核电厂基于FPGA的仪控系统网络安全研究

基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的系统解决方案具有设计简单、并行处理能力高、系统可验证、许可成本低等特点,在核电厂仪控系统中得到了广泛应用。在当前核安全监管体系中,与FPGA技术相关的监管要求多聚焦于功能安全,对网络安全的监管要求相对较少,存在安全监管空白和弱项。通过研究、分析FPGA技术自身特点,从产品和系统生命周期的角度,全面梳理和介绍了FPGA技术存在的安全脆弱性、面临的安全威胁和当前主流的安全防御技术。结合当前监管实践,提出核电厂基于FPGA仪控系统的网络安全解决方案。对如何加强基于FPGA仪控系统的网络安全建设提出具体意见和建议,以期提高对基于FPGA技术网络安全工作的全面认识,为进一步提升核电厂网络安全水平奠定基础。     

基于系统工程的核电厂仪控系统设计流程研究

核电厂数字化仪控系统具有设计复杂、结构庞大、集成度高的特点。为了解决设计中由于设计流程不规范、以结果为导向、以施工图设计和管理为重点等而出现的各种综合性问题,研究了在核电厂仪控系统设计流程中使用系统工程的方法。创新性地结合了系统工程方法和核电厂仪控系统全生命周期的模型,重新定义和开发了仪控系统的设计活动,对活动进行统筹规划。建立核电厂仪控系统设计的标准化系统工程体系,可对其进行裁剪,用于指导不同核电项目、不同层次仪控对象的全生命周期设计。基于系统工程的仪控系统设计流程的开发,有利于规范仪控系统设计活动、实现全生命周期的设计管理和维护、提升核电设计和管理能力、提高国际竞争力。     

核电厂仪控系统全生命周期需求分析的研究

为解决核电厂仪控系统在需求分析方面存在的问题,提出了一种需求分析的理论框架。该框架结合核电厂仪控系统的特点,采用场景分析方法对系统的功能需求、性能需求和安全性需求进行分析。将该方法应用于某研发堆型启堆场景分析中,得出了研究结果。应用结果表明,该方法适用于核电厂仪控系统的需求分析,并具有可操作性和实用性。该方法能够帮助解决跨系统设计中可能出现的问题“涌现”,从而减少现场施工进度的延误和经济成本的增加等问题。研究成果表明,采用基于系统工程国际委员会（INCOSE）技术流程定义的场景分析法可以有效地分析核电厂仪控系统的需求。该方法可以在核电厂仪控系统设计过程中逐步推广,并为提高系统设计的准确性和效率提供参考。通过更好地进行需求分析,可以确保仪控系统在设计和施工阶段的顺利进行,从而提高核电厂的运行效率和安全性、降低成本。     

基于STPA的核电厂仪控系统安全分析研究

为解决核电厂复杂仪控系统的安全性分析问题,通过引入基于系统理论的过程分析（STPA）方法,完成仪控系统的安全性分析。利用系统损失分析、系统风险分析、不安全的控制行为分析、致因场景分析四个分析过程,完成对现有核电厂仪控系统中控制保护耦合方案的安全性分析,以及保护系统设计过程的安全性分析。分析结果表明,STPA方法可有效从系统角度分析设计方案及设计流程中的不足,找出相关方案导致系统风险的致因场景和导致设计问题的根本原因。相关分析过程可进一步指导STPA方法在复杂仪控系统安全性分析中的应用。分析结果可用于指导复杂仪控系统的安全性设计。     

核电厂仪控系统本体可靠性分析研究

核电厂仪控系统本体可靠性是影响核电厂安全、稳定运行的重要因素。研究了核电厂仪控系统设计过程中影响仪控系统本体可靠性的影响因素。提出了包含4个主要影响因子和13个子影响因子的人因失误模型。应用灰色关联分析方法对人因失误模型中各影响因子进行定量关联度计算,以识别影响因子的重要程度。对某实际核电机组仪控系统设计活动进行实例分析,成功地识别出了核电厂仪控系统设计过程中影响仪控系统本体可靠性的关键因素。该研究结果有助于更好地识别和管理潜在的人因失误风险,并提高系统的可靠性和安全性。     

MBRA在核电厂仪控系统可靠性分析中的应用研究

核电厂仪控系统的可靠性对于核电厂的安全、平稳运行至关重要。为了保证核电厂仪控系统的可靠性,需要在设计过程中对规模庞大且功能复杂的核电厂仪控系统进行可靠性分析。传统的核电厂仪控系统可靠性分析一般基于系统设计文本直接构建可靠性分析模型。模型结构往往与系统结构不匹配,使得模型的构建与检查极为困难。为了解决这个问题,考虑使用基于模型的可靠性评估(MBRA)方法,构建核电厂仪控系统的故障传播模型以进行可靠性分析。使用核电厂仪控系统可靠性分析与设计软件,构建了反应堆保护系统稳压器压力触发安注功能的故障传播模型,对其失效概率进行了故障树分析,并提出了提高安注功能可靠性的改进方式。应用结果表明,使用MBRA方法进行核电厂仪控系统的可靠性分析,降低了可靠性建模的难度,使模型易于检查与确认,提高了可靠性分析的效率、准确性。     

