1  引言
   
　　科技领域的自主创新已经被国家定为基本战略方针，在有巨大市场的核电领域这一问题尤显突出和迫切。按照国家能源规划，2020年中国将实现4000万kW核电装机容量的目标，核电占总电力的比例将从目前的1.6％上升到4％，这意味着在未来14年中中国将新增核电站30座左右。
   
　　核电站从工程管理、工程设计、设备制造、工程建设、直至安全运行和退役无一不体现高端技术，数字化I&C就是其中一项重要的组成部分。目前国际上先进核电站的设计寿命是60年，其中一些大型设备（如压力容器）要保证60年不更换，如果说这些大型设备的加工制造技术体现了一个国家重工业的综合实力，那么数字化I&C则体现了工业控制领域的前沿技术，其设计和设备除了要保证工程上马时的成熟性和先进性外，还要确保整个电站寿期内的升级和改造，是一项随IT发展持续改进的技术，是现代化大型核电站的核心技术之一。

　　2   核电站I&C技术现状
   
　　随着近二十年来控制和信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）的不断发展和日益成熟，加之用户对先进控制功能与管理功能需求的提升，数字化I&C开始全面进入核电站的实际应用。
   
　　国外的许多新建核电机组，如法国的CHOOZ-B、CIVAUX等4个145万kW核电站（N4）,日本K6、K7(ABWR),韩国灵光5、6号等均采用了数字化I&C，并且已经投入运行，情况良好。正在建设中的芬兰OL3核电站是第一座第三代技术核电站（EPR），采用TXS+TXP数字化I&C系统。美国西屋公司推出的三代技术AP1000型核电站推荐采用Common Q+Ovation数字化I&C系统。同时大量采用常规控制技术的机组已进行了成功的数字化改造，或在改造中。
   
　　国内已经投运的田湾核电站（俄罗斯VVER型）采用TXS+TXP数字化I&C系统，在建的岭澳二期核电站及其它厂址相同系列的核电机组同样拟采用数字化I&C系统。由此可见，核电站采用数字化I&C已成为一种必然。
   
　　目前国际上比较典型的核电站数字化I&C系统是TXS（AREVA-NP公司）+TXP（SIEMENS公司），是欧洲核电系列的代表； Common Q（ABB公司）+Ovation（EMERSON公司）是西屋核电系列的代表。
   
　　国内产品在核电站非安全级数字化I&C部分有一定的应用业绩，如秦山二核电站的信息系统KIT/KPS和常规岛控制系统等。在安全级数字化I&C部分国内尚无相应的产品。

　　3  核电站数字化I&C的关键技术
   
　　核电站数字化I&C的关键技术包括工程设计技术和设备设计及其制造技术。
   
　　I&C系统工程设计主要包括数字化仪控总体设计、先进主控室设计、反应堆控制和保护系统设计、测量系统设计、电厂监测系统设计、信息处理系统设计、全范围模拟机等。而采用数字化I&C系统后，构建一个一体化的数字平台（开放的、易于维护/升级/改造的）、先进的控制室设计（广泛使用VDU人机接口设备及少量常规设备）、符合人因工程的信息管理技术（智能化的报警管理系统、数字化的操作规程等）成为工程设计技术的关键。
   
　　数字化I&C设备设计及其制造的关键技术之一是安全级数字化平台的软硬件开发。开发（设计制造）的难点不在于结构体系的设计，而是在于制造和验证的过程，如采用何种规程如何验证设备满足核安全要求，软件如何实现V&V过程等；另一个关键技术是信息处理技术，一个百万千瓦机组的输入输出点达到数万个，一天的数据量达到几十兆字节，如何处理这些数据，使其实时地、有序地将最重要的数据提供给操纵员并能快速地响应操纵员的操作非常重要，虽然这里指的信息处理未必直接与安全相关，但产品处理能力的强弱会直接影响到整个I&C系统的性能。

