一種核電站機組的分布式控制系統及其時鐘同步的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核電站機組的分布式控制系統及其時鐘同步方法，該核電站機組的分布式控制系統包括第一機組子網、第二機組子網及公共供給子網，第一網絡交換模塊包括第一隔離模塊，用于允許第一機組子網和公共供給子網之間傳送時鐘信號；第二網絡交換模塊包括第二隔離模塊，用于屏蔽第二機組子網和公共供給子網之間時鐘信號的傳送；而且，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供。實施本發(fā)明的技術方案，可阻止第一主時鐘服務器和第二主時鐘服務器的時鐘廣播報文的無局限性發(fā)送，實現了時鐘報文的定向性傳輸。
【專利說明】—種核電站機組的分布式控制系統及其時鐘同步的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及核電領域，尤其涉及一種核電站機組的分布式控制系統及其時鐘同步的方法。

【背景技術】
[0002]由于核電對安全的特殊性，新技術在核電的應用一直比較保守，導致基于計算機技術、通訊技術和現代控制理論的DCS (Digital Control System,數字控制系統)近幾年才被完全應用于核電機組。嶺澳二期首次采用全數字化DCS (Distributed Control System,分布式控制系統)系統。
[0003]但是，在機組商運后，DCS系統仍有部分重要缺陷，如DCS的時鐘信號與來自電廠GPS設備的GPS時鐘信號不同步。由于核電站眾多系統相互之間的復雜關系，確保標準時鐘基準成為DCS系統的迫切需要，也是核電站安全可靠運行的最基本要求。并且各設備提供商采用各自獨立的時鐘，而各時鐘因產品質量的差異，在對時精度上都有一定的偏差，如全廠各系統不能在統一時間基準的基礎上進行數據分析與比較，則會給操作指令下達的先后順序和事后正確的故障分析判斷帶來很大問題和隱患。
[0004]一個核電站全廠機組通常包括兩個機組和一個公共供給部分，其中，公共供給部分用于為機組提供公共的水、電、氣，例如，嶺澳二期全廠機組包括3、4號機組和8號機組(公共供給部分)。
[0005]以嶺澳二期為例，結合圖1，圖1是嶺澳二期機組的分布式控制系統的示意圖；圖1中所示3號機組子網、4號機組子網分別與8號機組子網通過網絡交換模塊連通，這就相當于三個機組子網之間是互通互聯的。另外，3號機組子網和8號機組子網共用一個主時鐘服務器(HOPF)，4號機使用單獨的主時鐘服務器(HOPF)，而且主時鐘服務器的時鐘數據的發(fā)送采用廣播方式。如果3、4號機組子網的主時鐘服務器長時間不與GPS設備進行時鐘同步，其所提供的時鐘信號會相差很大。在這種情況下，又由于三個機組子網之間是互通互聯，這樣，3號機組子網的時鐘信號不但有本網內主時鐘服務器所提供的時鐘信號,還有來自4號機組子網的時鐘信號。同樣地，4號機組子網和8號機組子網的時鐘信號也不止一個，這就意味著3號機組子網、4號機組子網和8號機組子網的控制時序都會發(fā)生顛覆性的行為及狀態(tài)紊亂，進而存在監(jiān)視系統異常故障、控制指令延遲、輸入輸出信號處理不穩(wěn)定等無可預知的風險。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述三個機組子網由于時序和狀態(tài)紊亂存在風險的缺陷，提供一種克服該缺陷的核電站機組的分布式控制系統及其時鐘同步的方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種核電站機組的分布式控制系統，包括第一機組子網、第二機組子網、第一機組子網和第二機組子網的公共供給子網；所述第一機組子網通過第一網絡交換模塊與所述公共供給子網通訊連接，所述第二機組子網通過第二網絡交換模塊與所述公共供給子網通訊連接，所述第一機組子網包括第一主時鐘服務器，所述第二機組子網包括第二主時鐘服務器，其特征在于，
[0008]所述第一網絡交換模塊包括第一隔離模塊，用于允許所述第一機組子網和所述公共供給子網之間傳送時鐘信號，以使所述第一機組子網和所述公共供給子網的時鐘同步；
[0009]所述第二網絡交換模塊包括第二隔離模塊，用于屏蔽所述第二機組子網和所述公共供給子網之間時鐘信號的傳送；而且，
[0010]所述第一機組子網和所述公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；所述第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供；所述第一主時鐘服務器和所述第二主時鐘服務器所提供的時鐘信號均為根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。
[0011 ] 在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統中，
