核电站安全级DCS系统网关设计与实现

摘要

核电站数字化仪控( Digital Control System，DCS）系统是核电站的神经系统和控制中心，通过控制、监视及保护核电站各个部分和系统，保障核电站能够可靠、安全和经济的运行。为了可靠、安全地解决核电站安全级 DCS系统与外部进行网络数据双向通讯的问题，文中给出了核电站安全级 DCS系统网关软件的设计和实现方法，主要工作内容和成果如下：
　　本文首先阐述了国内外核电站及其仪控系统的发展概况以及本课题的研究内容和研究目的；接着，以岭澳二期安全级仪控系统为例研究核电厂安全级DCS系统实现方案，描述了核电厂DCS系统的设计准则和分级，重点分析了反应堆保护系统（RPS）的系统组成和网络结构以及网关在该系统网络中的位置和作用，并介绍了本人所参与的某核电厂安全级 DCS平台研制项目及本人在该项目中负责的工作内容。
　　然后，针对网关在核电厂 DCS系统中的应用目标对其进行需求分析；参考本项目平台上的系统结构和网络架构，设计了网关的总体方案运行机制以及内外部接口；比较分析了传统Modbus网关方案的连接访问过程以及其在本项目平台上的局限性，通过设计实时数据池的方式来解决新方案中安全侧网络的单向传输问题；分析、实现嵌入式运行环境上的TCP/IP协议、Modbus协议和NTP协议，完成网关的基本通信功能；根据需求分析和方案设计要求，对网关整体系统软件程序功能进行设计并实现。
　　最后，在本课题中选用专门针对IEC61508 SIL-3应用要求而设计的安全型处理器产品作为硬件仿真平台进行仿真验证，测试结果表明该网关系统能够可靠、安全的完成用于安全级与非安全级系统之间的通讯隔离、协议转换和数据传输功能，并且该网关软件已成功应用在本项目平台上。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的

1.3本文组织结构

1.4本章小结

第2章 典型核电站安全级DCS系统实现方案研究

2.1 DCS系统设计准则

2.2 DCS系统分级

2.3安全级DCS系统架构及功能概述

2.4安全级DCS系统网关概述

2.5所参与某核电厂安全级DCS平台概述

2.6本章小结

第3章 网关系统设计与实现

3.1需求分析

3.2方案设计

3.3网关访问机制

3.4以太网协议栈的实现

3.5系统软件程序功能设计与实现

3.6本章小结

第4章 仿真平台测试验证

4.1硬件仿真平台介绍

4.2验证测试

4.3本章小结

第5章 总结及展望

5.1本文总结

5.2工作展望

科研成果

参考文献

致谢