在近日举行的2023年中国电机工程学会年会上，中国广核集团有限公司核电DCS研发首席专家、战略与科技咨询委委员江国进做了题为《核电站数字化、智能化控制保护系统的研发与展望》的主旨报告。他在报告中介绍了核电站数字化、智能化发展的研究背景和国内外现状，并分享了中广核集团的产业体系布局和主要科研成果。他表示，中广核集团将朝着协同设计一体化、运行数字化、运维智能化的方向发展，进而推动集团数字化产业做强、做大，支撑核电强国的发展战略。

20世纪90年代，数字化仪控技术在其他工业领域实现成熟应用后，逐步引入到更加审慎的核电领域，开始在役核电机组实施非核级小系统的改造。我国核电站首次引进国外的全数字化仪控系统是在1999年田湾核电站1号机组开工建设之时，当时国内的核级DCS（Distributed Control System，集散控制系统或仪控系统）基本依赖于进口。

江国进介绍道：“核电DCS控制着核电站两百多个系统、近万个设备，主要分为非核级DCS和核级DCS两个部分，非核级DCS主要完成机组在运行状态下的自动控制和监控，核级DCS主要完成核电站反应堆的安全停堆和事故缓解功能。由于技术本身的复杂程度和对于可靠性的严苛要求，长期以来，世界上只有少数几个发达国家掌握核级DCS研发制造的核心技术。”

“和睦系统”横空出世

据悉，核级DCS的研究之所以难，一是在软件方面存在世界性研发难题。北京广利核系统工程有限公司（简称“广利核公司”，是中国广核集团下属的高科技企业）攻克了世界性难题——核级操作系统研发及其软件代码生成技术，成功研发出我国首个完全自主知识产权的核 级DCS通用平台——和睦系统（FirmSys）；二是在硬件鉴定方面，自主平台研制成功后要真正应用到百万千瓦级核电工程，还需要经过一系列的硬件鉴定工作，尤其是作为国内首个自主平台应用到核电项目，从国家到核电业主都非常审慎。“以‘和睦系统’的首个大型工程应用——阳江5号机组项目为例，在项目实际供货之前，广利核公司开展了一系列漫长而复杂的验证活动，花费两年时间、耗资近亿元搭建工程样机和鉴定试验样机，并选择最严苛的条件和要求进行各种鉴定试验，以验证工程设计方案的正确性，平台功能的完整性和产品性能的可靠性。”江国进回顾道，“2005年的时候，我国所有核电站的控制设备都是引进的，想谈一些技术合作，别人都不跟我们谈。当时国家能源局把专门突破核安全级DCS的产品研发任务交给了我们。核级DCS研发难度大，一个重要原因是要满足两项硬性指标：一是反应堆控制保护系统的拒动率，要求做到10的-7次方，也就是1000万次要求动作的指令，系统不能有一次拒绝执行；二是误动率，50年内只允许系统向偏安全的方向误动一次。”要实现上述苛刻的安全要求，必须手写出自己的工业控制领域的操作系统，所有的嵌入式软件和通讯系统都不能向其他企业购买，这一点就足以把大多数想做原创的公司挡在门外。

有了系统，还得先想尽办法验证。产品做出来以后，如何向专业机构和监管部门证明它是安全的、可靠的？“我们做了大量的试验验证工作，包括EMC试验、抗震鉴定试验、环境鉴定试验，以及搭建一系列原理样机、1:1的工程样机等。为了获得国际原子能机构的认证，研发团队回答了来自7个国家的9名专家评审的一百多个问题。”江国进介绍道。作为我国首个核级操作系统，“和睦系统”定义了核安全级编程语言。它与国外同类产品相比，任务调度性能提升60%，整体响应时间缩短了15%。关键核心技术的突破，使“和睦系统”平台的整体技术达到国际先进水平，系统安全性和可靠性设计等技术达到国际领先水平。2016年，“和睦系统”通过国际原子能机构独立工程审评，拿到进入国际市场的“入场券”。

“和睦系统”的应用情况

“和睦系统”是一个通用平台，可以广泛使用于我国二代在役核电站的升级改造，华龙一号、EPR 欧洲三代压水堆等三代核电站，高温气冷堆核电站以及正在研发的小型堆上，应用前景广阔。除了核电领域，“和睦系统”还可以在船舶、航空等其他有高可靠性要求的工业领域应用。

