8月18日，國家核安全局正式向中國核動力研究設(shè)計院中核控制核電廠安全級數(shù)字化控制系統(tǒng)(DCS)NicSys®8000N平臺頒發(fā)了民用核安全電氣設(shè)備設(shè)計和制造許可證，標(biāo)志著中核控制在核電安全級DCS系統(tǒng)方面具備了從研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造到設(shè)備供貨全過程服務(wù)的能力和資質(zhì)，這將進一步提升核儀控技術(shù)水平，助力核電產(chǎn)業(yè)長足發(fā)展。

NicSys®8000N平臺取證后，核動力院成為國內(nèi)首家同時擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于微處理器技術(shù)的核安全級DCS龍鱗平臺和基于FPGA技術(shù)的核安全級DCSNicSys®8000N平臺，以及非安全級DCS龍鰭平臺，從而形成了“龍鱗+龍鰭”、“NicSys®8000N+龍鰭”兩種全廠DCS平臺。

作為核設(shè)施的“安全守護神”，NicSys®8000N平臺是中核控制潛心十余年打造的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的安全級產(chǎn)品，其最大的技術(shù)特點就是采用了在航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)技術(shù)。十年來，中核控制NicSys®8000N研發(fā)團隊勇?lián)鷷r代之梁，撥開浮云遇見星光，完成了新技術(shù)新產(chǎn)品的突破。

八千里路云和月，中核控制一路走來……

自主研制從無到有

起步

早在2010年，國內(nèi)外核儀控廠商就已經(jīng)積極推廣將FPGA技術(shù)應(yīng)用于核電儀控系統(tǒng)，并積極布局基于FPGA技術(shù)的核級DCS平臺研制和應(yīng)用。雖然基于微處理器技術(shù)的核級DCS系統(tǒng)當(dāng)前仍處于主流地位，但基于FPGA技術(shù)的控制系統(tǒng)在快速響應(yīng)、簡單可靠、信息安全、運行維護以及國產(chǎn)化芯片替代等方面具有天然的優(yōu)勢，更適用于實現(xiàn)核電廠具有較高功能安全要求的控制保護功能。可以預(yù)見，未來核電DCS系統(tǒng)將會以微處理器和FPGA技術(shù)共存的方式發(fā)展。作為核儀控設(shè)備及服務(wù)整體解決方案專業(yè)化公司，中核控制決定采用FPGA技術(shù)路線研制NicSys®8000N平臺。“比較來說，微處理器技術(shù)就像行駛的汽車，可以自由變換車道，靈活方便;FPGA技術(shù)猶如奔馳的高鐵，在既定軌道上高速前行，穩(wěn)定高效。”中核控制總經(jīng)理助理、項目負責(zé)人王冬形象地比喻道。

2011年，王冬赴法國參加國際原子能機構(gòu)(IAEA)舉辦的“FPGA在核電廠儀控系統(tǒng)應(yīng)用研討會”。雖說是一個研討會，但實際上更像是一個產(chǎn)品推介會，歐美核電強國，包括日本、韓國的同行紛紛介紹本國基于FPGA技術(shù)的控制系統(tǒng)，特別是一位國外技術(shù)專家介紹他們的平臺將用于國內(nèi)核電廠，而我們那時還不完全清楚研制該類平臺的關(guān)鍵技術(shù)都有哪些，差距不言而喻。王冬永遠都忘不了那天會上的場景：他走向那位國外同行，向他請教技術(shù)問題，對方卻微笑答復(fù)“這些是商業(yè)機密，你們可以直接購買我們產(chǎn)品應(yīng)用。”

攻關(guān)

自主研發(fā)，簡簡單單的四個字，卻蘊含了多少技術(shù)難關(guān)!技術(shù)路線的確定只是第一步，新技術(shù)的研發(fā)注定不會是一條平坦大路，接下的一系列技術(shù)難題挑戰(zhàn)著研發(fā)團隊的每一根神經(jīng)。

“現(xiàn)場應(yīng)用工程師是否具備編寫基于FPGA技術(shù)的核安全級平臺代碼的能力?即使能編寫，如何驗證代碼的正確性?”“我認為基于FPGA技術(shù)的平臺不如基于微處理器技術(shù)的平臺配置方便。”面對行業(yè)內(nèi)的各種質(zhì)疑，研發(fā)團隊背負著巨大的壓力!不可否認，當(dāng)時的FPGA技術(shù)確實會因系統(tǒng)配置方式增加維護時間與成本。“這個問題必須解決!”說干就干，技術(shù)負責(zé)人劉志凱帶著團隊開始了全力攻關(guān)。