　　4  核电站数字化I&C的自主化和国产化
   
　　自主化是指数字化I&C系统工程设计自主化，包括功能设计、结构/硬件配置及应用软件开发的全过程；国产化是指数字化I&C设备国产化，这里国产化的含义绝不仅仅指设备可以贴上“MADE IN CHINA”的标签（如引进一条国外生产线），是指中国DCS供货商真正掌握了用户需求，进而掌握了从产品研发至持续改进的全过程，其产品真正具有中国自主知识产权。

　　4.1  国内数字化I&C自主化和国产化现状
   
　　目前国内核电站数字化I&C系统的工程设计工作从大的层面上分为两部分：一部分由国内设计院完成，主要任务包括I&C系统功能设计、设备布置、控制保护逻辑、电缆敷设、及编制各种类型的规范书等，与电站过程直接相关。由于近些年来中国核电事业的发展，特别是国际间合作的不断加强，国内设计院的设计能力有了长足的长进，自主完成了采用常规I&C的秦山核电一、二期等工程的设计，并正在开展采用数字化I&C的岭澳二期扩建等工程的设计；另一部分工作由国外供货商完成（尤指数字化I&C），主要包括系统硬件配置和应用软件设计组态（软硬件集成），与I&C自身设备直接相关。可以说，不能提供自己的数字化平台是目前还不能实现工程设计完全自主化的重要原因。
   
　　从工程设计角度讲，工艺过程对I&C系统的功能要求并不是选择常规控制设备还是数字化控制设备的决定因素，二者均能满足要求。而恰恰是随着DCS技术自身的不断发展和成熟，其在信息管理、运行维护、诊断试验、灵活配置、节约空间、易于升级改造并不失安全可靠性能的优势，才使其成为核电领域的新宠。因此，上面提到的由国外供货商完成的工程设计部分更能体现数字化I&C的关键技术。
   
　　设备国产化方面，从1985年起我国火电行业开始全面采用DCS，最初主要是INFI-90、WDPF、TELEPERMXP、MIDAS-8000等8家国外产品全部占据了市场，后来国产DCS逐渐跟进并占了上风，现已实现30万kW以上大型火电机组的DCS国产化。目前和利时公司推出的HOLLYiAS-MACS第四代DCS系统、浙大中控推出的Webfield(ECS)系统等产品和应用已经很成熟，并且在系统体系结构设计、软硬件开发和工程应用等方面形成了与国际先进水平接近或相当的自主技术。国产DCS经过十几年的努力，把国外DCS价格压到了原来的40%以下。与此同时，在核工程领域，国内一些DCS厂家的产品已成功应用于秦山一、二期、大亚湾、岭澳、田湾、巴项、清华和401院试验堆等项目的部分非安全系统中，但安全数字化I&C产品的研发还处于规划或起步阶段。

　　4.2  国内外数字化I&C设计和供货特点
   
　　国外以两大国际核电巨头为例，无论是法玛通还是西屋，都具有数字化I&C的工程设计和设备成套供货能力，而且不管是通过自主研发还是企业重组，其产品不断推陈出新，始终处于技术领先地位。
   
　　法国N4是较早采用数字化I&C的核电站，其产品由六家公司合作专门研制，为非标准化商业产品，在设计建造过程中遇到了一定的麻烦。之后，西门子公司在中国田湾核电站成功推出数字化系统TXS+TXP，不久，法玛通与西门子核电部合并，成立了F-ANP公司，将安全级数字化平台TXS归入旗下，加上西门子公司的常规控制系统TXP，统一了数字化I&C平台，并在其后的核电站中推出了TXS+TXP模式。
   
　　西屋公司80年代为实现老机组改造开发了数字化Eagle 系统，并用于二十几个机组的改造；90年代陆续推出了数字化Eagle+WDPF和Common Q+Ovation，2000年后又推出了Advant+Ovation。同样这些数字化产品有西屋自己的，也有强强组合的产物，但不管哪种情况，其I&C系统工程设计的改进始终与设备的升级保持同步，也说明西屋始终具有驾御I&C系统工程设计、设备选择、开发和成套，并融入实际工程应用的能力。
   