[0012]所述第一機組子網還包括:
[0013]第一自動處理器，用于在所述第一主時鐘服務器故障時，為所述第一機組子網和所述公共供給子網提供時鐘信號；
[0014]所述第二機組子網還包括:
[0015]第二自動處理器，用于在所述第二主時鐘服務器故障時，為所述第二機組子網提供時鐘信號。
[0016]在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統中，所述公共供給子網包括:
[0017]第三自動處理器，用于在所述第一自動處理器故障時，為所述第一機組子網和所述公共供給子網提供時鐘信號。
[0018]在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統中，所述第一機組子網、第二機組子網分別為由多個網絡交換模塊首尾依次連接所構成的虛擬環(huán)網結構，而且，所述第一機組子網和所述第二機組子網中分別有一個網絡交換模塊工作在冗余工作模式，用于負責虛擬環(huán)網的冗余管理。
[0019]本發(fā)明還構造一種核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法，包括:
[0020]允許第一機組子網和公共供給子網之間傳送時鐘信號，以使所述第一機組子網和所述公共供給子網的時鐘同步；
[0021]屏蔽所述第二機組子網和所述公共供給子網之間時鐘信號的傳送；其中，
[0022]第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供，而且，所述第一主時鐘服務器和所述第二主時鐘服務器所提供的時鐘信號均為根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。
[0023]在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法中，
[0024]在第一主時鐘服務器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一自動處理器提供；在第二主時鐘服務器故障時，第二機組子網的時鐘信號由第二自動處理器提供。
[0025]在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法中，
[0026]在第一自動處理器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第三自動處理器提供。
[0027]在本發(fā)明所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法中，第一機組子網、第二機組子網分別為由多個網絡交換模塊首尾依次連接所構成的虛擬環(huán)網結構，而且，所述第一機組子網和所述第二機組子網中分別有一個網絡交換模塊工作在冗余工作模式，用于負責虛擬環(huán)網的冗余管理。
[0028]實施本發(fā)明的技術方案，一方面，在第一主時鐘服務器正常工作時，通過接收來自GPS的GPS時鐘信號來校準自身的時鐘信號，然后提供給第一機組子網和公共共給子網；在第二主時鐘服務器正常工作時，通過接收來自GPS的GPS時鐘信號來校準自身的時鐘信號，然后提供給第二機組子網，從而使得該核電站每個機組的子網的時鐘信號均與GPS時鐘信號同步。另一方面，通過在第一網絡交換模塊和第二網絡交換模塊中分別設置第一隔離模塊和第二隔離模塊，可阻止第一主時鐘服務器和第二主時鐘服務器的時鐘廣播報文的無局限性發(fā)送，實現了時鐘報文的定向性傳輸，從而消除了監(jiān)視系統異常故障、控制指令延遲、輸入輸出信號處理不穩(wěn)定等風險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0030]圖1是嶺澳二期機組的分布式控制系統的示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明核電站機組的分布式控制系統實施例一的結構示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明核電站機組的分布式控制系統實施例二的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0033]圖2是本發(fā)明核電站機組的分布式控制系統實施例一的結構示意圖，該核電站機組的分布式控制系統包括第一機組子網10、第二機組子網20第一機組子網和第二機組子網的公共供給子網30，而且，第一機組子網10通過第一網絡交換模塊40與公共供給子網30通訊連接，第二機組子網20通過第二網絡交換模塊50與公共供給子網30通訊連接。第一機組子網10包括第一主時鐘服務器11，第二機組子網20包括第二主時鐘服務器21。另夕卜，第一網絡交換模塊40包括第一隔離模塊41，第二網絡交換模塊50包括第二隔離模塊51，其中，第一隔離模塊41用于允許第一機組子網10和公共供給子網30之間傳送時鐘信號，以使第一機組子網10和公共供給子網30的時鐘同步；第二隔離模塊51用于屏蔽第二機組子網20和公共供給子網30之間時鐘信號的傳送。