1  引言
    科技領域的自主創新已經被國家定為基本戰略方針，在有巨大市場的核電領域這一問題尤顯突出和迫切。按照國家能源規劃，2020年中國將實現4000萬kW核電裝機容量的目標，核電占總電力的比例將從目前的1.6％上升到4％，這意味著在未來14年中中國將新增核電站30座左右。
    核電站從工程管理、工程設計、設備制造、工程建設、直至安全運行和退役無一不體現高端技術，數字化I&C就是其中一項重要的組成部分。目前國際上先進核電站的設計壽命是60年，其中一些大型設備（如壓力容器）要保證60年不更換，如果說這些大型設備的加工制造技術體現了一個國家重工業的綜合實力，那么數字化I&C則體現了工業控制領域的前沿技術，其設計和設備除了要保證工程上馬時的成熟性和先進性外，還要確保整個電站壽期內的升級和改造，是一項隨IT發展持續改進的技術，是現代化大型核電站的核心技術之一。
2   核電站I&C技術現狀
    隨著近二十年來控制和信息技術（網絡通信技術、計算機硬件技術、嵌入式系統技術、現場總線技術、各種組態軟件技術、數據庫技術等）的不斷發展和日益成熟，加之用戶對先進控制功能與管理功能需求的提升，數字化I&C開始全面進入核電站的實際應用。
    國外的許多新建核電機組，如法國的CHOOZ-B、CIVAUX等4個145萬kW核電站（N4）,日本K6、K7(ABWR),韓國靈光5、6號等均采用了數字化I&C，并且已經投入運行，情況良好。正在建設中的芬蘭OL3核電站是第一座第三代技術核電站（EPR），采用TXS+TXP數字化I&C系統。美國西屋公司推出的三代技術AP1000型核電站推薦采用Common Q+Ovation數字化I&C系統。同時大量采用常規控制技術的機組已進行了成功的數字化改造，或在改造中。
    國內已經投運的田灣核電站（俄羅斯VVER型）采用TXS+TXP數字化I&C系統，在建的嶺澳二期核電站及其它廠址相同系列的核電機組同樣擬采用數字化I&C系統。由此可見，核電站采用數字化I&C已成為一種必然。
    目前國際上比較典型的核電站數字化I&C系統是TXS（AREVA-NP公司）+TXP（SIEMENS公司），是歐洲核電系列的代表； Common Q（ABB公司）+Ovation（EMERSON公司）是西屋核電系列的代表。
    國內產品在核電站非安全級數字化I&C部分有一定的應用業績，如秦山二核電站的信息系統KIT/KPS和常規島控制系統等。在安全級數字化I&C部分國內尚無相應的產品。
3  核電站數字化I&C的關鍵技術
    核電站數字化I&C的關鍵技術包括工程設計技術和設備設計及其制造技術。
    I&C系統工程設計主要包括數字化儀控總體設計、先進主控室設計、反應堆控制和保護系統設計、測量系統設計、電廠監測系統設計、信息處理系統設計、全范圍模擬機等。而采用數字化I&C系統后，構建一個一體化的數字平臺（開放的、易于維護/升級/改造的）、先進的控制室設計（廣泛使用VDU人機接口設備及少量常規設備）、符合人因工程的信息管理技術（智能化的報警管理系統、數字化的操作規程等）成為工程設計技術的關鍵。
    數字化I&C設備設計及其制造的關鍵技術之一是安全級數字化平臺的軟硬件開發。開發（設計制造）的難點不在于結構體系的設計，而是在于制造和驗證的過程，如采用何種規程如何驗證設備滿足核安全要求，軟件如何實現V&V過程等；另一個關鍵技術是信息處理技術，一個百萬千瓦機組的輸入輸出點達到數萬個，一天的數據量達到幾十兆字節，如何處理這些數據，使其實時地、有序地將最重要的數據提供給操縱員并能快速地響應操縱員的操作非常重要，雖然這里指的信息處理未必直接與安全相關，但產品處理能力的強弱會直接影響到整個I&C系統的性能。
