得到了很好的解决。

3 总结
核电站DCS 与JDT 通讯系统具有自身的特点,二者的结合主要是为了实现火灾预警。

目前,DCS 与JDT 通讯系统在运行中会出现一定的故障,其中主要表现为信号延迟而无法预警。

笔者根据某在建核电站DCS 与JDT 通讯系统链路的优化效果进行分析,提出了DCS 与JDT 通讯系统故障的解决方案。

【参考文献】
[1]程保华,张合厂.核电厂DCS与JDT系统通讯故障诊断与优化[J].理论与算法,2015(1).
[2]杜慧.核电非安全级DCS校时系统设计方案和故障处理方法[J].工业控制计算机,2016(2).
[责任编辑:王伟平]。