　　众所周知，工程设计需求的不断提升是DCS制造商研发新产品的原动力，而DCS性能的提高又可为工程设计提供了更多的手段，进而提高设计水平。若要达到最佳的互动效果，为二者建立沟通平台的统一组织是非常重要的。之所以核电巨头们能够不断推出新的I&C产品，正是得益于这种一体化的组织模式，这种模式最大的好处是可以聚集各方面的专家进而开展庞大的科研攻关工作。这种例子很多，法国EDF在设计数字化控制室时，集众多行业专家，持续了十几年的研发工作，并成功应用于N4；西门子在田湾核电站的I&C设计过程中聘请了大量熟悉VVER系统并有现场经验的专家，成功完成了TXS+TXP最全面应用的处女作；尽管美国在近30年的时间里没有批准一个本土核电项目，但其在核电领域的重要地位始终未动摇。
   
　　由于国内核电市场正处于成长期，加之没有自己的数字化I&C平台，I&C系统设计供货一体化的条件尚不成熟。但在火电行业的一些特点仍能说明一些问题：国内大的火电设计院有多家，大的DCS生产厂同样有多家，但目前还未见到国内哪个大的火电项目由一家单位独立完成I&C系统的工程设计和供货（这里不是指工程总-分包模式），仍由设计院和DCS厂家共同承担。换句话说，西屋公司自己可以不生产DCS设备，但可以从国际市场上采购系统平台，进行二次开发和验证工作，之后作为自己的与新堆型配套的品牌打入市场。相比之下，国内设计院是极少采用这种模式的，其设计任务很少涉及DCS硬件配置和软件设计组态，不仅如此，设计院（包括核设计院）基于数字化平台的科研攻关项目也是难寻。

　　4.3  自主化和国产化出路
   
　　参考火电行业，国内产品进入火电市场的过程中，DCS厂家聘请了大量设计院专家和电厂专家，这种人才资源的紧密结合使得DCS研发过程有的放矢，DCS平台快速的成熟并发展起来，从而推动了整个火电行业的热工自动化设计和应用水平。
   
　　当然核电行业由于更严格、更复杂的体系，与火电还是有很大区别的。但是与国际核电巨头相比， I&C领域无论从组织机构还是人力资源配置上，国内单位还不具有法玛通或西屋的规模和综合实力，差距是显而易见的。
   
　　基于以上分析，要尽快实现核电站数字化I&C自主化和国产化的目标，在I&C领域必须加强不管是体制上还是人力资源上的整合：国内核设计院了解工艺过程和各种法规、标准，汇集各个专业的专家，在总体设计中有无法比拟的优势；国内DCS厂家具有丰富的DCS设计制造技术和经验，以及成熟的DCS项目管理体系、质保体系；核电站用户具有丰富的现场运行经验，对设计、设备结果有最权威的评价和反馈。有了上述基础，无论是自主开发，还是技术引进，都为尽快实现核电站数字化I&C的自主化和国产化构建了良好的平台，铺平了道路。

　　5  结语
   
　　核电站数字化仪控系统是核电站的中枢神经，完成它的设计、供货、安装、调试、运行、维护、改造是一项长期复杂的系统工程，单靠设计院、DCS供货商、用户任何一方的努力都很难打造拥有核心技术的产业链条，需要各方的共同协作和努力。另外，由于核电站数字化仪控在国外也仅处于起步和发展阶段，除安全级仪控设计和制造的验证技术外，国内核设计院的工程设计能力、DCS供应商的研发和应用水平与国外差距并不大，再加上国内无法比拟的核电市场，非常有利于在关键时刻、在关键技术上赶超国外。
   
　　核电站数字化I&C自主化和国产化是一项系统工程，前面已经提到现阶段体制、人才很关键。但在核电大发展的东风劲吹时，抓住机遇更是关键。