1、模擬計(jì)量

60多年來(lái)，全世界各行業(yè)都在進(jìn)行數(shù)字技術(shù)革命，穩(wěn)步取得財(cái)務(wù)、效率和可靠性方面的進(jìn)步。但是，核工業(yè)方面依然對(duì)數(shù)字技術(shù)止步不前。

核工業(yè)不愿意采用數(shù)字技術(shù)的例子，主要在繼續(xù)使用模擬計(jì)量這種過時(shí)的方法，不僅不精確、不可靠，而且使用有效期相對(duì)較短，造成核能行業(yè)很難處于最佳盈利狀態(tài)。每年因此要多耗資數(shù)百萬(wàn)美元，從消費(fèi)者到投資者都要承擔(dān)。

應(yīng)急庫(kù)存中的1E級(jí)備用電表，高成本和大量的庫(kù)存，成本很難降下來(lái)，尤其是對(duì)于擁有20個(gè)或更多儀控(I&C)室和模擬器的公司而言。

控制室內(nèi)的每個(gè)1E級(jí)模擬儀表必須備有備用1E級(jí)儀表，以備緊急使用。

由于越來(lái)越多的模擬儀表被淘汰，以及不斷發(fā)展的數(shù)字技術(shù)，導(dǎo)致模擬儀表的需求越來(lái)越低，更換模擬儀表的成本也不可避免地升高，加劇了這一問題。

換句話說，正如著名科學(xué)家查爾斯·達(dá)爾文(Charles Darwin)所說，“要么進(jìn)化，要么滅亡”。

在不對(duì)現(xiàn)有安裝進(jìn)行任何重大更改的情況下，核能行業(yè)有哪些選擇來(lái)消除浪費(fèi)在備件上的數(shù)百萬(wàn)美元，同時(shí)提高可靠性、效率和投資回報(bào)率(ROI)?

2、解決備件庫(kù)存挑戰(zhàn)

面板無(wú)變化：一種尺寸適用于所有轉(zhuǎn)接板。

一種解決方案是復(fù)制達(dá)松伐(D'Arsonval)在1856年的“單動(dòng)”模擬儀表設(shè)計(jì)，但作為一個(gè)完全數(shù)字的版本。

這種方法通過開發(fā)“一個(gè)移動(dòng)、一個(gè)信號(hào)和電源”通用顯示器和適配器板，來(lái)轉(zhuǎn)換現(xiàn)有面板切口，以接受任何顯示器，從而避免了昂貴的NRC網(wǎng)絡(luò)安全符合NEI08-09。

通用顯示器還需要一個(gè)新的通用輸入/輸出信號(hào)、控制和電源電路，以將所有輸入和輸出轉(zhuǎn)換為所有顯示器的“一次移動(dòng)”要求。

該解決方案通過開發(fā)一種新的打印技術(shù)，消除了對(duì)具有不同刻度板、顏色、文本和校準(zhǔn)的多個(gè)相同“移動(dòng)”備用儀表的需求，從而傳輸最重要的結(jié)果。

與傳統(tǒng)方法不同，自粘刻度板粘在過濾器的前部，可現(xiàn)場(chǎng)更換。它允許同一儀表用于任何和所有過程信號(hào)、功率或輸出，并可打印。

這種刻度記錄裝置有助于減少備件庫(kù)存。

由于其簡(jiǎn)單性以及不需要對(duì)現(xiàn)有面板、接線、信號(hào)、電源或操作員進(jìn)行任何更改，通用標(biāo)尺設(shè)備完全“即插即用”，因此被命名為PNP。

即插即用(PNP)是一種獨(dú)立的模擬和數(shù)字儀表的直接替代品，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有安裝、面板斷路器、信號(hào)、接線或操作員培訓(xùn)進(jìn)行任何更改，同時(shí)由于更高的精度和分辨率以及更好的人機(jī)界面而提高了效率。

同時(shí)，它將價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的“備件”庫(kù)存減少到價(jià)值約25000美元的“一對(duì)所有”備件和可替換的“粘性”刻度盤。

3、計(jì)算模擬備件的成本

控制室對(duì)備件庫(kù)存提出了特殊挑戰(zhàn)(圖源：Shutterstock.com)

對(duì)于核電站A：共有約640個(gè)過時(shí)的模擬儀表。其中約445個(gè)為VMI9222，約180個(gè)為VMI 9223。

假設(shè)在625個(gè)VMI儀表中，約有400個(gè)1E級(jí)儀表和約225個(gè)CG，具有約20個(gè)不同的輸入信號(hào)和約250個(gè)不同的刻度板、三個(gè)不同的電源輸入、兩個(gè)不同的控制輸出，并且在備件庫(kù)存中，每個(gè)“唯一”的1E級(jí)電表各有一個(gè)。

備件目錄總計(jì)約300個(gè)儀表，目前成本約為10,000美元，備件庫(kù)存約為300萬(wàn)美元。

工廠每年更換大約20臺(tái)過時(shí)的模擬儀表，因此，在核電站當(dāng)前許可期內(nèi)，可能會(huì)更換所有640臺(tái)模擬儀表。

目前的供應(yīng)商是否有足夠的舊電表進(jìn)行重建和回收，如果有，價(jià)格是多少?

