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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)警信號傳輸給DCS，實現(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，常見故障為JDT與DCS 單側(cè)鏈路通訊故障。故障持續(xù)時間為5s左右，發(fā)生頻率較高。本文針對DCS與JDT系統(tǒng)通信的故障提出了具體的解決策略。
核電站在我國經(jīng)濟發(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)，將給核電站帶來巨大的損失。因此，核電站建立了DCS與JDT系統(tǒng)通訊來對火災(zāi)進行預(yù)警，但這一系統(tǒng)自身存在一定的運行故障，需要核電廠與產(chǎn)商探討進行解決。
1 DCS 與JDT系統(tǒng)通訊故障分析
JDT火災(zāi)探測系統(tǒng)將收集到的火災(zāi)預(yù)警信號發(fā)送給DCS監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對防火閥的控制，從而確保核電站的運行安全。常見的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)時間約為5 秒，發(fā)生頻率為40～50次/天。為了方便查找故障點及產(chǎn)生原因，可在JDT通訊側(cè)使用總線監(jiān)聽的方式來獲取通訊報文，故障診斷為便攜式PC 加上一個RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器。
故障監(jiān)測原理為：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、波特率和檢驗方式，最終實現(xiàn)監(jiān)聽功能，獲取火警報文，并將報文以連續(xù)不間斷的方式儲存與同一個文本文件中，在傳輸和抓取過程中，可能出現(xiàn)異常報文。
以某核電廠某一時段主站DCS 系統(tǒng)發(fā)出的異常報文[01 03 00 8C 00 01 45 E1]為例，該報文發(fā)出后，JDT并未給予反應(yīng)，而是在串口處出現(xiàn)超時，并且超時長達500ms，DCS進行兩次重發(fā)后，JDT同樣在500ms內(nèi)未給出應(yīng)答，說明該鏈路已經(jīng)出現(xiàn)故障，并發(fā)出了通知鏈路故障信號，觸發(fā)KIC 報警。
與此同時，DCS 通訊站對該通訊進行初始化，將報文[01 03 00 80 00 02 C5 E3] 發(fā)送給監(jiān)測系統(tǒng)JDT，發(fā)送后，JDT 系統(tǒng)并未在規(guī)定時間內(nèi)給與回應(yīng)，提示故障并未解決。DCS 通訊站將再次以該報文進行重發(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)答為之前報文的某條應(yīng)答，說明故障并未解決，因此DCS通訊站依然判定系統(tǒng)為通訊故障，并在此對其進行初始化，以同樣的原理發(fā)出請求報文，直到再JDT系統(tǒng)給出正確應(yīng)答。在自動修復(fù)過程中，DCS 系統(tǒng)與JDT 出現(xiàn)了2.1s 的無響應(yīng)時間。
除了DCS 使用功能碼15向JDT寫數(shù)據(jù)時發(fā)生的故障，其余故障原理基本相同，解決辦法不受報文不同的影響。也就是說，多數(shù)故障的原因在于JDT 出現(xiàn)延遲而造成DCS 通訊站無響應(yīng)，最終判定為故障并引起DCS 通訊站無應(yīng)答。但是，對于故障發(fā)生的原因，目前尚未統(tǒng)一定論，還需要在核電站運行實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)主要是來自于JDT系統(tǒng)的延時響應(yīng)，在規(guī)定時間500ms內(nèi)系統(tǒng)無響應(yīng)，但對其原因目前尚未定論。但核電廠可以通過對系統(tǒng)優(yōu)化的方式來減少延遲發(fā)生，確保核電廠運行安全。商家要對JDT系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)要進行革新，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)同時完成火警預(yù)警過程，提示DCS系統(tǒng)自身可能存在某種問題，因此要對該系統(tǒng)進行優(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 減少報文數(shù)目
DCS通訊地址連續(xù)才能確保報文的正常接收，而在針對核電站的調(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)出的單次請求通常只能為1-2個字節(jié)，無形中增加了請求報文，影響了傳輸效率，才造成JDT無響應(yīng)。因此，根據(jù)國家消防部門的規(guī)定，就要通過減少報文數(shù)量來提高預(yù)警效率，做到及時防火，通常要求火警預(yù)防動作時間不得超過3s。
可將通訊點配置文件中的空偏移地址補全，這樣在DCS數(shù)據(jù)刷新周期中的請求報文條數(shù)就會減少，并且能夠降低周期數(shù)據(jù)的刷新時間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。根據(jù)國家對核電站標(biāo)Modbus-RTU 幀的規(guī)定中指出：“RTU模式的時長要在不少于3.5個字符時間的空閑間隔將報文幀區(qū)開，該規(guī)定被稱為t3.5的約定。
也就是說，發(fā)送幀時間不能過長，但也不能過短，一旦發(fā)送幀低于3.5個字符空間，則會使串行鏈路存在安全隱患，主要體現(xiàn)為DCS系統(tǒng)會發(fā)出更多的報文但無法及時識別，當(dāng)波特率較低時，t3.5 時間將延長，同樣會出現(xiàn)傳輸故障問題，在核電站調(diào)試過程中，此故障十分常見。在系統(tǒng)進行優(yōu)化過程中，可適當(dāng)增加幀間隔時間，以降低減通訊負荷，對JDT 側(cè)無響應(yīng)具有緩解作用。
2.2 增加寫指令重試次數(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 寫指令后未收到響應(yīng)時會自動重試，但未寫指令則不會。由此可見，設(shè)計時，可對系統(tǒng)功能積極性優(yōu)化，增加寫指令可重試次數(shù)，條件允許時，還可研究未寫指令的重發(fā)，以便于為JDT 爭取更多的等待時間，減少火警預(yù)警通訊中斷率。還可以在產(chǎn)品設(shè)計時，增加可配置參數(shù)，以供使用者參考，為后續(xù)項目的安全運行提供條件。
2.3 核電廠DCS與JDT系統(tǒng)通訊優(yōu)化效果
某核電廠的CPR1000核電項目采用了上述故障判斷和解決辦法，經(jīng)過JDT 廠家對項目施工項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)探測器通訊的鏈路配置到另外一塊通訊模塊上，這樣，該故障問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，二者的結(jié)合主要是為了實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警。目前，DCS 與JDT 通訊系統(tǒng)在運行中會出現(xiàn)一定的故障，其中主要表現(xiàn)為信號延遲而無法預(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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