95据通信技术的核辐射监测系统仿真研究

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基于并行数据通信技术的核辐射监测系统仿真研究
李莉, 任洪亮2 李福义 3 (. l 哈尔滨工程大学自动化学院 2哈尔滨工程大学 3 教研室 1 01 5- 5 4) . 2 3 5 0 0 151 1 0 4 2 3 摘要: 本文所研究的集散型工艺辐射监测系统采用 DS C 系统结构, 借助于并行数据通信技术, 将现场监控机采集到的现场分散的信息向上集中, 传输到监控主机, 从而实现监控主机的辐射监视操作和信息管理, 做到集中管理, 微机分散, 从而提高了整个系统的效率和安全性能. 讨论了D S并口 C, 通信编程和建模仿真技术.完成了工艺辐射监测系统建模, 监控主机对现场监控机的并行通信及监控程序. 完成简单人机界面设计, 进行了编辑并通过调试, 得出了仿真特性参数动态曲线, 做到了对工艺
辐射参数实时监测. 关被词: 工艺辐射建模仿真 D S 监控监控主机现场监控机并行通信人机界面 C
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1 引言 . 核电动力装置综合监控系统集监测, 控制, 遥操, 显示, 信息采集及故障检测等功能于一体, 综合监控系统可通过与装置测量系统, 控制执行系统及安全保护系统相联, 具有对装置自动进行数据处理, 控制与调节, 安全保护等项功能. 集散型工艺辐射监测系统是将集散型监控系统结构应用于核电辐射检测, 它涉及到对核电站重要设备, 燃料元件的完整性, 放射性流出物以及控制区内的辐射场等方面的监测.对保证核电站设备的完好, 运行以及工作人员和公众的安全健康有重要的作用.因此在核电站的仿真系统中, 必须对放射性系统进行分析, 建模, 仿真. 本文从实际要求出发, 地主要完成了工艺辐射监测系统建模工作, 将集散型监控系统结构应用于核辐射监测, 实现集散型监控多机系统中上下位机间并行通信, 上位管理机人机界面编程实现及仿真数据处理, 并进行了编辑并通过调试, 得出了仿真特性参数动态曲线, 做到了对工艺辐射参数实时监测.
2 工艺辐射监测系统建模与仿真 .
21 代表性核素的选取 . 由于核电站反应堆产生的放射性产物有几百种之多, 要在仿真机上对这么多的核素进行计算是不可能的, 为保证仿真机动态计算的实时性, 必须对仿真对象进行简化.可以对一类核素取一个具有代表性的核素, 作为一个等效的代表性核素, 这样简化了计算, 还可以更好的实时反映核电站放射性的动态变化, 选取的代表性核素见表 1 0
衰 1 代裹性核,选取
放射性核众类
徽尘
主要核索
代表性核众取等效核取等效核
切X e
' N
半衰期 T . 2 / 1
IS +1 .m 0
2 92 1 .5 . 0 4 4 6 0 .0 + 1
7.4 9 12
主要包括 V , , 等活化徽较 mF G eo
卤家惰性气体
堆外场
b4 &, 3r B v 0 ,xI 等裂变产物 11 v 11 1
' 尸1.1 } e 等产物 , 13 3 K 11 7 . 裂变 }r X
1 设备, ^ N 管道也产生 7 辐射场
22 放射性浓度的计算 . 川由放射性物质衰变公式
) u
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d 二") A A d 一( t t t
其中A 射活 B a 一放性比度, ; L / y -衰变常 . 数
() 放射性混合. 2 管道内本混合平衡浓度计算为: A 二A 1 x ` O) ( - ez t ) - () 3 各分系统放射性比活度的计算.
Z(o) Fi
A() t
其中,i F 流人节点的流量, /; , ks , g K衰变常数. 系统内放射性物质平衡示意图如图 1 所示, 假设该系统内某核素的活度分布均匀( 即输出流的放射性活度相同)则对该系统可以 , 写出该种核素的下列质量
守衡方程: 对于堆芯各分系统, 可不考虑放射性源项的影响, ( * o, 为0.由于即 F ) As u
; ,1
A ,F A ,F ..