核电厂仪控系统可靠性要求与分析方法研究

随着核电厂仪控系统冗余度及分散度的持续增加,以及业主运维压力的攀升,需要考虑简化核电厂仪控系统。为了使简化后的核电厂仪控系统能够保障核电厂的安全性与可用性,需要研究其可靠性要求与分析方法。根据以往工程经验,归纳了核电厂仪控系统设计过程中可靠性分析的一般流程。根据系统故障对核电厂安全性与可用性的不同影响,分别对反应堆保护系统、多样性驱动系统及运行控制系统这三个仪控系统的重要组成部分进行研究。基于相关导则、标准及以往工程实践,分别总结了这三类系统的可靠性要求的类型及制定方法,并归纳了这三类系统的可靠性分析过程中需要考虑的因素。根据各类仪控系统的可靠性要求与分析方法,系统设计者可以在保障仪控系统可靠性的基础上对设计进行简化。     

AP1000核电厂仪控系统介绍

AP1000核电厂的设计具有开创性的技术特点,三代核电技术AP1000将是我国今后长期发展的核电技术.介绍了AP1000仪控系统的总体结构、主要仪控系统的功能、设计特点及应用平台;分析说明了AP1000仪控系统相对于其他核电厂仪控系统设计的不同之处.AP1000仪控设计采用美国法规标准体系并为最新的数字化仪控关注焦点提供了应对措施.     

基于MBSE技术的航天器电气系统设计技术

针对MBSE技术应用于航天器电气系统设计开展研究,建立从需求分析、功能定义、逻辑设计、逻辑实现及物理实现的完整的电气系统实现方案,分析了各个层级之间的映射及关联方法。针对航天器电气系统特点,提出了新的、系统的工程解决方案。以SystemWeaver为开发平台,以典型的飞行器管理平台为研究对象,至顶向下开展正向设计,根据顶层输入开展需求分析,面向功能需求进行功能定义,在符合相关技术标准、经验基础上利用逻辑设计及逻辑实现满足各项功能定义,最后通过物理层进行系统实现。构成基于MBSE航天器电气系统正向设计的完整流程。     

基于MBSE的PHM开发平台设计

故障预测与健康管理(PHM)开发平台具有结构功能复杂的特点,传统的设计方法难以保证其结构合理性与功能可靠性.针对传统的基于文本的系统设计中存在的需求追溯性弱、问题描述模糊的问题,提出了应用基广模型的系统工程(MBSE)方法论指导平台设计过程,使用模型驱动的OOSEM建模方法对PHM开发平台进行模型搭建.通过利益相关者需...     

核电站仪控系统设计研究用软件工具

采用设计软件包进行核电站仪控系统设计已经成为必然趋势.针对目前研究应用的几种核电站仪控系统设计软件,从软件的模块功能需求、软件二次开发等方面进行阐述.分析结果表明,引进先进的设计与管理一体化的软件与理念对于工程项目的专业设计和项目综合管理具有重要意义.     

单一故障准则在核电非安全级仪控系统的应用

介绍了当前单一故障准则在核电厂非安全级仪控系统中应用现状,分析了几例典型的单一设备故障造成的电站停机、停堆或降功率的事件案例,阐明了将单一故障准则应用于核电厂非安全仪控系统中的关键设备的保护与控制的必要性。应用典型单一故障模式分析方法,准确定位了核电厂非安全级仪控系统中存在的隐患点,并提出了改进方案。     

基于主体的建模方法在通信仿真中的应用研究

主体是一个独立自包含的软件对象,可以自主与周边环境及其他智能体进行交互。基于主体的仿真建模（Agent-Based Modeling,ABM）,允许用户通过指定主体行为和它们运行的环境,自底向上地建立复杂的仿真模型。比起其他系统级建模范式,这种方法能为用户是一个更自然的仿真视角,而且它允许在新的应用中更灵活地使用已有仿真模块。这种灵活性使它们成为虚拟实验室、复杂设备实验验证以及设备教学试验的理想选择,基于主体的仿真建模方法,在启发式搜索方法、社会科学模型、战斗模型和供应链仿真分析中具有特殊优势。比较基于主体的仿真建模方法（ABM）与基于模型的系统工程（MBSE）这两种建模方法,并通过一个典型通信系统仿真实验的建模过程,验证ABM的便捷性和优越性。     

核电厂BOP集控系统研究

信息技术的快速发展为核电厂实现数字化、信息化、智能化创造了条件.为提高核电厂运行效率、降低建设成本、减少人力投入,对核电厂配套设施(BOP)传统仪控设计方案进行了研究和改进.基于"分散控制,集中管理"的原则,取消原控制方案中分散的就地控制系统,设立BOP综合控制室,采用了统一的分布式控制系统(DCS)控制平台.为减少巡...     