目前1E級(jí)替代模擬儀表的估計(jì)凈成本超過15,000美元，交付周期可能為28周。

考慮到“加載”成本(包括采購(gòu)、存儲(chǔ)、保險(xiǎn)、閑置美元成本、間接費(fèi)用等)，額外的20%是庫(kù)存的典型。

由于640個(gè)儀表的價(jià)格可能為15,000美元，再加上3,000美元的負(fù)荷系數(shù)，單是儀表的庫(kù)存就可能超過1,000萬(wàn)美元，而通貨膨脹是未來(lái)20年要考慮的另一個(gè)因素。

PNP型儀表的相應(yīng)備件庫(kù)存成本包括一個(gè)PNP-2顯示器/控制器、一個(gè)PNP-V顯示器/控制器，一個(gè)插入式回路電源輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換器模塊，每個(gè)可選控制輸出插件模塊和250個(gè)不同的顯示器“粘性”刻度板。

同時(shí)，變送器的備件將是一個(gè)4-20 mA電流回路變送器(PNP-D或-P或-X或組合)，每個(gè)插件模塊一個(gè)，用于20個(gè)不同的輸入信號(hào)，每個(gè)插件電源輸入模塊一個(gè)。

PNP備件的總估計(jì)成本低于25,000美元。

此外，模擬儀表的平均儀表壽命約為10-15年，而數(shù)字裝置可能運(yùn)行40年或更長(zhǎng)。還有其他優(yōu)勢(shì)。

模擬儀表的精度和分辨率約為2%(取決于操作員視差)，而數(shù)字儀表的精度接近0.05%，不存在視差誤差的可能性。

根據(jù)EPRI 102323-rev4標(biāo)準(zhǔn)，約640個(gè)電流回路變送器(Din導(dǎo)軌或面板安裝)，采用PNP進(jìn)行數(shù)字化現(xiàn)代化的估計(jì)成本約為256萬(wàn)美元，每個(gè)信號(hào)輸入約4,000美元。

另一個(gè)445 PNP-2(取代VMI 9222)和180 PNP-V(取代VMI9223)EPRI級(jí)顯示器/控制器，每臺(tái)售價(jià)4,000美元，另外還需要178萬(wàn)美元，總計(jì)約434萬(wàn)美元。

PNP-2、PNP-V、三個(gè)不同的電源模塊、20個(gè)不同的輸入信號(hào)調(diào)節(jié)器模塊、每個(gè)控制輸出模塊(如清單所示)和250個(gè)不同的粘性刻度板各一個(gè)備件，25,000美元的一次性總投資替代了5,145,000美元費(fèi)用，相當(dāng)于未來(lái)20年僅維護(hù)模擬儀表I&C成本的60%。

4、數(shù)字化趨勢(shì)

PNP-X是最流行的通用顯示選項(xiàng)之一。

據(jù)估計(jì)，美國(guó)核電站目前約有8,200個(gè)停止使用的VMI 9221、9222和9223。

唯一可以替換的方法是舊儀表回收和重建，因?yàn)殡m然有需求，但并不能證明投資從頭開始設(shè)計(jì)生產(chǎn)新儀表是合理的。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)問題只會(huì)變得更具挑戰(zhàn)性。

取而代之的是，復(fù)制了D'Arsonval在19世紀(jì)發(fā)明的“單動(dòng)”模擬儀表，但利用了現(xiàn)代技術(shù)，消除了機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化。

PNP“單移動(dòng)”顯示器(專利號(hào)10222405)僅接受雙極、單端或差分0.5V直流信號(hào)輸入和3-5.5V的直流電源輸入。

換句話說，所有PNP顯示器/控制器具有相同的輸入/輸出，無(wú)論大小或形狀如何，并且所有顯示器都接受放置在過濾器前面的自粘刻度板。

任何顯示器可用于任何應(yīng)用。所有提供的(和定制的)信號(hào)和電源輸入選項(xiàng)在4-20 mA電流回路變送器或顯示器外殼內(nèi)，或在將其轉(zhuǎn)換為所需“一次移動(dòng)”(+/-0.5V直流滿標(biāo)度信號(hào)和3-5.5V DC電源)的集線器處轉(zhuǎn)換為“一次運(yùn)動(dòng)”。

集線器用于使用可用(或自定義)適配器板，轉(zhuǎn)換任何和所有現(xiàn)有面板切口(如果選定的PNP外殼適合現(xiàn)有空間)，以便在現(xiàn)有面板空間中安裝選定PNP顯示器/控制器，而無(wú)需重新安裝面板。

使用PNP是因?yàn)樗且环N真正的即插即使用設(shè)計(jì)，只要所選外殼適合空間，無(wú)需對(duì)面板安裝進(jìn)行任何更改，也無(wú)需對(duì)信號(hào)/電源或現(xiàn)有信號(hào)的現(xiàn)有布線進(jìn)行任何更改。

PNP技術(shù)代表了核儀器和控制室的自然演變。

準(zhǔn)確性、可靠性和效率的提高使數(shù)字化在21世紀(jì)的控制室中超越了模擬儀表，現(xiàn)在是時(shí)候?qū)⒊杀拘б嫣砑拥竭@一列表中了。

這種技術(shù)不僅可以提高儀控室儀器的性能，還可以通過將所需備件數(shù)量從數(shù)百個(gè)減少到單個(gè)備件儀器，有效解決備件庫(kù)存的經(jīng)濟(jì)問題。

數(shù)字技術(shù)可以做到這一點(diǎn)，而不會(huì)對(duì)周圍的面板或布線造成任何干擾。