圖1：WedField ECS-100H 系統(tǒng)框架圖

　　數(shù)據(jù)采集器分為數(shù)據(jù)采集控制器和AI、DI、DO三類IO卡件，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集控制器實現(xiàn)對20ms、100ms周期采集數(shù)據(jù)以及后續(xù)計算的ROP裕量值進行記錄和發(fā)送，具備高精度實時時鐘，每5秒通過SNTP協(xié)議與GPS授時儀時鐘同步一次，保證時間的同步。AI卡采用ECS-100系統(tǒng)中最新快速AI采集技術，實現(xiàn)高速AI采集，每塊卡件實現(xiàn)6路點點隔離AI采集；DI是4路點點隔離卡；DO卡是16通道卡件，外接繼電器隔離。工程師站采用DELL服務器，安裝在機柜中。工程師站軟件是在目前ECS-100系統(tǒng)最新軟件AdvanTro-Pro2.0的基礎上改進而來，增加了秦山第三核電廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特有的20ms時間間隔歷史數(shù)據(jù)顯示功能，并增加相應的需要歷史記錄的信號點的組態(tài)功能。另外工程師站軟件具備歷史數(shù)據(jù)導出功能，存成文本文件，利于其他軟件對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。
　　機柜設計基本原則是在ECS-100系統(tǒng)機柜的基礎上，按照抗震性要求進行修改設計。機柜的外殼部分由具備核級（1E級）儀表柜生產能力的蘇州東儀公司提供，保證了機柜的抗震要求。
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與PDS網(wǎng)關計算機之間采用光纖連接，設計上實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余通訊，保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。

　　ECS-100H數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性設計
　　系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各個部件的可靠性以及這些部件在執(zhí)行系統(tǒng)任務時的協(xié)作方式。系統(tǒng)的可靠性是在系統(tǒng)的設計階段產生，在系統(tǒng)的生產制造階段得到保證，在應用階段實現(xiàn)和提高的。
　　按照以上原則，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性從三個方面給予保證：在設計階段采取措施提高系統(tǒng)的可靠性，這種可靠性是系統(tǒng)固有的；在生產制造階段采取措施保證系統(tǒng)可靠性，三是在工程應用階段提高實現(xiàn)和提高系統(tǒng)的可靠性。另外，提供組織上的保證將是提高系統(tǒng)可靠性的有力保證。制訂嚴格的質保體系和質量計劃是提高系統(tǒng)可靠性所必須的。

　　采用成熟的技術
　　使用成熟的技術可以減少系統(tǒng)的技術風險。數(shù)采系統(tǒng)的主要技術例如冗余技術、網(wǎng)絡通訊技術，均采用ECS-100系統(tǒng)成熟的技術，這些技術經(jīng)過多年的應用已經(jīng)相當成熟可靠。例如，數(shù)采系統(tǒng)的20ms快速模擬量采集卡件，設計時采用了模塊化的設計方法，除快速采樣電路需要定制外，其他模塊如I/O通訊電路、電源電路、CPU電路、以及與這些模塊相關的軟件模塊都是沿用以前ECS-100系統(tǒng)成熟的設計。相對于全新的開發(fā)，大大降低了系統(tǒng)的風險。


圖2：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的內部結構圖

　　采用各種可靠性措施
　　一個dcs系統(tǒng)的固有可靠性是在設計系統(tǒng)時就產生的，設計時必須應用可靠性理論和技術作指導，認真分析系統(tǒng)的各項技術指標，然后將可靠性指標分解到各個單元(操作站，工程師站，網(wǎng)絡，控制站)，再將各可靠性指標從單元分解到板級。從單元級和板級設計中，分析出最重要的部件和單元，將這些單元或部件定為關鍵件，采用各種措施，保證這些關鍵部件的正常工作。
　　DCS是應用于工業(yè)現(xiàn)場的控制計算機系統(tǒng)，各種工業(yè)現(xiàn)場信號要直接接入計算機系統(tǒng)，一般情況下，環(huán)境也較為嚴酷。引起DCS的故障因素有兩類：
　　·外部因素：環(huán)境條件、電源性能指標的波動、電磁干擾、沖擊、振動、腐蝕、其它的外部干擾；
　　·內部因素：元器件失效，連接不可靠以及軟件問題等。
　　了解了影響系統(tǒng)可
靠性主要因素之后，就可以找到提高可靠性的措施。