隨著工作逐漸深入，研發(fā)團隊越發(fā)強烈地感覺到，任務(wù)之艱巨大大地超出原先的預(yù)期，團隊中越來越多質(zhì)疑的聲音，不可行!做不到!劉志凱一邊安撫成員情緒，一邊帶著大家查閱資料、拜訪專家，經(jīng)歷了無數(shù)日夜的思考、查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻、探討驗證之后，研發(fā)團隊提出了一種“圖形化預(yù)開發(fā)算法塊組態(tài)(PDB)技術(shù)”，問題得到有效解決。PDB技術(shù)是將應(yīng)用控制策略提前固化到FPGA芯片中，并按照最嚴(yán)格等級進行預(yù)先驗證，以“純硬件”的方式執(zhí)行核電廠運行的安全功能。通過圖形化配置軟件，應(yīng)用工程師可以輕松地通過“搭積木”的方式完成工程實施，就像普通PLC控制器那樣簡單。

無數(shù)個日日夜夜艱苦奮戰(zhàn)，研發(fā)團隊陸續(xù)攻克了雙FPGA架構(gòu)協(xié)同、高速并行冗余計算、預(yù)開發(fā)組態(tài)、高可靠通信、安全顯示、高覆蓋率內(nèi)建自診斷和系統(tǒng)維護等關(guān)鍵技術(shù)，NicSys®8000N平臺研發(fā)難題逐一擊破。

? 2015年9月，該平臺關(guān)鍵技術(shù)方案通過原理樣機驗證。

? 2016年11月，該平臺全范圍產(chǎn)品的設(shè)備摸底鑒定試驗全部完成。

? 2017年8月，完成基于該平臺的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)工程樣機系統(tǒng)驗證。

圓夢

2016年，NicSys®8000N平臺通過IAEA組織的來自美國、法國、匈牙利和烏克蘭等國的核儀控領(lǐng)域權(quán)威專家審查，成為國內(nèi)首個獲得國際權(quán)威機構(gòu)認可的基于FPGA技術(shù)的核安全級數(shù)字化控制系統(tǒng)平臺。

IAEA獨立審評報告中寫道：中核控制已高質(zhì)量完成了NicSys®8000N平臺的設(shè)計開發(fā)工作，產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)、驗證與確認等方面均符合IAEA安全導(dǎo)則SSG-39《核電廠儀表與控制系統(tǒng)設(shè)計安全導(dǎo)則》的要求。該平臺的安全性、可靠性和穩(wěn)定性得到了充分的驗證，能夠滿足核能領(lǐng)域的嚴(yán)格要求。報告還特別提及，會將NicSys®8000N平臺的10項良好技術(shù)實踐向IAEA所有成員國推薦參考。在一次IAEA主辦的核電儀控研討會上，團隊成員驚喜地發(fā)現(xiàn)，“圖形化預(yù)開發(fā)算法塊組態(tài)技術(shù)”成為許多國外老牌核儀控廠商借鑒的技術(shù)。

回想起2011年赴法國參加研討會的場景，王冬不由感慨，展騏驥之躍何其不易，騎馬踏平川又是何其酣暢淋漓、揚眉吐氣。今天，中核控制以自主創(chuàng)新成果為核行業(yè)作出了卓越貢獻，提升了核儀控技術(shù)在國際上的影響力。

從無到有、從有到優(yōu)、從優(yōu)到精、從精到特，中核控制安全級DCS平臺NicSys®8000N從技術(shù)構(gòu)思、開發(fā)預(yù)研到產(chǎn)品實現(xiàn)，是凝心聚力的奮斗征程，更是千淘萬漉始到金的碩果盈枝。這條披星戴月的路雖艱辛卻輝煌，研發(fā)團隊的工程師們用努力和追求、用堅持和拼搏、用辛勤和智慧，不斷創(chuàng)新和完善技術(shù)，成就了該平臺的高質(zhì)量、高性能和高安全。

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積極探求應(yīng)用出路

路在何方，路在腳下

新平臺、新技術(shù)有了，如何取信市場?快速實現(xiàn)應(yīng)用是擺在團隊當(dāng)前的新問題。研發(fā)團隊了解到處于前期設(shè)計階段的卡拉奇華龍一號機組核測量系統(tǒng)，正因二次儀表的數(shù)字化方案如何優(yōu)化而困擾，大家敏銳地察覺這正是NicSys®8000N平臺的用武之機。團隊深入分析技術(shù)規(guī)格要求，積極主動與設(shè)計方溝通，量身定制的解決方案得到業(yè)主認可，至此，平臺成功應(yīng)用于海外華龍一號首堆，躋身國際核儀控市場，這是一條來之不易的路。