4  核電站數字化I&C的自主化和國產化
    自主化是指數字化I&C系統工程設計自主化，包括功能設計、結構/硬件配置及應用軟件開發的全過程；國產化是指數字化I&C設備國產化，這里國產化的含義絕不僅僅指設備可以貼上“MADE IN CHINA”的標簽（如引進一條國外生產線），是指中國DCS供貨商真正掌握了用戶需求，進而掌握了從產品研發至持續改進的全過程，其產品真正具有中國自主知識產權。
4.1  國內數字化I&C自主化和國產化現狀
    目前國內核電站數字化I&C系統的工程設計工作從大的層面上分為兩部分：一部分由國內設計院完成，主要任務包括I&C系統功能設計、設備布置、控制保護邏輯、電纜敷設、及編制各種類型的規范書等，與電站過程直接相關。由于近些年來中國核電事業的發展，特別是國際間合作的不斷加強，國內設計院的設計能力有了長足的長進，自主完成了采用常規I&C的秦山核電一、二期等工程的設計，并正在開展采用數字化I&C的嶺澳二期擴建等工程的設計；另一部分工作由國外供貨商完成（尤指數字化I&C），主要包括系統硬件配置和應用軟件設計組態（軟硬件集成），與I&C自身設備直接相關。可以說，不能提供自己的數字化平臺是目前還不能實現工程設計完全自主化的重要原因。
    從工程設計角度講，工藝過程對I&C系統的功能要求并不是選擇常規控制設備還是數字化控制設備的決定因素，二者均能滿足要求。而恰恰是隨著DCS技術自身的不斷發展和成熟，其在信息管理、運行維護、診斷試驗、靈活配置、節約空間、易于升級改造并不失安全可靠性能的優勢，才使其成為核電領域的新寵。因此，上面提到的由國外供貨商完成的工程設計部分更能體現數字化I&C的關鍵技術。
    設備國產化方面，從1985年起我國火電行業開始全面采用DCS，最初主要是INFI-90、WDPF、TELEPERMXP、MIDAS-8000等8家國外產品全部占據了市場，后來國產DCS逐漸跟進并占了上風，現已實現30萬kW以上大型火電機組的DCS國產化。目前和利時公司推出的HOLLYiAS-MACS第四代DCS系統、浙大中控推出的Webfield(ECS)系統等產品和應用已經很成熟，并且在系統體系結構設計、軟硬件開發和工程應用等方面形成了與國際先進水平接近或相當的自主技術。國產DCS經過十幾年的努力，把國外DCS價格壓到了原來的40%以下。與此同時，在核工程領域，國內一些DCS廠家的產品已成功應用于秦山一、二期、大亞灣、嶺澳、田灣、巴項、清華和401院試驗堆等項目的部分非安全系統中，但安全數字化I&C產品的研發還處于規劃或起步階段。
4.2  國內外數字化I&C設計和供貨特點
    國外以兩大國際核電巨頭為例，無論是法瑪通還是西屋，都具有數字化I&C的工程設計和設備成套供貨能力，而且不管是通過自主研發還是企業重組，其產品不斷推陳出新，始終處于技術領先地位。
    法國N4是較早采用數字化I&C的核電站，其產品由六家公司合作專門研制，為非標準化商業產品，在設計建造過程中遇到了一定的麻煩。之后，西門子公司在中國田灣核電站成功推出數字化系統TXS+TXP，不久，法瑪通與西門子核電部合并，成立了F-ANP公司，將安全級數字化平臺TXS歸入旗下，加上西門子公司的常規控制系統TXP，統一了數字化I&C平臺，并在其后的核電站中推出了TXS+TXP模式。
    西屋公司80年代為實現老機組改造開發了數字化Eagle 系統，并用于二十幾個機組的改造；90年代陸續推出了數字化Eagle+WDPF和Common Q+Ovation，2000年后又推出了Advant+Ovation。同樣這些數字化產品有西屋自己的，也有強強組合的產物，但不管哪種情況，其I&C系統工程設計的改進始終與設備的升級保持同步，也說明西屋始終具有駕御I&C系統工程設計、設備選擇、開發和成套，并融入實際工程應用的能力。