M A
A ,F
图1 系统内放射性物质平衡示意图
dM· )_艺( · ) 艺( · } +( A), ( A 人一 F A) F· o二 F ; dt 一兄F一 o ; 习F
设A二 . n A则
A二 ' 艺〔;帆 A+ F·
由于
M 二 M'+ d t·
A ) · tM '] d/
M瓮=, . Z. EFA一 (·) ·一( 一, , )E A E F+ · ) ,; F o ( .
( ; 艺F 艺F一 o )
化简上式得
A ) ( = t
M : 1 卜 1 十艺( ·; 艺讯· (一川·: (一冰( ) { F A 一 * ; ) A, I △
M() t
k AA 日 g 统内体的射性比度, /; M 流放活 B LM , q ' 式中, M() 系统内 t M, —流体质量, ;,( —系— B/ ;t (- ) 上一时刻的流体质1, ' (一1 t1 — k; , t ) 上一时刻的流体放射性比活度,qLA- gA A 程序循环运行时间(. 秒) - 衰减常数( (2 ; 05 K 综合考虑衰变去除的影响)A 进人流的 ;; —放射性比
活 B/; 进人流的量, /; 排出流量, / 度, LF q ; —流 k LF g o —流的 ks go 23 仿真分析 . 有了正确的数学物理模型以即可以按照软件工程的原则与方法进行软件设计. 后, 模型软件分布为动态和逻辑两部分, 动态计算由~ mdld ; . o e 0 c u m 1 层连接f c n mde u t a o l完成, n o l u i 逻辑部分由 mimde 0. 另外有~ mde a o ldn c
n u n 3 完成, ol u 连接控制阀门设备的开, 以及盘台关, 灯光变化,n . f9 c no 模块R "为系统报警输出模块, 动态模块分三层计算: () a 工艺放射性由主冷却剂, 安全壳, 化学容积控制, 停堆冷却, 设备冷却水, 主蒸汽等分系统计算 ( 处理放射性混合, 转送) n0. n . 衰变, .f 1 - 2c n c 0 对各分系 f n 统计算出来的放射性浓度值进行单位转换.考虑放射性在该系统的滞留时间以及各种核素的叠加效应.计算值送仪表显示.b f; . ) 0 c m3 r 0.
f 1.计算机区域Y m 放射性监测系统的测量值.c f l.一m1.计算区 ) I fm . n . n 3 域空气放射性监测值.
对其中的各接口变量分析如图3 所示.
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24 监侧装I及监侧点分析 . t 放射性监测系统( 简称R S是核电 M) 站特有的监测系统. 它主要涉及对重要设备, 燃料元件完整性的监测, 放射性流出物的监测和控制区内辐射场的监测( 阴影划线处是测量装置或方法) .工艺放射性监测包括嫌料元件包壳破损监测, 蒸汽发生器破损监测, 废水废物处理系统的放射性监测, 设备冷却水放射性监测等九个监测系统, 由各系统自行监测报警.