　　冗余措施
　　采取冗余措施是提高系統(tǒng)可靠性的有力措施。為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不受個別部件故障影響的能力，整個系統(tǒng)采用了很多冗余備份措施：
　　電源冗余：SDS#1和SDS#2兩套停堆數(shù)采柜內的電源均實行1:1冗余配置，當控制柜內任何一路電源故障時，另一路電源可以無擾切換并承擔全部的電源供應，此時單臺電源的負荷在60%以下，符合核電應用要求。
數(shù)采控制器冗余配置：SDS#1以及SDS#2兩個停堆系統(tǒng)分屬于兩個不同工作原理的停堆系統(tǒng)，符合核電站系統(tǒng)的多樣化要求。每個停堆系統(tǒng)有三個基本相同但完全獨立的通道，數(shù)采系統(tǒng)工程設計時，對每個通道配置了獨立數(shù)采控制器進行數(shù)據(jù)采集。這三個通道邏輯上是冗余的。
　　通信網(wǎng)絡的冗余措施：DCS的通信網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)的命脈，大部分DCS出現(xiàn)問題是在網(wǎng)絡通信上。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)，只要有一個網(wǎng)絡通道正常工作，系統(tǒng)就可完成正常通信。
　　各操作員站的備份使用：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所有操作員站全部工作在相互熱備份狀況，系統(tǒng)中只要有一個操作員站處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)就可正常工作，完成規(guī)定的操作及控制調節(jié)等功能。
　　數(shù)采站內的冗余措施：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)采站用來完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和部分算法的運算和執(zhí)行，其可靠性變得尤為重要。對其中許多部件進行在線熱備份，一旦一個部件出現(xiàn)故障，備份部件會自動承擔起工作。

　　抗干擾措施
　　DCS的應用環(huán)境肯定會受到一些干擾，這些干擾如果處理不當則容易造成系統(tǒng)運故障。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用各種EMC兼容技術等提高系統(tǒng)的抗干擾能力。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體EMC指標達到工業(yè)三級，也就是說，可以在嚴酷的工業(yè)環(huán)境條件下正常工作。

　　快速自診斷、隔離措施
　　DCS本身是可修復系統(tǒng)，由于長期運行，故障是難免的，這就要求在設計DCS時應盡量減少修復時間，以保證系統(tǒng)因故障的影響最小。
　　自診斷：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)I/O控制器均帶有CPU，每模塊均周期性地進行自診斷。
　　故障指示：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有模塊上均有指示燈、運行燈、故障燈、網(wǎng)絡通信燈，以顯示模塊的運行狀態(tài)。此外，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作員站上，操作人員可隨時調出系統(tǒng)狀態(tài)圖，從圖中可以看到每站、每個模塊的運行狀態(tài)。
　　故障隔離：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的故障模型遵循單一故障原則。任何模塊的故障只影響其自身的工作，不會影響到其他模塊的工作。例如，當某一模塊的電源發(fā)生短路故障時，其他模塊的電源不受影響繼續(xù)正常工作。當冗余的一塊卡件故障時，該卡的所有功能會被無擾地切換到另一塊卡件上，該卡則可以拔除維修。
　　可帶電更換模塊：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有模塊均可帶電拔插，對系統(tǒng)的運行不會產生任何影響，保證了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在某些模塊故障時，維修人員可以在不影響系統(tǒng)運行的情況下實現(xiàn)在線維修。此外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有I/O信號與I/O模塊是通過底板連接的，模塊主體上不接信號線，因此，更換模塊時不會涉及到I/O接線的變動。

　　低功耗設計以及降額設計措施
　　發(fā)熱高，往往是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要原因之一。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種卡件包括數(shù)采卡，均采用了低功耗設計，從其提供的卡件資料看，卡件消耗功率比較小，卡件發(fā)熱少。例如，關鍵部件數(shù)采控制器的典型功耗為400mA/5V, CPU不需要風扇冷卻，而風扇往往是系統(tǒng)長時間運行的薄弱環(huán)節(jié)。另外，對于一些對電壓電流敏感的器件，為保證其可靠正常工作，數(shù)采系統(tǒng)采用了降額設計。

