羅伯特·安蒙(Robert Ammon)和馬克·伯津斯基(Mark Burzynski)提出了向數字儀表和控制技術過渡的理由：這些技術提供了更安全的設計，降低了成本，最大限度地減少了退化問題。

1、I&C系統

推遲采用數字技術，轉而使用在當今市場上難以找到且昂貴的模擬產品，會帶來成本和各種風險。

核安全儀表和控制(I&C)系統的數字技術可以帶來各種優勢，使公用事業公司能夠通過更安全的設計提高設備和核電廠的可靠性，降低運營成本，并將退化的影響降至最低。

這些優勢可以幫助實現核工業和監管機構的共同目標——實現商業核電站的安全、可靠和經濟高效運行。

2、更安全的設計

數字I&C技術提供了靈活性，使設計人員能夠創建高度可靠的應用程序，以比模擬應用程序低得多的成本，將虛假反應堆緊急停堆事件的發生率降至最低。

這項技術使公用事業公司能夠將操作經驗教訓和設計改進結合起來，從而實現更穩健的系統，并具有本質上更安全的設計。

3、基本硬件改進

最先進的數字設備采用現代電路板設計，采用更高容量的模塊和機箱，由現代組件構成。

在該系統中，實現系統所需的模塊類型和數量，比舊模擬設備更少。

使用數字技術，I&C設備中硬件組件的數量可減少80%，從而降低隨機故障的概率，提高了重要安全相關設備的可靠性。

4、自檢、監控和診斷功能

現代數字技術提供了廣泛的自我測試、診斷和監控功能，可早期發現問題。

這些功能有助于維護人員解決問題，并實施糾正性維護，從而簡化維護工作并縮短維修時間。

通常，診斷可以使用熱插拔功能告知維護人員需要更換的確切模塊。這提高了I&C系統的可用性，減少了專門用于I&C系統直接維護的工作量。

現代數字I&C系統還可以提供更多有關I&C系統和其他連接設備(如輸入傳感器和輸出致動器)的性能數據，以支持基于性能的監測和趨勢分析。

這些數據可用于診斷降級設備，并在設備故障前采取措施。診斷可以通過警報通知維護人員不太嚴重的故障，并允許有時間計劃糾正性維護。

數字技術允許采用模擬技術無法實現的先進控制策略(如數字輸出的連續測試)。

許多現代數字I&C平臺采用了自我監控技術，以確保及早檢測到錯誤和故障，從而保持可用性。

這些設計采用“優雅降級”策略，以確保系統對檢測到故障的安全響應與故障重要性相稱，從而減少設備故障引起的電廠瞬變(IEC 61508允許優雅降級技術，通過降低不太重要的功能，在發生故障的情況下保持關鍵系統功能可用性)。

