孫元君，張任妍，趙衛(wèi)軍（中國核電工程有限公司，北京　100840）

嶺澳二期廠房輻射監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計

孫元君，張任妍，趙衛(wèi)軍
（中國核電工程有限公司，北京100840）

在嶺澳二期廠房輻射監(jiān)測系統(tǒng)（KRT系統(tǒng)）設(shè)計中，要求KRT系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)與嶺澳一期大體相似，同時KRT系統(tǒng)必須實現(xiàn)數(shù)字化和信息集中管理。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，將KRT系統(tǒng)分為上、下兩層，KRT下層部件將就地儀表的模擬信號通過就地處理單元轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，被轉(zhuǎn)化后數(shù)字信號通過RS-485傳輸?shù)終RT上層部件（集中機柜），集中機柜對這些數(shù)字信號進(jìn)行集中，并存儲顯示在服務(wù)器及操作工作站中，或?qū)⑦@些集中信息傳輸?shù)紻CS。另外，集中機柜對這些數(shù)字信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生模擬量和開關(guān)量，并將模擬量和開關(guān)量傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)。

輻射監(jiān)測；數(shù)字化；RS-485；監(jiān)測道

1　數(shù)字化特性

數(shù)字化表現(xiàn)為將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立起對應(yīng)的數(shù)字化模型，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計算機內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理。數(shù)字信號與模擬信號相比，具有如下特點：

1）數(shù)字信號傳送具有穩(wěn)定性好、可靠性高和受外部雜波影響較小等優(yōu)點；

2）數(shù)字信號處理電路簡單。它沒有模擬電路里的各種調(diào)整，因而電路工作穩(wěn)定、技術(shù)人員能夠從日常的調(diào)整工作中解放出來；

3）數(shù)字信號可進(jìn)行存儲壓縮，便于信息查詢；

4）數(shù)字信號可分批、分時段進(jìn)行傳輸。

2　KRT系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計要求

由于KRT系統(tǒng)首次實現(xiàn)數(shù)字化，需較詳細(xì)地列出設(shè)計要求，這些設(shè)計要求如下：

2.1KRT系統(tǒng)設(shè)計總體要求

1）在正常運行和應(yīng)急狀態(tài)下能完成工藝輻射監(jiān)測、場所監(jiān)測的所有功能；

2）下層設(shè)備可獨立完成對KRT系統(tǒng)輻射參數(shù)的監(jiān)測、所采集信息的初步處理、超閾值報警、監(jiān)測信息的簡單顯示、使用專用便攜式計算機進(jìn)行設(shè)置以及和上層的信息交換；

3）KRT系統(tǒng)和KRT以外系統(tǒng)之間可進(jìn)行數(shù)字、模擬信息交換；

4）KRT系統(tǒng)各監(jiān)測道之間可進(jìn)行數(shù)字、模擬信息交換；

5）KRT系統(tǒng)信息的冗余存儲和重要執(zhí)行機構(gòu)的實時控制。

2.2KRT系統(tǒng)運行時需實現(xiàn)的功能

（1）主要功能

1）信息的采集和初步處理；

2）測量結(jié)果的記錄和備份；

3）信息處理和超閾值報警；

4）基于模擬計算的信息處理；

5）信息輸出；

6）數(shù)據(jù)庫管理；

7）與KRT系統(tǒng)外部用戶進(jìn)行信息交換。（2）輔助功能

1) 執(zhí)行機構(gòu)的控制；

2) 軟件和硬件的診斷；

3) 刻度和試驗程序；

4) 對無授權(quán)訪問信息和設(shè)備的保護(hù)。

3　KRT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]

KRT系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為上、下兩層，其結(jié)構(gòu)組成如下：

3.1KRT系統(tǒng)下層

KRT系統(tǒng)下層主要由探測裝置、就地處理單元、可動部件、就地處理顯示單元和用于執(zhí)行機構(gòu)控制的接線盒等裝置組成。根據(jù)測量對象或目的不同，KRT系統(tǒng)下層有下列幾種組合方式：

1）一個探測器與一個就地處理單元組合，如圖1所示。就地處理單元由多個部件組成，為探測器提供所需的高壓、低壓。探測器產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)過就地處理單元處理后變成可存儲的數(shù)字信號，這些數(shù)字信號可通過RS-232就地導(dǎo)出或通過RS-485遠(yuǎn)程傳輸?shù)終RT系統(tǒng)上層的遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）。