R MS系统
d mO r Lc
d m0. r 2x
dr mO Ic
图 2 M 模块 R S
接 n变显
c rlh o x v rd
变员来瀚
一 n t / u i Ba L
- cc
下泄热交换路出口故射性参敌
cv c x nt / c ch o - iB L u q
C v化学容积系统
C C系统冷却水放射性参数 f ag w sd 一nt L u iB / q
C C冷却水系统
S G取样水放射性参数 f v d w b L -nt uiB / q S G排污水放射性参数 fr cna -n B / wr od ui qL f t
性
R C堆芯冷却系统
F 给水系统 W
F 给水系统 W
冷凝器放射性参数
ct n r
-nt L uiB / q
C T安全壳系统
安全壳节点放射性参致 hr 2et uiB / vr vn p -nt L q P 厂房系统放射性参数 2 f r da nt L wr ea - i q g u B, 冷凝器放射性备效 f r cn a -nt L w r o d u i q g B/ 冷凝器放射性参数
F 给水系统 W
H V通风空调系线
F 给水系统 W
msrioe2 nt L r t gn - iB / nr u q 第_线璐氮产放射性参敌 {
MS主族汽系统
图 3 各接口变量分析
() 1嫩料元件破损监测采用在线监测方法, 即在一回路下泄热交换器出口管道旁, 设置一个带
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有稳峰源的R 能谱探头, 对流经管内的一回路水进行 R 放射性浓度的连续监测.() 2 设备冷却水系统放射性监测系统用于及时发现一回路辅助系统各类设备的完整性以及控制S0 -1 V60 放气阀, - 节流阀进人一台低放废水连续监测仪进行测量, 最后返回设备冷却水系统的泵人口.() 排污水辐射 3S G 监测系统在 S 排污系统的后里过滤器进口 G 前引人一条取样管, 样品水经过截止阀, 节流阀进人一台低放废水连续监测仪进行测量, 然后返回到后置过滤器出口处.() 4 S 取样水辐射监测系统用一台 G
低放废水连续监测仪进行测量从二台 S G水取样热交换器来的两路样品的混合水, 控制S一一 V一 1 3 , 9AB 0 排污隔离阀o 冷凝器排汽放射性监测系统在二回 () 5 路冷凝器抽气管上引人一根惰性气体取样管, 其样品经过冷却器, 除雾器, 过滤器, 低量程惰性气体探测装置后, 再经流量计, 压力表, 用抽气泵排向环境.() 6 除氧器排气辐射监测系统在除氧器冷却器排气管上引出取样管, 其流程同冷凝器排气辐射监测系统.() 7 反应堆厂房P 辐射监测系统本系统使用进口的P 仪表, I G I G 监测安全壳空气中的气载粒子, 从而监测元件包壳破损情况.() S 烟囱排气辐射监测系统烟囱排气由等速取样嘴经调节阀分回路通过取样器, 汇合流经总流量检测装置, 抽气泵, 返回排气道.() 蒸汽管道9主 N6 1监测系统该系统采用在外管外R 测量法监测主蒸汽管道 AB , 两个回路的N6 1以及总Y 放射性.
3 集散型工艺辐射监测系统设计及通信实现
集散型工艺辐射监测系统是集散型监控系统结构应用于辐射监测的技术, 由探测器和微处理机组成的高性能多用途辐射监测系统, 用于辐射强度的监测, 同时给出辐射强度, 位置及时间等信息. 本系统主机将各从机的数据集起来, 供集中管理使用.进行数据处理, 制表, 打印, 绘图, 报警等操作; 同时又可随时发出各种命令, 对现场的各从机操作. 31 系统设计 . R P P1B 1 扩展板, 监测系统如图4 所示, 其中并口通信设计所采用的是 6CC 0 光隔串行并行接口
现场仪表室
控制仿真室
工艺辐射排出监测点
惰性气体
砍!. 3
低胶水
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2I E L G ^ M P J
9 . 黯
图4 工艺辐射监测系统装Z图
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它有统一的 I , S 基地址有硬条线设定, A 缺省为 1 0 o 5 可 2 H (25 8 8 编程接口芯片的编程方法可见相关资料或说明书) 根据要求, 该双机并行通信接口电路接口线连接方式说明如下:图5 上位 ( 示) 机8 5 是方 1 2A 5 式发送, 因此把 P 指定为输出, A口
发出数据, 用 P7 C 引脚分别固定作联络线 O F A K C 和P6 B 和 C .下位机 8 5 2A 5 是方式 0 接收, 以口故把定义为输人, 接收数据, 选用引脚 P4 C 图5 并行接口接线图和PO C 作联络线.虽然两侧都设置了联络线, 但有本质的区别, 上位机是方式 1 , 其联络线是固定的不可替换; 下位机是方式.其联络线是不固定的可选择, , 例如可选择 P4 C 或P5 P2 C 和P 1 C 或 C 等任意组合. 32 软件通信实现 .
