《核安全级DCS故障诊断设计》是关于核电厂核安全级数字化仪控系统（以下简称核安全级DCS）关键故障识别、状态监视与诊断措施设计的著作。本书主要专注于故障诊断技术在核安全级DCS产品研发与工程实施上的应用，目的在于将故障诊断技术在我国核安全级DCS自主化过程中的**实践进行归纳、总结和推广。

本书基于核安全级DCS的产品特点，首先从故障分析展开，阐述了如何利用FMEA技术识别出核安全级DCS的关键故障模式，接下来遵循故障诊断理论方法，结合核安全级DCS自主化研发过程中的经验教训，给出了系统化的故障诊断设计方法，最终通过描述故障诊断验证结果以及产品商运数据，闭环论证了本书技术方法的准确性和可用性。

设备故障诊断始于20世纪20年代，第二次世界大战后获得迅速发展。20世纪60年代是故障诊断的初始阶段，随后经历了机内测试、中央诊断系统，现在已发展到智能诊断与预测阶段。故障诊断技术也由原来的航空、军工领域应用为主推广到了各行各业，目前所有的高可靠性装备领域，故障诊断均为不可或缺的关键功能，在核电领域更是如此。

在核电领域，核安全级DCS是核电厂的“神经中枢”，它实时监视着核电厂反应堆的运行状况，当出现异常工况时，核安全级DCS会在规定的响应时间内将保护指令发往核电厂安全保护设备，使其执行紧急停堆和专用安全功能，确保核电厂的安全完整性。因此，核安全级DCS的正常与否直接关系到核电厂的安全性和经济性。为了避免因核安全级DCS的自身故障造成核电厂无法执行保护功能或误停堆，它必须具备很强的故障诊断能力，所有与安全功能相关的故障必须被识别、诊断、报警与处理，可以说故障诊断是核安全级DCS的核心能力，故障诊断设计能力是核安全级DCS供应商的核心竞争力。

核安全级DCS是核电厂的核心关键技术，长期被国外垄断。作为我国首个自主知识产权的核安全级DCS，北京广利核系统工程有限公司（简称广利核公司）和睦系统成功研发与得到商业应用后，标志着我国成为全球第4个掌握此项技术的国家。广利核公司在研发和睦系统的过程中，形成了核安全级DCS十大关键技术成果，其中故障诊断技术就是其中之一。本书充分总结了广利核公司在研究核安全级DCS故障诊断技术过程中积累的经验与教训，从RAMSN理论与安全模型出发，系统、详细地阐述了核安全级DCS故障诊断需求、设计与验证方法，具备较强的可实施性。本书提供的技术内容丰富完整、结构清晰，从产品研发生命周期角度给出了切实可行的核安全级DCS故障诊断解决方案，以帮助读者了解、熟悉核安全级DCS故障诊断功能的正向设计理论方法，适合作为核安全级DCS产品研发人员、运行维护人员和用户的技术参考资料。

在本书的编写过程中，我们得到了广利核公司各专业同事的大力支持，其中，李明利、吴彬、王静伟、孙星星、马光强、李乐、李冠宁、马朝阳、贾虎军参与了各章节的编写，左新、石桂连、马建新、李刚、程康进行了审阅，在此对各位同事表示衷心的感谢。

另外，在编写过程中，参考了大量国内外技术资料、学术及学位论文，在此向原作者表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，书中难免有错误和疏漏之处，恳请各位读者、专家批评指正。

编者

2021年6月

1绪论

1．1核电发展机遇与核安全

1．2核安全级DCS概述

1．2．1核电DCS

1．2．2核安全级DCS的发展过程

1．2．3核安全级DCS的原理与架构

1．2．4核安全级DCS的作用与价值

1．2．5核安全级DCS的国产化需求

1．3RAMSN特性

1．4故障诊断的基本概念

1．4．1故障

1．4．2故障诊断

1．5故障诊断发展过程

1．6故障诊断对核安全级DCS的重要性

1．6．1核安全级DCS关键故障的危害

1．6．2核安全级DCS故障诊断的意义

2RAMSN理论与安全模型

2．1核安全级DCS面临的RAMSN技术问题

2．2RAMSN理论体系

2．3RAMSN安全模型

2．4基于RAMSN理论与安全模型的故障诊断设计

3核安全级DCS故障分析

3．1故障模式识别方法

3．1．1FMEA概述

3．1．2FMEA方法介绍

3．1．3FMEA计划阶段

3．1．4执行FMEA

3．1．5关键性分析方法

3．1．6FMEA分析实例

3．1．7不同类型FMEA的特点

3．2核安全级DCS故障模式分级

3．2．1故障模式分类

3．2．2故障模式分级

4核安全级DCS故障诊断需求

4．1需求的重要性

4．2核安全级DCS需求开发方法

4．2．1计划阶段

4．2．2需求收集阶段

4．2．3需求分析阶段

4．2．4需求组织阶段

4．2．5需求验证阶段

4．3核安全级DCS故障诊断需求

4．3．1故障诊断范围

4．3．2故障诊断措施

4．3．3诊断覆盖率与诊断周期

4．3．4报警指示

5核安全级DCS故障诊断方案设计

5．1故障诊断总体技术路线

5．1．1故障诊断功能设计基准

5．1．2故障诊断功能设计

5．1．3核安全级DCS故障诊断详细设计依据

5．2核安全级DCS平台诊断措施方案

5．2．1I/O诊断措施设计

5．2．2处理单元诊断措施设计

5．2．3通信诊断措施设计

5．3核安全级DCS故障诊断信息存储与传输

5．3．1故障诊断信息存储

5．3．2故障诊断信息传输

6核安全级DCS故障诊断验证

6．1故障插入测试目的与内容

6．2故障插入测试方法

6．2．1系统总体故障

6．2．2工程应用设计故障

6．2．3单产品故障

6．2．4故障注入后系统状态确认

7典型核安全级DCS故障诊断方案

7．1阳江5号机RPS平台和系统架构

7．2阳江5号机RPS控制站故障分析

7．3阳江5号机RPS控制站故障诊断需求

7．4阳江5号机RPS控制站故障诊断功能设计

7．5平台故障诊断方案设计

7．5．1和睦系统I/O单元诊断措施方案设计

7．5．2和睦系统处理单元诊断措施方案设计

7．5．3和睦系统故障通信诊断方案

7．5．4和睦系统故障诊断信息存储方案设计

7．6应用系统故障诊断方案设计

7．6．1阳江5号机RPS诊断信息传输总体方案

7．6．2阳江5号机RPS故障诊断信息上报

7．6．3阳江5号机RPS报警指示方案

7．7故障插入测试验证

参考文献

本书充分汲取了广利核公司自主研发核安全级DCS的成功经验，从正向阐述了核安全级DCS如何实现高故障诊断能力，包括理论、技术和实践案例，并有较强的可实施性。本书提供的技术内容可以让相关从业人员了解、掌握核安全级DCS故障诊断功能的正向设计方法，让广利核公司在核安全级DCS研发与应用的成功经验迅速推广，全面提升我国核电数字化仪控系统的产品研发与工程实施能力。

江国进，男，1964年出生，清华大学博士，现任北京广利核系统工程有限公司总经理；国家能源核电站数字化仪控系统研发中心主任；中国广核集团DCS研发首席专家。

从事核电自动化控制相关科研工作近30年，主持研发了我国**具有完全自主知识产权的核级数字化仪控平台——“和睦系统”，打破了国外垄断，填补了我国在该领域的空白，使我国具备了该领域系统性的核心能力。