1、模擬計量

60多年來，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)使用模擬計量這種過時的方法，不僅不精確、不可靠，而且使用有效期相對較短，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)百萬美元，從消費(fèi)者到投資者都要承擔(dān)。

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

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

由于越來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)有哪些選擇來消除浪費(fèi)在備件上的數(shù)百萬美元，同時提高可靠性、效率和投資回報率(ROI)?

2、解決備件庫存挑戰(zhàn)

面板無變化：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”模擬儀表設(shè)計，但作為一個完全數(shù)字的版本。

這種方法通過開發(fā)“一個移動、一個信號和電源”通用顯示器和適配器板，來轉(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新的通用輸入/輸出信號、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”要求。

該解決方案通過開發(fā)一種新的打印技術(shù)，消除了對具有不同刻度板、顏色、文本和校準(zhǔn)的多個相同“移動”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)場更換。它允許同一儀表用于任何和所有過程信號、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存。

由于其簡單性以及不需要對現(xiàn)有面板、接線、信號、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，無需對現(xiàn)有安裝、面板斷路器、信號、接線或操作員培訓(xùn)進(jìn)行任何更改，同時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，它將價值數(shù)百萬美元的“備件”庫存減少到價值約25000美元的“一對所有”備件和可替換的“粘性”刻度盤。

3、計算模擬備件的成本

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

對于核電站A：共有約640個過時的模擬儀表。其中約445個為VMI9222，約180個為VMI 9223。

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

備件目錄總計約300個儀表，目前成本約為10,000美元，備件庫存約為300萬美元。

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

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，價格是多少?

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

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

由于640個儀表的價格可能為15,000美元，再加上3,000美元的負(fù)荷系數(shù)，單是儀表的庫存就可能超過1,000萬美元，而通貨膨脹是未來20年要考慮的另一個因素。

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

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

PNP備件的總估計成本低于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。還有其他優(yōu)勢。

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)代化的估計成本約為256萬美元，每個信號輸入約4,000美元。

另一個445 PNP-2(取代VMI 9222)和180 PNP-V(取代VMI9223)EPRI級顯示器/控制器，每臺售價4,000美元，另外還需要178萬美元，總計約434萬美元。

PNP-2、PNP-V、三個不同的電源模塊、20個不同的輸入信號調(diào)節(jié)器模塊、每個控制輸出模塊(如清單所示)和250個不同的粘性刻度板各一個備件，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20年僅維護(hù)模擬儀表I&C成本的60%。

4、數(shù)字化趨勢

PNP-X是最流行的通用顯示選項(xiàng)之一。

據(jù)估計，美國核電站目前約有8,200個停止使用的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)計生產(chǎn)新儀表是合理的。隨著時間的推移，這個問題只會變得更具挑戰(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”模擬儀表，但利用了現(xiàn)代技術(shù)，消除了機(jī)械運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計的簡單化。

PNP“單移動”顯示器(專利號10222405)僅接受雙極、單端或差分0.5V直流信號輸入和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”(+/-0.5V直流滿標(biāo)度信號和3-5.5V DC電源)的集線器處轉(zhuǎn)換為“一次運(yùn)動”。

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，只要所選外殼適合空間，無需對面板安裝進(jìn)行任何更改，也無需對信號/電源或現(xiàn)有信號的現(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)百個減少到單個備件儀器，有效解決備件庫存的經(jīng)濟(jì)問題。

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