AP1000輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)特點分析

摘 要：本文介紹了AP1000輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、硬件及軟件配置。

關(guān)鍵詞：輻射監(jiān)測系統(tǒng)；計算機(jī)系統(tǒng)；通信；硬件；軟件

1 概述

輻射監(jiān)測系統(tǒng)（RMS）是AP1000核電站中保證電站安全運行的重要系統(tǒng)。它實時監(jiān)測核電站中工藝、氣載、排出流和電廠區(qū)域內(nèi)的放射性水平，為保證電站及人員安全起到重要作用；并為監(jiān)測放射性物質(zhì)對環(huán)境的影響，保障公眾輻射安全以及 AP1000 工程評估提供輻射數(shù)據(jù)。

2 AP1000輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

核電站輻射監(jiān)測系統(tǒng)通常分為3個層次。第一層次為輻射探測。根據(jù)不同的監(jiān)測對象及環(huán)境，選取不同類型的探測器（如氣體探測器、閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器等），將核輻射信息轉(zhuǎn)換為可測量的電信號，從而實現(xiàn)對輻射劑量、劑量率以及流出物體積活度的實時監(jiān)測。第二層次為數(shù)據(jù)處理和顯示。從探測器過來的信號送入就地輻射處理器進(jìn)行處理，生成報警、趨勢等并可在就地液晶面板上顯示。第三層為中央數(shù)據(jù)采集和管理。以輻射監(jiān)測中央計算機(jī)為核心組成。系統(tǒng)操作人員在權(quán)限范圍內(nèi)可以在輻射監(jiān)測中央計算機(jī)上完成各測量道的測量數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)及參數(shù)等的監(jiān)視、操作和管理工作。

輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)（CRP系統(tǒng)）是輻射監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分，是電廠計算機(jī)系統(tǒng)與就地輻射監(jiān)測儀的通信樞紐。它對就地輻射監(jiān)測儀的所有測量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和監(jiān)視，并可向就地輻射監(jiān)測儀發(fā)送控制信號和電廠工藝信息。它通過 RS-485 串行通信網(wǎng)絡(luò)將分布于核電站各工藝，排出流監(jiān)測點和各區(qū)域的三十幾臺就地輻射監(jiān)測儀連接起來，組成一個實時動態(tài)的分布式輻射監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)（CRPS系統(tǒng)）由CRPS系統(tǒng)硬件和CRPS系統(tǒng)軟件組成。

如圖2 CRPS系統(tǒng)拓?fù)鋱D所示，CRPS系統(tǒng)與就地輻射監(jiān)測儀的通信采用冗余設(shè)計，通訊接口為RS-485 MODBUS；同時與DDS應(yīng)用服務(wù)器（Datalink）電廠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙向通訊也采用冗余設(shè)計，通訊接口為以太網(wǎng)MODBUS TCP/IP。

2.2 系統(tǒng)接口

CRP系統(tǒng)與外界的數(shù)據(jù)交換主要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，每臺CRP與外界的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系分為兩種類型：RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行通信網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)。CRP系統(tǒng)共組成三個獨立的網(wǎng)絡(luò)：就地輻射監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、與Datalink之間的局域網(wǎng)、CRP冗余計算機(jī)之間的冗余同步網(wǎng)絡(luò)。

2.2.1 就地輻射監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行通信網(wǎng)絡(luò)，與各就地輻射監(jiān)測設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，兩臺冗余的 CRP計算機(jī)分別與每一臺就地輻射處理器（LRP） 聯(lián)網(wǎng)。由于與之連接的LRP多達(dá)三十多臺，為了滿足系統(tǒng)響應(yīng)時間的要求，就地監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采用多總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 每臺 CRP 通過多個 RS-485 通信接口組成通信總線，每條通信總線上同時連接的LRP不多于十臺，以保證響應(yīng)時間符合設(shè)計要求。

2.2.2 與Datalink之間的局域網(wǎng)

與Datalink之間的局域網(wǎng)的連接采用以太網(wǎng)。每臺 CRP 計算機(jī)用兩條網(wǎng)線與兩臺冗余的 Datalink 服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，組成了雙網(wǎng)雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)。

2.2.3 CRP間的冗余同步網(wǎng)絡(luò)

在兩臺工控機(jī)之間用獨立的以太網(wǎng)點對點地連接，以實現(xiàn)雙機(jī)之間的通信，完成數(shù)據(jù)和指令的同步及保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性。兩臺工控機(jī)之間通過以太網(wǎng)連接進(jìn)行雙機(jī)熱備冗余控制。輻射監(jiān)測系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2 CRPS系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