圖1　就地處理單元Fig.1　Local process unit

2）多個探測器與一個就地處理顯示單元組合，如圖2所示。一個就地處理顯示單元為多個探測器提供高壓，多個探測器產(chǎn)生的模擬信號在一個就地處理顯示單元進(jìn)行處理，變成存儲的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號可就地顯示或通過RS-232就地導(dǎo)出以及通過RS-485遠(yuǎn)程傳輸?shù)終RT系統(tǒng)上層的遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）。

圖2　就地處理顯示單元Fig.2　Local process display unit

3）一個探測器與一個就地處理顯示單元、接線盒、可動部件組合，如圖3所示。就地處理顯示單元對來自探測器的模擬量信號和接線盒的開關(guān)信號進(jìn)行處理，變成存儲的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號可就地顯示或通過RS-232就地導(dǎo)出以及通過RS-485遠(yuǎn)程傳輸?shù)終RT系統(tǒng)上層的遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）；另外由數(shù)字信號產(chǎn)生的開關(guān)信號通過接線盒對可動部件進(jìn)行控制。

圖3　就地處理顯示單元Fig.3　Local process display unit

3.2KRT系統(tǒng)上層

KRT系統(tǒng)上層由遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）、集中機柜、信息機柜和操作工作站組成，各部分的主要功能如下：

遠(yuǎn)程顯示單元（RDU）：安裝在集中機柜的插件機箱中。主要用于顯示、存儲、輸出現(xiàn)場部件送來的數(shù)據(jù)信息；另外對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為控制所需的模擬信號和開關(guān)信號。每臺遠(yuǎn)程顯示單元的具體要求為每種報警輸出兩個干觸點開關(guān)量信號、RS-232為1個、RS-485為2個、模擬信號輸出2個和模擬信號輸入1個。

集中機柜：KRT系統(tǒng)共7個集中機柜，1E級集中機柜4個、非1E級集中機柜3個。88個RDU根據(jù)功能的不同，分別安裝在這7個集中機柜內(nèi)。集中機柜為RDU提供電源，RDU中的開關(guān)量、模擬量等信號通過端接接入集中機柜的端子排，這樣KRT系統(tǒng)的控制信號就可方便地傳送到其他系統(tǒng)。

KRT系統(tǒng)集中機柜為帶鎖的玻璃門，可以從外面看見各監(jiān)測道遠(yuǎn)程顯示單元的測量數(shù)據(jù)，各遠(yuǎn)程顯示單元獨立工作，彼此不受影響，在各個RDU的前面板上有源檢和禁止按鈕。該集中機柜實現(xiàn)220 VAC電源的分配和開關(guān)量、模擬量的傳輸。

信息機柜：兩臺相同信息機柜。每臺信息機柜包括服務(wù)器、顯示器、RS-485接口卡、網(wǎng)卡和交換機等。兩臺信息機柜接收、處理、存儲和傳輸來自各RDU和KRT系統(tǒng)以外的信息，互為備份；另外，通過授權(quán)可在服務(wù)器上進(jìn)行信息錄入、下載和修改。兩臺信息機柜中的服務(wù)器為兩臺相同的主流計算機配置并配備大屏幕液晶顯示器，KRT系統(tǒng)以信息機柜為中心組成數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和RS-485現(xiàn)場總線兩項目前國際上性能先進(jìn)、技術(shù)成熟的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬為100 Mb，可以應(yīng)付突發(fā)性大流量數(shù)據(jù)的沖擊。

操作工作站：所用的計算機和顯示器同于信息機柜的計算機和顯示器。操作工作站具有查詢功能，位于LX廠房的衛(wèi)生出入口，便于衛(wèi)生出入口處的劑量工作人員了解各廠房的輻射情況。

4　KRT系統(tǒng)信息傳輸轉(zhuǎn)換流程[2]

KRT系統(tǒng)模擬信息、數(shù)字信息傳輸轉(zhuǎn)換流程如圖4所示。

4.1KRT系統(tǒng)內(nèi)部信息流程

KRT系統(tǒng)的原始信息來自就地可動部件、探測裝置，通過就地處理顯示單元處理后變成可存儲的數(shù)字量或開關(guān)量，這些數(shù)字量或開關(guān)量可就地存儲、顯示、下載（通過RS-232）和對就地可動部件的控制（取樣泵、電動閥等）。為了減少模擬量在傳輸過程的干擾，盡量減少就地處理顯示單元與探測器間的距離。

