浅谈核电厂DCS与JDT系统通讯的故障诊断与优化
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系统通信的故障提出了具体的解决策略。
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。
作者：李康乐 张浩 来源：科技视界 2016年14期
下一篇：信息通讯线路维护