2.3 系統(tǒng)硬件

所有的CRPS系統(tǒng)硬件都安裝在機(jī)柜中，柜內(nèi)配備有冗余的工控機(jī)（CRP）、顯示器、KVM切換裝置、與就地輻射監(jiān)測儀通信的多串口卡、與Datalink通信的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、確保220V正常供電與UPS無擾切換的220V電源切換裝置、確保柜內(nèi)24V供電正常的24V電源模塊及24V電源冗余模塊、溫度及開門報警裝置、風(fēng)扇以及開關(guān)等。表1為CRPS系統(tǒng)硬件清單，圖3為機(jī)柜內(nèi)部布置。

中央處理器 CPU：雙核，主頻 2.5G；內(nèi)存：2G；硬盤：兩個硬盤，每個硬盤容量 160G；以太網(wǎng)接口數(shù)量：至少 3 個；RS-485 通信口數(shù)量：16 個；USB 接口：至少 3 個。

兩臺工控機(jī)共用一套鍵盤、鼠標(biāo)及顯示器。顯示器規(guī)格：尺寸19英寸；分辨率不小于1280*1024。

2.4 系統(tǒng)軟件

CRP系統(tǒng)軟件（以下簡稱“CRP1000”）主要基于 Windows XP 的操作系統(tǒng)以及上海自動化儀表股份有限公司的SupMAX800基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)集成，通過刪除無需的賬戶、關(guān)閉不適用的服務(wù)、更新完整的系統(tǒng)補(bǔ)丁等措施保證 Windows XP操作系統(tǒng)滿足系統(tǒng)安全要求，并確保 CRP 系統(tǒng)軟件與Datalink、就地輻射監(jiān)測儀的正常通信，并實現(xiàn)人機(jī)接口的設(shè)計要求。

CRP系統(tǒng)軟件的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

2.4.1 數(shù)據(jù)通信

（1）數(shù)據(jù)采集

定時采集就地輻射監(jiān)測儀的測量數(shù)據(jù)和測量狀態(tài)，將采集到的數(shù)據(jù)用于處理、顯示，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

（2）數(shù)據(jù)或指令的發(fā)布

在 CRP系統(tǒng)上或在核電站 Ovation系統(tǒng)上可顯示及配置每一臺就地輻射監(jiān)測儀的主要工作參數(shù)， 如高報閾值等。

在 CRP上或在核電站Ovation系統(tǒng)上可對具有操作功能的就地輻射監(jiān)測儀發(fā)布操作命令，如開啟或停止源檢、 開始或停止本底測量等命令。

（3）數(shù)據(jù)或指令的接收

CRP通過以太網(wǎng)與 Ovation DDS系統(tǒng)的 Datalink利用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信，DDS 中的 Datalink 是主機(jī)，CRP是從機(jī)。

2.4.2 人機(jī)接口

（1）采集數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)的實時顯示

各就地輻射監(jiān)測儀可能的數(shù)據(jù)狀態(tài)為：正常、高報、警告、失效、故障、維修和通信失效等。報警狀態(tài)用不同顏色的背景顏色表示，例如高值報警時采集數(shù)據(jù)的背景顏色為紅色。

（2）歷史數(shù)據(jù)的數(shù)值顯示、曲線顯示

保存在歷史數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用數(shù)值方式顯示，也可用曲線方式顯示。顯示的數(shù)據(jù)時間區(qū)間可在整個歷史數(shù)據(jù)范圍內(nèi)選擇。支持同時將多個通道的歷史數(shù)據(jù)在同一個曲線畫面上顯示，便于比較不同通道之間的輻射數(shù)據(jù)。

2.4.3 數(shù)據(jù)存儲

存入數(shù)據(jù)庫的歷史值為監(jiān)測儀的實時測量值，與歷史值同時存儲的還有歷史值的時間標(biāo)志。

可將CRP1000的歷史數(shù)據(jù)等用戶需要或值得長久保存的數(shù)據(jù)通過某種形式保存到其它存儲介質(zhì)中。數(shù)據(jù)備份操作應(yīng)可通過CRP軟件進(jìn)行，也可通過Windows XP 操作系統(tǒng)的資源管理器或網(wǎng)絡(luò)通信軟件進(jìn)行。在數(shù)據(jù)備份時，不中斷或影響 CRP 軟件本身的正常運行。

日志記錄的內(nèi)容包括操作記錄（修改參數(shù)等）、 CRPS系統(tǒng)運行狀態(tài)發(fā)生改變（通信接口的切換）等。

3 AP1000輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)功能

輻射監(jiān)測計算機(jī)系統(tǒng)（CRP系統(tǒng)）對通過網(wǎng)絡(luò)采集到的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲和報警，并將采集的數(shù)據(jù)和其它信息通過以太局域網(wǎng)傳輸?shù)胶穗娬镜臄?shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)（DDS）。除了通過網(wǎng)絡(luò)采集和傳輸測量數(shù)據(jù)以外，CRP系統(tǒng)的另一項功能是轉(zhuǎn)發(fā) MCR 的指令，可在操作員需要時或自動地從 MCR 向就地輻射監(jiān)測儀發(fā)布控制命令，對就地輻射監(jiān)測儀的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改或執(zhí)行相關(guān)的控制功能，以保證就地輻射監(jiān)測儀正常運行。

