岭澳二期厂房辐射监测系统数字化设计

孙元君，张任妍，赵卫军（中国核电工程有限公司，北京　100840）

岭澳二期厂房辐射监测系统数字化设计

孙元君，张任妍，赵卫军
（中国核电工程有限公司，北京100840）

在岭澳二期厂房辐射监测系统（KRT系统）设计中，要求KRT系统的硬件组成结构与岭澳一期大体相似，同时KRT系统必须实现数字化和信息集中管理。为了实现上述目标，将KRT系统分为上、下两层，KRT下层部件将就地仪表的模拟信号通过就地处理单元转化为数字信号，被转化后数字信号通过RS-485传输到KRT上层部件（集中机柜），集中机柜对这些数字信号进行集中，并存储显示在服务器及操作工作站中，或将这些集中信息传输到DCS。另外，集中机柜对这些数字信号进行处理，产生模拟量和开关量，并将模拟量和开关量传输到其他系统。

辐射监测；数字化；RS-485；监测道

1　数字化特性

数字化表现为将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据为基础建立起对应的数字化模型，并将它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。数字信号与模拟信号相比，具有如下特点：

1）数字信号传送具有稳定性好、可靠性高和受外部杂波影响较小等优点；

2）数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来；

3）数字信号可进行存储压缩，便于信息查询；

4）数字信号可分批、分时段进行传输。

2　KRT系统数字化设计要求

由于KRT系统首次实现数字化，需较详细地列出设计要求，这些设计要求如下：

2.1KRT系统设计总体要求

1）在正常运行和应急状态下能完成工艺辐射监测、场所监测的所有功能；

2）下层设备可独立完成对KRT系统辐射参数的监测、所采集信息的初步处理、超阈值报警、监测信息的简单显示、使用专用便携式计算机进行设置以及和上层的信息交换；

3）KRT系统和KRT以外系统之间可进行数字、模拟信息交换；

4）KRT系统各监测道之间可进行数字、模拟信息交换；

5）KRT系统信息的冗余存储和重要执行机构的实时控制。

2.2KRT系统运行时需实现的功能

（1）主要功能

1）信息的采集和初步处理；

2）测量结果的记录和备份；

3）信息处理和超阈值报警；

4）基于模拟计算的信息处理；

5）信息输出；

6）数据库管理；

7）与KRT系统外部用户进行信息交换。（2）辅助功能

1) 执行机构的控制；

2) 软件和硬件的诊断；

3) 刻度和试验程序；

4) 对无授权访问信息和设备的保护。

3　KRT系统结构[1]

KRT系统硬件结构分为上、下两层，其结构组成如下：

3.1KRT系统下层

KRT系统下层主要由探测装置、就地处理单元、可动部件、就地处理显示单元和用于执行机构控制的接线盒等装置组成。根据测量对象或目的不同，KRT系统下层有下列几种组合方式：

1）一个探测器与一个就地处理单元组合，如图1所示。就地处理单元由多个部件组成，为探测器提供所需的高压、低压。探测器产生的模拟信号经过就地处理单元处理后变成可存储的数字信号，这些数字信号可通过RS-232就地导出或通过RS-485远程传输到KRT系统上层的远程显示单元（RDU）。

图1　就地处理单元Fig.1　Local process unit

2）多个探测器与一个就地处理显示单元组合，如图2所示。一个就地处理显示单元为多个探测器提供高压，多个探测器产生的模拟信号在一个就地处理显示单元进行处理，变成存储的数字信号。这些数字信号可就地显示或通过RS-232就地导出以及通过RS-485远程传输到KRT系统上层的远程显示单元（RDU）。

图2　就地处理显示单元Fig.2　Local process display unit

3）一个探测器与一个就地处理显示单元、接线盒、可动部件组合，如图3所示。就地处理显示单元对来自探测器的模拟量信号和接线盒的开关信号进行处理，变成存储的数字信号。这些数字信号可就地显示或通过RS-232就地导出以及通过RS-485远程传输到KRT系统上层的远程显示单元（RDU）；另外由数字信号产生的开关信号通过接线盒对可动部件进行控制。

图3　就地处理显示单元Fig.3　Local process display unit

3.2KRT系统上层

KRT系统上层由远程显示单元（RDU）、集中机柜、信息机柜和操作工作站组成，各部分的主要功能如下：

远程显示单元（RDU）：安装在集中机柜的插件机箱中。主要用于显示、存储、输出现场部件送来的数据信息；另外对数据信息进行处理，转换为控制所需的模拟信号和开关信号。每台远程显示单元的具体要求为每种报警输出两个干触点开关量信号、RS-232为1个、RS-485为2个、模拟信号输出2个和模拟信号输入1个。