F 位机〔接收 )
卜位机 ( 发送 )
整个系统的通讯软件包括三部分—主机端( 上位机) 的通讯软件, 从机端( 下位监控机) 的通讯软件, 下位监控机与监测仪之间的通信软件. 采用模块式的设计方法, 语言编程, C 其主要内容包括时间同步, 数据采集, 数据复合及处理, 数据存贮, 数据传输及并口通信, 报警及状态指示; 而参数预置又分为被测对象区域选择, 测量时间及测量周期设置, 辐射探头分别使用的设置, 被测放射性的剂量率及剂量的闹值设置.根据本毕业设计要求, 须完成模拟数据采集, 数据传输及并口通信, 数据存贮,
数据复合及处理等几部分模块. 数据传送可采用查询方式或中断方式.采用查询方式时, 在发送地址码或数据时, 先用愉人指令检查8 5 2 发送器的保持寄存器是否为空; 5 若空, 则用输出指令将一个数据送给8 58 5 动将该 2 , 5 可自 5 2 数据按位发送到并行通讯线上. 接收数据时 8 5 2 将收到的数据送人接收数据寄存器中, 5 同时将其状态寄存器置" 接收数据完成" 信号, 该信号被 CU P 检测到后, 即可从接收寄收器读取一个数据.若采用中断方式, 发送时, 用输出指令将一个数据送给 8 58 5 2 , 5 将该数据逐位串行发送完毕后, 5 2 则向
CU P 发出一个中断信号, 表明CU可以 P 取一个接收数据. 接口驱动程序包括发送与接收两个程序.以下是用 C 语言编写的发送部分关键程序. #n d d . ue< o h il c s > w pi da; 一p ( t o a) #n d to > u si h ile< d . c da( 0; ey 0) l2 #n d oo > u c ih ile< n . c pn(% da; i f d a) rt" , " t #n d sl. ue<ti h il c db > }
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00) x8 二=1 川
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4 人机界面实现 .
系统要求在上位管理机通过并行通信接收到下位机传来的数据后, 进行实时数据处理并
显示或报苦. 完成上位管理机人机界面编程实现及仿真数据处理, 从而实现在工程师站( 上位管理机) 对工艺辐射监测系统的监控. 本文采用了V u C 编程技术, ia 十十 s l 考虑到本设计所要达到的要求, 在进行程序设计时, 必须做到的是: 程序不随上下位机的变化而受限制; 能够检查出 a ) b ) 是否连接正确; 能 . ) 够发出发送和接受下位机传过来的数据指令, 并能够按照建模要求运算后显示这些信息;) d能够使得该应用程序既能适用于上位机( 监控主机) 又能够是用于下位机( 现场监控机)对一些装置有一定的 , 通用性.
5 小结 . 研究课题通过研制" 动力装置综合监控系统,建成了 , , 集散型动力装置综合监控系统, 开发了集散型工艺辐射监测系并口统, 通信编程和建模仿真技术. 完成了工艺辐射监测系统建模, 监控主机对现场监控机的通信及监控程序, 完成简单人机界面设计, 进行了编辑并通过调试, 得出了仿真特性参数动态曲线, 做到了对工艺辐射参数实时监测.
今考文献 1 凌备备, 杨延洲. 核反应堆工程原理[ ] 哈尔滨工程大学出 M. 版社, 9 19 9 2 唐世林. 站计算机仿真技术〔」科学出电 M 版社, 9 16 9 3 中国系统仿真学会编著. 仿真技术【 ] 化学工业出 M. 版社, 0 20 0 a 秦山核电机组全仿真机专辑[ ] M. 核动力工程出版社, 9 18 9 5 仿真机培训教材( 册) M . 上 [ ] 哈尔滨工程大学仿真机工程开发技术服务项目.
1。