3.1 系統(tǒng)功能

CRP軟件的主要功能有：從非安全相關(guān)LRP獲取輻射信息并將控制信號/電站工藝信息發(fā)送給LRP，對取自LRP的輻射信息進(jìn)行長期存儲，將輻射測量值、設(shè)定值及診斷信息等發(fā)送到電站應(yīng)用服務(wù)器上。CRP與非安全相關(guān)LRP的通信是通過就地的串行網(wǎng)絡(luò)。

CRP具備進(jìn)一步處理和顯示輻射及診斷信息的能力，能夠處理來自LRP的信號并進(jìn)行取均值計算，如1min均值、10min均值、小時均值和日均值。

CRP可以存儲輻射監(jiān)測儀表的狀態(tài)、活動日志等歷史信息，內(nèi)部設(shè)置有輻射監(jiān)測儀表參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)經(jīng)CRP編譯后通過通信鏈接發(fā)送到DDS應(yīng)用服務(wù)器，電廠控制系統(tǒng)PLS可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過程控制。從DDS發(fā)送到RMS的指令有：

？藎檢查源驅(qū)動；？藎取樣泵啟動；？藎取樣泵停止；？藎沖洗啟動；？藎沖洗停止

主蒸汽管道16N監(jiān)測儀需要反應(yīng)堆功率數(shù)據(jù)輸入，用來進(jìn)行蒸汽發(fā)生器一二次側(cè)泄露率的計算，反應(yīng)堆功率由DDS傳送至CRP。

3.2 通信

RMS系統(tǒng)是一個核級的控制和監(jiān)測系統(tǒng)，其計算機(jī)安全級別被列為4級。該系統(tǒng)同任何3級（數(shù)據(jù)采集/緩沖網(wǎng)絡(luò)）、2級（現(xiàn)場局域網(wǎng)）、1級（廣域網(wǎng)）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雙向通信是不被允許的。允許用低級別的網(wǎng)絡(luò)單向通信。

CRP計算機(jī)是冗余配置的，且能夠同時通過主通道和備用通道與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行通信。CRP發(fā)送到主通道和備用通道的數(shù)據(jù)是相同的。CRP數(shù)據(jù)通道支持工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 10/100 BaseT。

RMS數(shù)據(jù)定期的傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，或者當(dāng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出請求時發(fā)送數(shù)據(jù)。在C/S型通信模式下，CRP為從設(shè)備，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為主設(shè)備。CRP對于要求發(fā)送數(shù)據(jù)這一請求的響應(yīng)時間為2±0.5s或更短。通信必須是可靠的和冗余的。

CRP計算機(jī)接口性能高度可靠。在CRP計算機(jī)上運行的通信任務(wù)是可靠的且被賦予了適合的優(yōu)先級。

傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的CRP數(shù)據(jù)包括輻射測量值及品質(zhì)。此外，CRP還能夠提供診斷信息（報警、錯誤、設(shè)備狀態(tài)等）。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含的屬性有值、品質(zhì)、時間標(biāo)記、數(shù)據(jù)包ID和報警。數(shù)據(jù)類型的分類有：模擬（直接測量值、計算值、報警設(shè)定值）和數(shù)字（狀態(tài)位）。數(shù)據(jù)可以是16位帶符號或不帶符號的整數(shù)，32位帶符號或不帶符號的整數(shù)，32位浮點數(shù)。應(yīng)用服務(wù)器為每個數(shù)據(jù)點分配一個唯一的ID并且在應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫里為其分配一個存儲位。ID是靜態(tài)的，預(yù)先設(shè)定的。

4 結(jié)論

AP1000輻射監(jiān)測系統(tǒng)通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，有效全面的采集全廠各類輻射相關(guān)的測量參數(shù)，并將采集到的輻射監(jiān)測參數(shù)送入操縱員站的工藝系統(tǒng)流程畫面，使運行人員在主控室就能有效直觀的監(jiān)測工藝系統(tǒng)運行的輻射狀態(tài)及儀表工作狀態(tài)，可及時發(fā)現(xiàn)故障儀表。通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，能夠快速準(zhǔn)確的與電廠儀控系統(tǒng)進(jìn)行電廠各類監(jiān)測參數(shù)共享，為運行人員判斷電廠工藝系統(tǒng)的運行狀態(tài)提供詳細(xì)的輔助信息。

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