集中机柜：KRT系统共7个集中机柜，1E级集中机柜4个、非1E级集中机柜3个。88个RDU根据功能的不同，分别安装在这7个集中机柜内。集中机柜为RDU提供电源，RDU中的开关量、模拟量等信号通过端接接入集中机柜的端子排，这样KRT系统的控制信号就可方便地传送到其他系统。

KRT系统集中机柜为带锁的玻璃门，可以从外面看见各监测道远程显示单元的测量数据，各远程显示单元独立工作，彼此不受影响，在各个RDU的前面板上有源检和禁止按钮。该集中机柜实现220 VAC电源的分配和开关量、模拟量的传输。

信息机柜：两台相同信息机柜。每台信息机柜包括服务器、显示器、RS-485接口卡、网卡和交换机等。两台信息机柜接收、处理、存储和传输来自各RDU和KRT系统以外的信息，互为备份；另外，通过授权可在服务器上进行信息录入、下载和修改。两台信息机柜中的服务器为两台相同的主流计算机配置并配备大屏幕液晶显示器，KRT系统以信息机柜为中心组成数字化网络系统，采用TCP/IP网络和RS-485现场总线两项目前国际上性能先进、技术成熟的技术，网络带宽为100 Mb，可以应付突发性大流量数据的冲击。

操作工作站：所用的计算机和显示器同于信息机柜的计算机和显示器。操作工作站具有查询功能，位于LX厂房的卫生出入口，便于卫生出入口处的剂量工作人员了解各厂房的辐射情况。

4　KRT系统信息传输转换流程[2]

KRT系统模拟信息、数字信息传输转换流程如图4所示。

4.1KRT系统内部信息流程

KRT系统的原始信息来自就地可动部件、探测装置，通过就地处理显示单元处理后变成可存储的数字量或开关量，这些数字量或开关量可就地存储、显示、下载（通过RS-232）和对就地可动部件的控制（取样泵、电动阀等）。为了减少模拟量在传输过程的干扰，尽量减少就地处理显示单元与探测器间的距离。

KRT系统上下层信息为了可靠传输，就地处理显示单元与远程显示单元通过RS-485现场总线传输数字信息，稳定性好、可靠性高；如果上下层之间RS-485现场总线传输发生故障，KRT系统上下层可独立运行；由于就地处理显示单元与远程显示单元具有存储功能，KRT系统上下层之间RS-485现场总线传输一旦恢复，丢失的信息可被找回。

在KRT系统上层，KRT系统内部信息传输为数字信息，采用RS-485现场总线传输；为了保证传输信息可靠，各RDU之间的RS-485现场总线设计为并行连接，任何一个RDU故障，不会影响其他RDU之间的数字信息传输；冗余的服务器设计，保证汇总的KRT信息完整可靠。

KRT服务器汇总的KRT信息，按需要以图表、文字显示在KRT服务器和操作工作站的显示器上；便于运行操作。

图4　KRT信息流程图Fig.4　The flow diagram of KRT information

4.2与外部的接口

在KRT系统上层，RDU不仅能够传输数字信息，而且可以按系统控制需要把数字信息变成模拟量（或开关量），这些模拟量（或开关量）通过硬接线把KRT信息传输到KRT以外的系统；KRT系统以外系统的模拟量（或开关量）也可以通过硬接线把需要的信息传输到KRT系统的RDU中，RDU把收到的模拟量（或开关量）转换为数字信号，传输到KRT服务器中。

KRT系统与DCS之间的信息交换，对于非1E级信息，通过网络传输；对于1E级信息，既可以通过硬接线，也可以通过网络传输；保证KRT系统与DCS之间信息交换完整可靠。

5　结束语

岭澳二期核电站KRT系统是新一代核电厂数字化KRT系统的雏形。由于数字化，实现了分散控制，集中管理，可靠性高，把数据采集及过程控制分解出来，由多台功能计算机来实施，独立工作，避免集中控制产生的风险。

[1] 邢继. 岭澳核电站3、4号机组电厂辐射监测系统手册[R]. 北京：中国核电工程有限公司设计文件，2011.5.（XING Ji. Ling Ao Nuclear Power Station Units 3 & 4 System Manual-KRT[R]. Beijing: CNPE，2011.5.)

[2] 邢继. 岭澳核电站3、4号机组KRT系统设计基础报告[R]. 北京：核工业第二研究设计院设计文件，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

孙元君（1965—），男，四川西充人，高级工程师，从事辐射监测设计工作。