而且，第一機組子網10和公共供給子網30之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器11在正常工作時提供；第二機組子網20的時鐘信號由第二主時鐘服務器21在正常工作時提供，而且，第一主時鐘服務器11和第二主時鐘服務器21所提供的時鐘信號均為根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。通過實施該技術方案，一方面，在第一主時鐘服務器11正常工作時，通過接收來自GPS的時鐘信號來校準自身的時鐘信號，然后提供給第一機組子網10和公共共給子網30 ;在第二主時鐘服務器21正常工作時，通過接收來自GPS的時鐘信號來校準自身的時鐘信號，然后提供給第二機組子網20，從而使得該核電站每個機組的子網的時鐘信號均同步。另一方面，通過在第一網絡交換模塊和第二網絡交換模塊中分別設置第一隔離模塊和第二隔離模塊，可阻止第一主時鐘服務器11和第二主時鐘服務器21的時鐘廣播報文的無局限性發(fā)送，實現了時鐘報文的定向性傳輸，從而消除了監(jiān)視系統異常故障、控制指令延遲、輸入輸出信號處理不穩(wěn)定等風險。
[0034]另外需說明的是，在添加設備新功能(兩個隔離模塊)的實施過程中，網絡分組式斷開，第一機組子網10、第二機組子網20及公共供給子網30之間互送的信號將瞬時失去，尤為嚴重是公共供給子網30的控制和監(jiān)視將整體消失。經過多次嚴謹的分析和演練后，最終將網絡斷開、復鏈、隔離模塊配置的實施過程縮短控制在15分鐘內完成。
[0035]關于第一隔離模塊41和第二隔離模塊51的配置，可通過語句過濾的方式設置只準通過的信號。
[0036]圖3是本發(fā)明核電站機組的分布式控制系統實施例二的結構示意圖，該實施例的核電站機組的分布式控制系統包括第一機組子網10、第二機組子網20及第一機組和第二機組的公共供給子網30，而且，第一機組子網10通過第一網絡交換模塊40與公共供給子網30通訊連接，第二機組子網20通過第二網絡交換模塊50與公共供給子網30通訊連接。而且，第一機組子網10、第二機組子網20分別為由六個(在其它實施例中，可為其它數量)網絡交換模塊首尾依次連接所構成的虛擬環(huán)網結構。
[0037]第一機組子網10包括第一主時鐘服務器11，用于在正常工作時為第一機組子網10和公共供給子網30提供時鐘信號。第二機組子網20包括第二主時鐘服務器21用于在正常工作時為第二機組子網20提供時鐘信號。而且，第一主時鐘服務器11和第二主時鐘服務器21所提供的時鐘信號分別是根據所接收的GPS時鐘信號校準后的。
[0038]第一機組子網10還包括第一自動處理器12，用于在第一主時鐘服務器11故障時，為第一機組子網10和公共供給子網30提供時鐘信號。第二機組子網20還包括第二自動處理器22用于在第二主時鐘服務器21故障時，為第二機組子網20提供時鐘信號。
[0039]公共供給子網30包括第三自動處理器31，用于在第一自動處理器12故障時，為第一機組子網10和公共供給子網30提供時鐘信號，也即，公共供給子網30中的第三自動處理器31所提供時鐘信號的優(yōu)先級低于第一機組子網10中的第一自動處理器12及第一主服務器11。
[0040]另外，第一機組子網10中有一個網絡交換模塊13工作在RM(Redundant Mode，冗余工作)模式，用于負責該虛擬環(huán)網的冗余管理。第二機組子網中有一個網絡交換模塊23工作在RM模式，用于負責該虛擬環(huán)網的冗余管理。具體為:工作在RM方式的網絡交換模塊從一個端口按50HZ的頻率定期發(fā)送一個測試信號RTT (Ring Test Telegram)，如果其另一端能收到信號，則說明網絡正常，此時它會阻止數據經過它進行傳輸；如果其另一端在特定時間內未收到測試信號，則判斷網絡中斷，它會允許數據從一個端口進入，再從另一個端口輸出。因此，所謂的環(huán)網只是一個虛擬的環(huán)，本質上仍是一個總線網。
[0041]基于第一機組子網10和第二機組子網20的網絡結構特性，計算機信息與控制系統(KIC)升級可采用“雙網絡并行升級”的方式，通過分時分段在線升級取代長時間完全離線整體升級工作，極大的減少了 KIC不可用時間。
[0042]本發(fā)明還構造一種核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法，該時鐘同步方法包括:
[0043]允許第一機組子網和公共供給子網之間傳送時鐘信號，以使所述第一機組子網和所述公共供給子網的時鐘同步；
[0044]屏蔽所述第二機組子網和所述公共供給子網之間時鐘信號的傳送；其中，
[0045]第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供，而且，所述第一主時鐘服務器和所述第二主時鐘服務器所提供的時鐘信號分別是根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。