KRT系統(tǒng)上下層信息為了可靠傳輸，就地處理顯示單元與遠(yuǎn)程顯示單元通過RS-485現(xiàn)場總線傳輸數(shù)字信息，穩(wěn)定性好、可靠性高；如果上下層之間RS-485現(xiàn)場總線傳輸發(fā)生故障，KRT系統(tǒng)上下層可獨立運行；由于就地處理顯示單元與遠(yuǎn)程顯示單元具有存儲功能，KRT系統(tǒng)上下層之間RS-485現(xiàn)場總線傳輸一旦恢復(fù)，丟失的信息可被找回。

在KRT系統(tǒng)上層，KRT系統(tǒng)內(nèi)部信息傳輸為數(shù)字信息，采用RS-485現(xiàn)場總線傳輸；為了保證傳輸信息可靠，各RDU之間的RS-485現(xiàn)場總線設(shè)計為并行連接，任何一個RDU故障，不會影響其他RDU之間的數(shù)字信息傳輸；冗余的服務(wù)器設(shè)計，保證匯總的KRT信息完整可靠。

KRT服務(wù)器匯總的KRT信息，按需要以圖表、文字顯示在KRT服務(wù)器和操作工作站的顯示器上；便于運行操作。

圖4　KRT信息流程圖Fig.4　The flow diagram of KRT information

4.2與外部的接口

在KRT系統(tǒng)上層，RDU不僅能夠傳輸數(shù)字信息，而且可以按系統(tǒng)控制需要把數(shù)字信息變成模擬量（或開關(guān)量），這些模擬量（或開關(guān)量）通過硬接線把KRT信息傳輸?shù)終RT以外的系統(tǒng)；KRT系統(tǒng)以外系統(tǒng)的模擬量（或開關(guān)量）也可以通過硬接線把需要的信息傳輸?shù)終RT系統(tǒng)的RDU中，RDU把收到的模擬量（或開關(guān)量）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)終RT服務(wù)器中。

KRT系統(tǒng)與DCS之間的信息交換，對于非1E級信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸；對于1E級信息，既可以通過硬接線，也可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸；保證KRT系統(tǒng)與DCS之間信息交換完整可靠。

5　結(jié)束語

嶺澳二期核電站KRT系統(tǒng)是新一代核電廠數(shù)字化KRT系統(tǒng)的雛形。由于數(shù)字化，實現(xiàn)了分散控制，集中管理，可靠性高，把數(shù)據(jù)采集及過程控制分解出來，由多臺功能計算機來實施，獨立工作，避免集中控制產(chǎn)生的風(fēng)險。

[1] 邢繼. 嶺澳核電站3、4號機組電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)手冊[R]. 北京：中國核電工程有限公司設(shè)計文件，2011.5.（XING Ji. Ling Ao Nuclear Power Station Units 3 & 4 System Manual-KRT[R]. Beijing: CNPE，2011.5.)

[2] 邢繼. 嶺澳核電站3、4號機組KRT系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)報告[R]. 北京：核工業(yè)第二研究設(shè)計院設(shè)計文件，2005.10. (XING Ji. Ling Ao Nuclear Power Station Units 3 & 4Design Base Report of KRT System[R]. Beijing: BINE，2005.10.)

The Design of KRT Digital System in Ling Ao Ⅱ

SUN Yuan-jun，ZHANG Ren-yan，ZHAO Wei-jun
(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing100840，China)

In the design of KRT system in Ling Ao II, it requires the hardware composition shall be similar to that of Ling Ao I. At the same time, the KRT system should be digitized and centralized. In order to realize the goal, the KRT system will be divided into the lower and upper parts. The local sensor at the lower part will transform the analog signal to digital signal in the local display unit; then the digital signals are sent to the upper part (cabinet) by RS-485; the cabinet collects the signals, saves and displays them in the server or operation workstation. or sends them to the DCS. On the other hand, the digital signals will be treated into analog or on/off signals in cabinet and transmitted to other systems.

radiation monitoring；digital；RS-485；measurement channel

TL37Article character: AArticle ID: 1674-1617(2013)02-0101-04

TL37

A

1674-1617(2013)02-0101-04

2012-12-11

孫元君（1965—），男，四川西充人，高級工程師，從事輻射監(jiān)測設(shè)計工作。