　　通訊網(wǎng)絡的可靠性措施
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有通訊網(wǎng)絡均實現(xiàn)了冗余技術。當網(wǎng)絡無故障情況下，兩條冗余的通訊網(wǎng)絡上傳輸相同的數(shù)據(jù)。當任何一條網(wǎng)絡發(fā)生故障時，另一條網(wǎng)絡則擔負起所有的通訊任務。保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)過程控制網(wǎng)具有工業(yè)以太網(wǎng)負荷測試、故障偵測、冗余傳輸?shù)裙δ�，并且能根�?jù)網(wǎng)絡的運行狀況（負荷和故障情況），自動進行無擾冗余切換，切換過程是安全可靠的，不會丟失數(shù)據(jù)包。
　　該系統(tǒng)對冗余網(wǎng)絡的兩個獨立通道進行實時嚴格的故障診斷，并為系統(tǒng)內任何節(jié)點建立故障狀態(tài)標志，以此作為冗余處理的基礎。當網(wǎng)絡存在不穩(wěn)定因素或局部發(fā)生故障的情況下，冗余網(wǎng)絡自動剔除故障部分線路，使網(wǎng)絡處于部分冗余或不冗余的單網(wǎng)模式下，以保證網(wǎng)絡仍然能夠正常傳輸過程數(shù)據(jù)。
　　采用冗余傳輸模式，保證數(shù)據(jù)安全到達目的節(jié)點，保證最大的傳輸可靠性。

　　軟件的可靠性措施
　　軟件對dcs的可靠性有很大的影響，軟件故障，特別是系統(tǒng)死機帶來的危害是最大的，經(jīng)過了解，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件開發(fā)投入遠大于硬件開發(fā)投入。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)中，參考了核安全計算機系統(tǒng)的軟件設計和開發(fā)要求：
　　整個軟件開發(fā)過程按正向設計進行，包括：軟件需求分析階段、概要設計階段、詳細設計階段、編碼階段、模塊測試階段、連調階段和系統(tǒng)集成階段。在每個階段中實施檢驗和確認。
　　多級模塊化結構設計：首先按照系統(tǒng)的需求分析將整個系統(tǒng)的
功能分解成多個功能相對獨立的軟件任務；將每一個任務逐級分解，直到功能單一的模塊。明確各個模塊的功能和輸入/輸出接口定義，作為檢測依據(jù)。
　　此外，資源分配留出很大裕度。整個軟件經(jīng)過嚴格測試，窮盡各種故障可能，確保系統(tǒng)不死機，不出故障。對所有接口關系嚴格定義，且均設立非法進入和退出處理措施。

　　ECS-100H數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性制造
　　要保證一個系統(tǒng)的可靠性，只有可靠性設計是遠遠不夠的，它必須靠嚴格的生產、制造技術來實現(xiàn)。
　　通過對供應商質保體系的審查，以及參觀其生產過程獲得的相關資料，數(shù)采系統(tǒng)的生產過程是高要求且嚴格可控的，生產過程制定的一些規(guī)則為系統(tǒng)的可靠性提供了保證：確保生產所用的元器件直接從具有質量保證體系的原制造廠家定貨，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用的芯片直接來自著名的器件廠商。確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所有的板級產品采用先進的機器焊接技術來生產。并嚴格進行老化，以淘汰不合格品。
　　公司按IS09001國際質量標準制定嚴格的《質量保證體系》。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工程化設計和管理保證產品的質量是客觀的，而不依賴于某個人。工程合同執(zhí)行過程的每一個環(huán)節(jié)均通過文件進行有效的控制，不受人為因素干擾。
　　工程實施過程也需要按照可靠性要求進行。例如，合理的工藝控制方案設計、可靠的接地系統(tǒng)設計等等。秦山第三核電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工程設計是合理的，且準備充分，最終圓滿地完成了設計和調試工作，并一次投運成功。另外，為了保證秦山第三核電廠數(shù)采系統(tǒng)的研制成功與優(yōu)良的后續(xù)服務，浙江中控技術股份有限公司成立了專門的核電項目組，配備了一些有豐富工程經(jīng)驗的工程師從事開發(fā)過程、工程實施測試和檢驗等工作。

　　總結
　　WebField ECS-100H系統(tǒng)投運后，提供高速（20ms開關量模擬量）、高精度(0.1%)的數(shù)據(jù)采集功能，采集數(shù)據(jù)除在本地的工程師站進行各種數(shù)據(jù)顯示趨勢記錄外，還通過PDS網(wǎng)關計算機送到電站的PDS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。另外，由于其提供了精確的功率裕量數(shù)據(jù)，操作員可以在不降功率或少降功率情況下進行換料，提高了經(jīng)濟效益。實踐證明，該系統(tǒng)能夠滿足安全功能的要求。系統(tǒng)投入運行以來，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳輸完整快速。
　　總之，系統(tǒng)的可靠性貫穿于系統(tǒng)的設計與開發(fā)、生產制造、工程實施等一系列過程中，各過程的各種經(jīng)驗積累在可靠性保證方面起著十分重要的作用。