[0046]另外，在第一主時鐘服務器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一自動處理器提供；在第二主時鐘服務器故障時，第二機組子網的時鐘信號由第二自動處理器提供。在第一自動處理器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第三自動處理器提供。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。
【權利要求】
1.一種核電站機組的分布式控制系統，包括第一機組子網、第二機組子網、第一機組子網和第二機組子網的公共供給子網；所述第一機組子網通過第一網絡交換模塊與所述公共供給子網通訊連接，所述第二機組子網通過第二網絡交換模塊與所述公共供給子網通訊連接，所述第一機組子網包括第一主時鐘服務器，所述第二機組子網包括第二主時鐘服務器，其特征在于， 所述第一網絡交換模塊包括第一隔離模塊，用于允許所述第一機組子網和所述公共供給子網之間傳送時鐘信號，以使所述第一機組子網和所述公共供給子網的時鐘同步； 所述第二網絡交換模塊包括第二隔離模塊，用于屏蔽所述第二機組子網和所述公共供給子網之間時鐘信號的傳送；而且， 所述第一機組子網和所述公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；所述第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供；所述第一主時鐘服務器和所述第二主時鐘服務器所提供的時鐘信號均為根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的核電站機組的分布式控制系統，其特征在于， 所述第一機組子網還包括: 第一自動處理器，用于在所述第一主時鐘服務器故障時，為所述第一機組子網和所述公共供給子網提供時鐘信號； 所述第二機組子網還包括: 第二自動處理器，用于在所述第二主時鐘服務器故障時，為所述第二機組子網提供時鐘信號。
3.根據權利要求2所述的核電站機組的分布式控制系統，其特征在于，所述公共供給子網包括: 第三自動處理器，用于在所述第一自動處理器故障時，為所述第一機組子網和所述公共供給子網提供時鐘信號。
4.根據權利要求1所述的核電站機組的分布式控制系統，其特征在于，所述第一機組子網、第二機組子網分別為由多個網絡交換模塊首尾依次連接所構成的虛擬環(huán)網結構，而且，所述第一機組子網和所述第二機組子網中分別有一個網絡交換模塊工作在冗余工作模式，用于負責虛擬環(huán)網的冗余管理。
5.—種核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法,其特征在于,包括: 允許第一機組子網和公共供給子網之間傳送時鐘信號，以使所述第一機組子網和所述公共供給子網的時鐘同步； 屏蔽所述第二機組子網和所述公共供給子網之間時鐘信號的傳送；其中， 第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一主時鐘服務器在正常工作時提供；第二機組子網的時鐘信號由第二主時鐘服務器在正常工作時提供，而且，所述第一主時鐘服務器和所述第二主時鐘服務器所提供的時鐘信號均為根據從GPS接收的GPS時鐘信號校準后的時鐘信號。
6.根據權利要求5所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法，其特征在于， 在第一主時鐘服務器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第一自動處理器提供；在第二主時鐘服務器故障時，第二機組子網的時鐘信號由第二自動處理器提供。
7.根據權利要求6所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法，其特征在于， 在第一自動處理器故障時，第一機組子網和公共供給子網之間傳送的時鐘信號由第三自動處理器提供。
8.根據權利要求5所述的核電站機組的分布式控制系統的時鐘同步的方法，其特征在于，第一機組子網、第二機組子網分別為由多個網絡交換模塊首尾依次連接所構成的虛擬環(huán)網結構，而且，所述第一機組子網和所述第二機組子網中分別有一個網絡交換模塊工作在冗余工作模式，用于 負責虛擬環(huán)網的冗余管理。
【文檔編號】H04L7/00GK104078089SQ201410290648
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】張允煒, 楊新民, 韓毅, 況德軍, 楊浩, 李明鋼, 盧寧, 李 東, 張薇薇, 蒲杰英, 郭明鑫, 卓華貴, 陳志遠, 杜?；? 李展章 申請人:中廣核核電運營有限公司, 中國廣核電力股份有限公司