    眾所周知，工程設計需求的不斷提升是DCS制造商研發新產品的原動力，而DCS性能的提高又可為工程設計提供了更多的手段，進而提高設計水平。若要達到最佳的互動效果，為二者建立溝通平臺的統一組織是非常重要的。之所以核電巨頭們能夠不斷推出新的I&C產品，正是得益于這種一體化的組織模式，這種模式最大的好處是可以聚集各方面的專家進而開展龐大的科研攻關工作。這種例子很多，法國EDF在設計數字化控制室時，集眾多行業專家，持續了十幾年的研發工作，并成功應用于N4；西門子在田灣核電站的I&C設計過程中聘請了大量熟悉VVER系統并有現場經驗的專家，成功完成了TXS+TXP最全面應用的處女作；盡管美國在近30年的時間里沒有批準一個本土核電項目，但其在核電領域的重要地位始終未動搖。
    由于國內核電市場正處于成長期，加之沒有自己的數字化I&C平臺，I&C系統設計供貨一體化的條件尚不成熟。但在火電行業的一些特點仍能說明一些問題：國內大的火電設計院有多家，大的DCS生產廠同樣有多家，但目前還未見到國內哪個大的火電項目由一家單位獨立完成I&C系統的工程設計和供貨（這里不是指工程總-分包模式），仍由設計院和DCS廠家共同承擔。換句話說，西屋公司自己可以不生產DCS設備，但可以從國際市場上采購系統平臺，進行二次開發和驗證工作，之后作為自己的與新堆型配套的品牌打入市場。相比之下，國內設計院是極少采用這種模式的，其設計任務很少涉及DCS硬件配置和軟件設計組態，不僅如此，設計院（包括核設計院）基于數字化平臺的科研攻關項目也是難尋。
4.3  自主化和國產化出路
    參考火電行業，國內產品進入火電市場的過程中，DCS廠家聘請了大量設計院專家和電廠專家，這種人才資源的緊密結合使得DCS研發過程有的放矢，DCS平臺快速的成熟并發展起來，從而推動了整個火電行業的熱工自動化設計和應用水平。
    當然核電行業由于更嚴格、更復雜的體系，與火電還是有很大區別的。但是與國際核電巨頭相比， I&C領域無論從組織機構還是人力資源配置上，國內單位還不具有法瑪通或西屋的規模和綜合實力，差距是顯而易見的。
    基于以上分析，要盡快實現核電站數字化I&C自主化和國產化的目標，在I&C領域必須加強不管是體制上還是人力資源上的整合：國內核設計院了解工藝過程和各種法規、標準，匯集各個專業的專家，在總體設計中有無法比擬的優勢；國內DCS廠家具有豐富的DCS設計制造技術和經驗，以及成熟的DCS項目管理體系、質保體系；核電站用戶具有豐富的現場運行經驗，對設計、設備結果有最權威的評價和反饋。有了上述基礎，無論是自主開發，還是技術引進，都為盡快實現核電站數字化I&C的自主化和國產化構建了良好的平臺，鋪平了道路。
5  結語
    核電站數字化儀控系統是核電站的中樞神經，完成它的設計、供貨、安裝、調試、運行、維護、改造是一項長期復雜的系統工程，單靠設計院、DCS供貨商、用戶任何一方的努力都很難打造擁有核心技術的產業鏈條，需要各方的共同協作和努力。另外，由于核電站數字化儀控在國外也僅處于起步和發展階段，除安全級儀控設計和制造的驗證技術外，國內核設計院的工程設計能力、DCS供應商的研發和應用水平與國外差距并不大，再加上國內無法比擬的核電市場，非常有利于在關鍵時刻、在關鍵技術上趕超國外。
    核電站數字化I&C自主化和國產化是一項系統工程，前面已經提到現階段體制、人才很關鍵。但在核電大發展的東風勁吹時，抓住機遇更是關鍵。