時間來到2017年12月7日，寒風(fēng)刺骨，劉志凱額頭卻冒出細密的汗珠，基于NicSys®8000N的堆外核測系統(tǒng)樣機即將進行首次堆上試驗，但突如其來的噪聲打斷了試驗進程，他正在全神貫注地尋找噪聲來源，確保系統(tǒng)關(guān)鍵的“倍增周期計算功能”試驗通過。試驗現(xiàn)場極其復(fù)雜，探測器與NicSys®8000N機柜之間的線纜長達100多米，是不是調(diào)理機箱放大器把采集到的微弱信號中的環(huán)境噪聲放大了?大膽假設(shè)，小心求證，抓取數(shù)據(jù)，變換分析，確認了噪聲的來源和特征，他果斷對系統(tǒng)數(shù)字化自適應(yīng)濾波參數(shù)進行調(diào)整，問題迎刃而解。

常備不懈，待時而動

繼反應(yīng)堆堆外核測系統(tǒng)成功應(yīng)用后，團隊成員又將視線轉(zhuǎn)移到核電廠多樣性保護系統(tǒng)(DAS)上。DAS系統(tǒng)作為安全級系統(tǒng)多樣化解決方案，對核電廠安全運行具有至關(guān)重要的作用，在系統(tǒng)設(shè)計上要求與反應(yīng)堆保護系統(tǒng)采用不同技術(shù)路線的控制系統(tǒng)平臺，以避免共因故障。作為基于FPGA技術(shù)的NicSys®8000N平臺具有得天獨厚的優(yōu)勢，與基于“微處理器”技術(shù)的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)有著本質(zhì)區(qū)別，團隊開啟了平臺多樣性領(lǐng)域的應(yīng)用攻關(guān)。

漳州核電項目作為“華龍一號“批量化建設(shè)的首堆，若在該項目實現(xiàn)突破，可謂事半功倍。研發(fā)團隊通過建立1:1樣機進行驗證，驗證結(jié)果得到業(yè)主、設(shè)計方和采購方的認可。在隨后的項目實施過程中，因方案變更，項目團隊頂住壓力尋找解決手段，逐一分析工藝流程，從規(guī)模龐大的平臺數(shù)據(jù)庫中尋找合適的模塊，不斷嘗試設(shè)計優(yōu)化方式……

“功夫不負有心人”，項目實施不斷取得最優(yōu)解，并于2022年7月完成漳州核電項目首臺套供貨，為后續(xù)應(yīng)用開創(chuàng)了新的局面。

洞察先機，多點開花

找到路，拓寬路，核測領(lǐng)域、多樣性領(lǐng)域的成功應(yīng)用將給團隊注入持續(xù)發(fā)展的動能。團隊通過調(diào)研，再次將重點聚焦在核化工領(lǐng)域高可靠性數(shù)字化控制系統(tǒng)應(yīng)用上。

核化工領(lǐng)域的平臺場景應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，系統(tǒng)可靠性要求苛刻。平臺要突破，要進入核化工領(lǐng)域乃至離散生產(chǎn)制造領(lǐng)域，必須從技術(shù)層面打消用戶的質(zhì)疑，而通過功能安全認證正是這塊敲門磚。

無問西東，使命必達。2021年9月，經(jīng)過近三年努力，NicSys®8000N平臺獲得德國TÜV 萊茵頒發(fā)的國內(nèi)首張基于FPGA技術(shù)的功能安全SIL3證書，功能安全與可靠性達到了過程工業(yè)領(lǐng)域功能安全最高等級要求。

“我們每一項關(guān)鍵技術(shù)的突破，都是NicSys®8000N平臺的自我突破，不僅使平臺滿足核化工領(lǐng)域高功能安全性的要求，還能增加平臺在市場上的信任度和競爭力，每一次關(guān)鍵技術(shù)的成功應(yīng)用，都是中核控制亮出的利劍。”劉志凱說道。

目前，基于NicSys®8000N平臺的多樣性保護系統(tǒng)(DAS)及堆外核測量系統(tǒng)，已應(yīng)用于海外華龍一號K2/K3，國內(nèi)華龍一號漳州1/2、海南3/4，玲龍一號海南小堆等多個項目上，同時也應(yīng)用于四代核能和各類試驗堆等領(lǐng)域。