例如，警報和診斷消息可用于發出較低級別故障的信號，模塊輸出可被置于臨界故障的預定義安全狀態。

可以采用不同的故障管理策略來處理間歇性和持續性通信問題。

5、靈活的模塊化設計

數字技術的靈活性，加上模塊化設備的更高容量，使得在數字I&C架構中實現冗余比使用模擬技術簡單得多。

通道的附加冗余可以并入輸入模塊設計中，并且可以使用多個輸出模塊將冗余添加到輸出模塊級和機箱內的輸出信號中。

可以在投票子系統的列車級和并行子系統的系統級添加更多冗余。這些選項可用于提高可靠性和可用性，促進維護和測試，并改善對不希望的虛假驅動的保護。

這些變化可用于消除重要的故障漏洞，提高I&C系統和整個電廠的可靠性。

6、更簡單的設計改進

數字技術使實現具有所需冗余和架構的應用變得更容易，因為許多所需特征可以在設計的可編程數字部分中，而不是在附加硬件中提供。

現場可編程門陣列(FPGA)技術可以將冗余電路并入單個FPGA上的電子設計中。

FPGA技術使一些供應商能夠基于內部架構特性開發多樣性策略，以解決數字共因故障(CCF)，解決方案比基于微處理器的技術更簡單。

這些技術還使得將先進控制策略作為I&C系統的一部分變得更加容易。

這些算法可以是基于軟件的算法，提供警報和診斷消息，或者對檢測到的故障采取定義的行動，這些故障在純基于硬件的環境中是非常困難或不可能的。

數字技術使實施設計更改變得更簡單。

在大多數情況下，對系統功能的更改只涉及軟件或(在FPGA的情況下)電子設計更改，而不是硬件更改。

7、降低成本

如上所述，數字技術具有自我診斷和消息傳遞功能，可以簡化維護、故障排除和縮短維修時間，從而降低I&C維護成本。

現代數字I&C組件的可靠性和將功能分配給軟件的能力，降低了零件成本并減少了備件庫存(庫存項目和每個項目的庫存水平)。

通過增加冗余和消除單點脆弱性實現的可靠性提高，將提高電廠容量系數并降低發電成本。

工程工作站的使用，簡化了設置點更改或驗證設置點正確性的任務，無需操作設備機架中的部件。工程工作站可以采用驗證技術來減少人為錯誤。

8、優化監控測試

現代數字I&C平臺中可用的自測試和自監控功能，可用于優化系統監控測試。

輸入通道數據可以通過自動比較進行檢查，在線監測系統中的警報可以取代現有的模擬通道檢查。

自檢功能可替代用于驗證設定點和保護系統跳閘驅動能力的標準模擬通道功能測試(例如，持續檢查模塊軟件或電子設計的完整性)。

輸入模塊中的自動校準功能，可以簡化整個儀器回路的標準通道校準監控要求，并且可以使用自動測試車縮短停機期間執行端到端測試的時間。

在美國，一個數字改造項目實現了大幅的成本節約。

新設計使電廠操作員能夠消除他們每班執行的單獨輸入通道檢查。這些參數由工廠過程計算機持續監控，當檢測到偏差時，計算機會向操作員發出警報。

平臺自測功能用于消除系統的所有在線監測測試，放置系統的高可靠性，消除了I&C部件故障引起的電廠瞬態。

“優雅降級”功能消除了對任何快速響應維護支持的需求，因為早期檢測到故障，并在過渡期間維護了安全的系統運行。

9、支持大數據計劃

數字技術還可以支持其他大數據舉措。

數字安全系統的數據輸出功能可以將數據提供給分析軟件計劃，用于先進的電廠性能監測或基于性能的維護和監督測試。

10、減少報廢風險

所有電子元件最終都將過時。因此，在I&C系統生命周期中管理報廢至關重要。

一個典型的核電站包含大約17,000個儀控部件，其中25%處于或接近報廢點。使用經過驗證的數字I&C設備可以解決模擬組件的過時問題。

11、微處理器技術限制

基于微處理器技術的一個問題是其快速淘汰和壽命短。基于繼電器和模擬組件完全運行30年并不罕見。基于微處理器的設備(硬件和軟件)不太可能做到這一點;然而，一些供應商提供的核服務產品線的壽命與模擬設備相當。

隨著核電機組運行壽命的延長，數字I&C系統可能需要多次更換。

12、FPGA技術優勢

基于FPGA的解決方案可以簡化長期支持，并允許將來更換老化和/或過時的FPGA電路，而無需進行重大重新設計。

基于FPGA的設計應考慮到長期支持和過時保護。一個設計良好的FPGA解決方案應該能夠“移植”到其他電路，即使是來自不同制造商的電路，使用標準語言，并避免依賴于電路的特性。

當然，如果新的FPGA有不同的占地面積或引腳，電路板將需要重新設計。

通過在項目規劃、電路架構設計、選擇要與相關工具集一起使用的特定空白電路以及在電路編程中遵循的編碼規則和實踐中使用可用的行業指南，可以實現FPGA設計的更大可移植性及其對電路過時的保護程度。

有必要對如何開發、實施和記錄設計提出要求或限制，以便實現長期支持、易于修改和設計可移植性的目標。

項目計劃應規定設計的哪些部分或級別將保持電路獨立，以便這些部分可以重復使用，即使將來必須使用不同的空白電路進行更換或升級。

可能存在與使用非電路獨立的第三方知識產權核心或預開發塊相關的要求或限制。

當I&C系統設計包含適當的淘汰管理規定時，只有最終的FPGA設計步驟(綜合+位置和路線)取決于所選的特定FPGA電路。

如果FPGA電路過時，用另一個FPGA電路代替(使用當前可用的技術和獨立于電路(寄存器傳輸級)的設計表示)。