据江国进介绍，“和睦系统”已成功应用到大亚湾、秦山等国内多个机组以及阿尔及利亚研究堆的核级仪控设备改造中，并先后在石岛湾高温气冷堆示范工程、阳江、红沿河、防城港、田湾核电站等9个大型新建核电项目中得到应用，产业化发展稳步推进。“目前，我国自主三代核电技术‘华龙一号’正在进行英国通用设计审查，‘一带一路’沿线也有多个国家在役和在建核电机组数量都在全球名列前茅，我们希望‘和睦系统’能够借着‘华龙一号’扬名海外。从目前“和睦系统”在国内外的应用情况来看，无论是技术水平还是平台的成熟度，它都已经具备与国外产品同台竞争的实力。”

目前，“和睦系统”已在广东阳江5&6号机组、辽宁红沿河5&6号机组、江苏田湾5&6号机组、华龙一号示范工程——广西防城港3&4号机组等21台新建核电机组上得到应用，实现了安全性、可靠性和经济性的有机结合。

“和睦系统”的技术优势

从国内外权威机构的评审和认证结果来看，“和睦系统”的核心技术和产品性能已经达到国际先进水平，部分技术指标甚至优于国外同类产品。近年来，得益于国内核电的快速发展，“和睦系统”在多个实际工程当中充分证明了自己的质量和性能。“在百万千瓦级核电机组这个量级以及三代、四代先进核电技术上实现应用，是一个大的挑战和跨越，它标志着我们的研发和质量控制体系达到了世界先进水平。广利核公司能够凭借‘和睦系统’及其他自主DCS平台，在田湾核电站5&6号机组全厂DCS项目的国际公开招标中成功中标，也从事实上证明了我们与国外同类产品同台竞争的实力。”江国进说。

在“走出去”的规划上，“和睦系统”在研发初期就考虑得比较充分，产品研发、制造、测试等各个环节都根据国际通行的法规、标准进行，并与国际先进水平进行了对标，在技术层面准备得非常充分；而在工程应用方面，国内外所有核电工程竞标都会考虑的一个核心因素是DCS的总承包能力和工程进度控制能力。数字化仪控系统是核电项目建设工期的一个关键路径，广利核公司是世界上唯一一个采用首台套核级DCS设备没有造成机组建设工期延误的企业，这在世界范围内都是非常难得的。江国进说：“从去年至今，广利核公司先后与韩国斗山重工集团，英国罗尔斯・罗伊斯公司、西班牙泰纳通公司等多家企业签署合作协议或意向，并积极参与国际核电项目竞标。五年以来，我们的产业化应用合同金额已超过一百个亿，相当于为国家节约的不用进口的费用超过了五十个亿。我们期待中国‘智’造的核级DCS能够早日走出去，助力我国实现从核电大国到核电强国的转变。”

“和睦系统”的下一代

“首先简单报告一下CPS（信息物理系统）的概念。CPS是在第四次工业革命的过程中由美国国家科学基金会在2006年提出来的，它描述我们这个系统在日益复杂的过程中如何对其进行确定性的掌控。CPS在工程和研发过程中就是要按需响应、快速迭代、动态优化。”江国进解释道，“从原来单纯的硬件、软件单元级，到下一代的软硬件网结合，再到下一代智能的服务平台来掌控所有的软硬网的各个系统，系统会越来越复杂。我国在中国制造2025中也专门把CPS作为一个核心技术来看待。目前，中、美、德三国家在CPS这个领域是领先于其他国家的。”

据江国进介绍，中国广核集团牵头做了一个战略专项来研究新一代的核电站的仪控系统，怎么能够从一个神经中枢发展到一个大脑。未来核电相关的控制系统应该有六个方面特征：第一，快速交付。核电工程的需求越来越大，供应商必须具备快速交付的能力; 第二，无论硬件和软件，在它运行的阶段要能够保证不宕机; 第三，要支持所有实体工程的虚拟调试。如果所有工程都用实体控制系统去调试的话将会带来很多问题；第四，逻辑云化。即如何把硬件和软件进行分离，在硬件方面固化的同时，让嵌入式软件的部分进行云化，有利于配置的灵活性。还有就是智能值守和少缆连接。

“下一代核电DCS控制系统，智能的通用IO会在最下一层，它上面一层就是控制器要形成一个集群；更上一层的是人机界面，智能操纵员支持我们运行操纵员，来判断他们应该采取的正确措施。当然在这上面我们还有四个模型，从几何模型、物理模型到关系模型、到健康模型，无论是设备、系统或是人，都会对整个核电站产生不同影响，需要深入研究后得出一个能够让核电站更加安全的控制和保护系统，确保我国的核安全。”江国进总结道。

（本文未经报告人审核）