核电厂仪控系统响应时间测试的改进设计

核电厂仪控系统响应时间是关系到核电厂数字化仪控系统安全性的重要指标。但传统的响应时间测试方式依赖于测试人员操作。其自动化程度低,影响核电厂仪控系统调试的效率。因此,需改进原有测量方案来提高响应时间测量的效率与自动化程度。由于当前核电厂仪控系统逐步采用集成化测试平台开展调试工作,可结合此类平台对传统测试方案进行改进。通过采用多通道数据快速采集技术设计响应时间测量模块,可在专用测试脚本的控制下与集成化测试平台协同工作,实现响应时间的自动化测量。同时,进一步引入数字图像处理技术检测人机接口状态变化,可实现对数据上行时间等参数的批量自动化测试。经测试,改进方案可显著减少响应时间测试的时间和人力成本,有助于进一步提高核电厂仪控系统工厂测试效率与测试充分性。     

仪控系统联调试验平台的研制

仪控系统是实现核电、火电、化工等领域过程控制和运行管理的重要系统,其由诸多具有不同功能和性能的设备构成,结构复杂而有必要开展成套仪控系统联调试验,本文介绍了仪控系统一般结构及其对试验系统的设计要求,采用基于VME板卡和图形化人机界面技术,研制了具有四层结构联调试验平台,给出联调试验平台的结构、组成以及工作原理.     

核电厂仪控系统PLC的脆弱性分析

对核电厂仪控系统可编程逻辑控制器（PLC）的脆弱性分析方法进行了研究,主要从PLC的通信协议和应用程序两方面进行分析。对于PLC通信协议,主要针对传输控制协议/网际协议（TCP/IP）、西门子S7Comm Plus这两种常用协议的结构、数据交互方式等方面进行了分析。PLC应用程序是由PLC系统设计人员开发、设计的软件包,可通过静态分析法和动态分析法进行脆弱性分析。搭建PLC脆弱性分析试验平台,对罗克韦尔PLC的通信协议和应用程序进行脆弱性分析,并根据脆弱性分析结果提出漏洞修复方案,提高了核电厂仪控系统的网络安全防护能力。     

基于SysML的复杂机电系统设计模型形式化扩展与验证

形式化系统验证是保证系统设计正确性的一种重要手段.如何针对复杂机电系统物理与软件相融合的特征,对系统设计的动态特征进行验证,是系统验证研究领域亟待解决的问题.针对这一问题,对系统工程标准建模语言SysML进行扩展,提出了一套形式化系统模型验证方法.首先,以计算树逻辑和基于流的功能表示为形式化基础,形成基于SysML的系统功能建模方法;然后,以混合自动机为基础,建立基于SysML的系统行为建模方法;最后,针对物理与软件子系统的不同动态特征,借助NuSMV模型校验器,以层次化方式实现系统模型的自动验证.以移动机器人系统为例,展示了复杂机电系统设计模型的自动验证过程.     

基于国产芯片的核级仪控系统主控板卡的设计与实现

核电仪控系统关系国家的核电安全,采用国产芯片实现仪控系统至关重要,只有基于国产技术平台才能从内在保障核级仪控系统的安全。基于国产芯片实现仪控系统过程中,面临系统设计、器件选型,以及新的系统架构下如何满足产品的稳定性、可靠性、独立性和确定性等问题,给出了基于国产芯片、计算机技术平台的核级仪控系统主控板卡的设计与实现,并重点对独立性和确定性设计进行了说明。对主控板卡的性能指标进行了测量,结果表明使用国产芯片实现的控制系统满足关键指标要求,主控板卡的设计与实现对核电仪控系统国产化具有参考意义。     

反应堆仪控系统工程管理数据库的设计与开发

为更加科学管理10 MW固态燃料钍基熔盐堆核能系统仪控系统的相关数据及文件,提出反应堆仪控系统工程管理数据库的设计方案。根据反应堆数字化仪控系统的软硬件信息紧密相关的特点,对工程数据进行分析与分类,设计仪控系统工程管理数据库的数据结构,使用MySql软件进行数据管理。在此基础上,应用B/S结构软件开发技术实现数据管理平台的功能开发。实践验证了该数据库系统提高了工程管理效率,为今后反应堆的数据管理和科学使用奠定了基础。