2022年，NicSys®8000N平臺順利通過中核集團科技成果鑒定，由葉奇蓁院士任組長的專家組一致認為：本成果技術(shù)自主可控，總體技術(shù)達到了國際先進水平，部分技術(shù)指標(biāo)達到國際領(lǐng)先水平。該平臺先后獲得中國設(shè)備管理協(xié)會科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎、中國核能行業(yè)科學(xué)技術(shù)進步獎三等獎和中核集團科學(xué)技術(shù)進步獎三等獎。

十年磨煉寶器終成

2020年10月，中核控制在院的領(lǐng)導(dǎo)和大力支持下，向國家核安全局遞交了民用核安全電氣設(shè)備設(shè)計和制造許可證申請。為了證明中核控制核級DCS的設(shè)計制造能力，NicSys®8000N平臺取證模擬件采用最先進的華龍一號機組需求規(guī)格書作為設(shè)計輸入，在指標(biāo)選取方面，按照最新、最高標(biāo)準(zhǔn)要求制造。

為了驗證系統(tǒng)在極端環(huán)境下的運行情況，模擬件實施了長達600小時的高低溫長期運行試驗，抗震鑒定反應(yīng)譜包絡(luò)了福清、漳州及核化工領(lǐng)域相關(guān)項目要求。

驗證和確認過程，按照國家核安全局新版HAD102/10《核動力廠儀表和控制系統(tǒng)設(shè)計》的最新要求，首次實施了全過程硬件V&V活動。硬件V&V的概念是業(yè)內(nèi)一直在討論的熱門話題，但在核電領(lǐng)域，國內(nèi)尚未有組織或單位成體系地開展過具體工作。面對新的要求，公司V&V團隊迎難而上，構(gòu)建起了一套硬件V&V實踐體系，使模擬件生產(chǎn)、制造和集成的質(zhì)量進一步提升。

“只有充分考慮產(chǎn)品的設(shè)計裕度，建立一整套嚴(yán)苛的驗證和評價標(biāo)準(zhǔn)，才能確保在未來更嚴(yán)酷的環(huán)境條件下設(shè)備的安全可靠。”試驗負責(zé)人張源說。張源曾在日本三菱電機從事核電DCS系統(tǒng)軟件開發(fā)，先后完成多個機組DCS系統(tǒng)的升級改造工作。自2010年回國后即投入到安全級數(shù)字化控制系統(tǒng)的研制工作，全程參與了NicSys®8000N平臺的研制過程。

2023年4月27日，抗震試驗大廳，在生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心和華北核與輻射安全監(jiān)督站的共同見證下，NicSys®8000N平臺將接受抗震試驗，這是取得國家核安全局頒發(fā)許可證前的最后一項試驗。上午10點，抗震試驗準(zhǔn)時開展，隨著設(shè)備強烈地顛簸與晃動，現(xiàn)場團隊每位成員的心也提到了嗓子眼。試驗結(jié)束時，設(shè)備安然無恙，NicSys®8000N平臺順利通過了“抗震”考驗，現(xiàn)場爆發(fā)出熱烈的掌聲，張源笑得像孩子一樣，多年的心血終獲認可，中核控制圓滿完成了反應(yīng)堆控制保護系統(tǒng)模擬件設(shè)計和制造的任務(wù)，具備了安全級數(shù)字化控制保護系統(tǒng)機柜的完整設(shè)計和制造能力，這一天他等了13年。

不忘初心，歸來仍是少年。此刻，站在抗震試驗大廳的張源，回顧NicSys®8000N平臺的研制之路，眼眶中淚光閃爍，忘不了當(dāng)初工作的初心是什么，更忘不了如何跟隨中核控制一路走來，以自己獨有的方式實現(xiàn)著強核報國的夙愿。

八千里路云和月，追風(fēng)趕月莫停留。NicSys®8000N平臺是中核控制對DCS技術(shù)的深度理解和創(chuàng)新研發(fā)，也是中核控制積極響應(yīng)“集團公司統(tǒng)一、先進、自主知識產(chǎn)權(quán)的DCS業(yè)務(wù)平臺和產(chǎn)業(yè)能力”戰(zhàn)略目標(biāo)的具體實踐。

未來，中核控制將緊扣集團公司“三位一體”奮斗目標(biāo)和院“一體兩翼三高”奮斗目標(biāo)，繼續(xù)在核儀控技術(shù)領(lǐng)域深耕，向著成為邁向智能時代的核儀控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)者奮進，持續(xù)助力我國核儀控行業(yè)整體水平提升，為國家能源安全和可持續(xù)發(fā)展作出新的更大貢獻。