核电厂辐射监测信息管理系统现场调试

王旭辰，崔泽朋

（中核控制系统工程有限公司，北京 100176）

核电厂与其它种类电站的主要差别是核反应堆运行中伴有辐射产生,所以辐射监测系统是核电厂必不可少的组成部分[1]。核电厂辐射监测系统(简称KRT系统)主要用于监测核电厂工艺系统、排出流、电站工作人员和环境的放射性水平,通过对核电厂某些工艺过程和设备进行监测,从辐射水平的高低来发现设备是否有效、是否正常运行；另外,通过对屏障完整性及有效性进行监测,从而保证核电厂的安全运行并保证工作人员能安全工作,防止任何剂量事故的发生[1-4]。

核电厂辐射监测系统通常分为3个层次:即辐射探测、数据测量和显示以及中央数据采集和管理[1]。方家山核电工程KRT系统数据采集由分布式控制系统(DCS)完成，确保了数据采集的安全性、可靠性，各监测道数据单独上传，有效避免了数据采集的瓶颈，系统结构更为简洁，实现了KRT系统由专用系统向DCS统一管理下的通用系统转变，并在全厂DCS系统上层设置了KRT信息管理系统集中管理和显示辐射监测数据[5]。

KRT信息管理系统主要功能为辐射监测信息数据管理，它从DCS系统采集各KRT监测道的测量数据、报警信息以及所需的其它系统信息，存储在各机组的KRT信息服务器，其应用程序软件显示KRT各监测道的测量数据和报警信息，同时可以分析各监测道的历史数据变化趋势、生成数据报表及打印等功能[6]。由于核电厂各监测道分布非常分散，KRT信息管理系统有助于集中监测各监测道的实时数据及报警状态，极大地减轻了辐射防护人员以及维修人员的工作量。

KRT信息管理系统现场安装与调试包括设备安装、光缆敷设及光纤熔接、系统内部网络配置、与全厂时钟服务器同步调试、与DCS 数据通讯接口调试、系统软件改进升级。本文基于方家山核电工程KRT信息管理系统现场调试经验主要介绍本系统与全厂时钟服务器同步调试、与DCS数据接口通信调试以及在现场调试中由用户提出的改进项及解决方法。

1 KRT信息管理系统简介

KRT信息管理系统由信息服务器、远程工作站和查询站以及打印机、网络通讯设备等组成。信息服务器作为重要的数据存储中心，采用冗余配置，实时接收来自DCS系统的数据，并将历史数据长期归档；远程操作站为操纵员提供显示、数据报表、报警阈值查询等功能；WEB服务器将KRT系统的监测信息以网页形式发布，为查询站提供网页服务，方便进入辐射防护区的工作人员在查询站获取辐射监测信息。KRT信息管理系统总体功能结构如图1所示。

图1 KRT信息管理系统总体功能结构图Fig.1 KRT information management system function diagram

2 全厂授时调试

在KRT信息管理系统中,许多功能都与时间密切相关,如趋势、过程报警、事件记录等,因此整个系统始终保持与全厂时钟同步非常关键[7]。使用互联网同步计算机时间十分方便，这种方式在局域网内得到广泛的应用。NTP(Network Time Protocol)是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其时钟服务器做同步化。微软公司已将网络时间协议（NTP）集成到windows操作系统当中，只要能联网并对计算机进行设置就可以进行局域网内的计算机时间校准。KRT信息管理系统信息服务器采用NTP协议通过以太网向核电厂时钟服务器进行时钟同步。

由于KRT 信息管理系统的信息服务器与全厂时钟服务器在同一层高，距离较近，所以在现场调试中采用屏蔽双绞线将KRT 信息管理系统的信息服务器与全厂时钟服务器进行物理连接，全厂时钟服务器为KRT信息管理系统的信息服务器提供两个IP地址作为时钟源。KRT信息管理系统采用多级时间服务器来解决精度问题, 且首先需要关闭作为NTP服务器的Windows系统自带的防火墙，否则将同步不成功。如图2所示，信息服务器将和核电厂全厂时间服务器同步时钟，并为KRT信息管理系统内部网络提供标准时钟源；远程操作站和网页服务器直接向信息服务器同步时钟；查询站向网页服务器同步时钟。两台信息服务器采用主从方式配置来完成KRT信息管理系统的时钟校准，即：正常工作时，主站服务器（信息服务器1）为整个KRT信息管理系统（除信息服务器2外）提供标准时钟；如图2中实线所示，当主站服务器故障，不能提供标准时钟信号时，从站服务器会成为KRT信息管理系统内部网络的标准时钟源，它会向全厂时钟服务器GPS同步时钟，并成为远程操作站和网页服务器的时钟同步服务器，如图2中虚线所示。

图2 KRT信息管理系统时钟同步拓扑图Fig.2 KRT topology information management system clock synchronization

图3 KRT-DCS数据接口网络拓扑图Fig.3 KRT - DCS data interface network topology

3 与DCS数据通讯接口调试

DCS负责采集KRT各监测道就地数据并通过以太网上传到KRT 信息管理系统，DCS-KRT信息管理系统接口网络拓扑结构如图3所示。在现场调试期间首先要确定KRT信息管理系统所需的全部数据点（包括数字量及模拟量）以及每个数据点的所有参数。在本次调试中，首先确定每个数据点的实际数据以及其有效性两个参数，然后将所有数据点以及其参数生成xml配置文件。DCS Level2网关服务器文件生成程序会读取xm l配置文件定期生成csv格式的数据文件并通过单向隔离装置发送给KRT信息管理系统的两台信息服务器，KRT信息服务器接受到数据文件通过数据解析程序将实时数据写入实时数据库中。KRT-DCS数据通讯接口调试包括网络物理连接，单向传输软件安装及配置，单向隔离装置配置，数据文件解析程序调试。

3.1 接口网络物理连接

在调试与DCS接口通讯时首先要对双方设备进行物理连接,网络物理接连介质要根据双方的实际传输距离、传输速率、环境等因素决定。KRT信息管理系统在设计初期已经为DCS同时预留了SC光纤接口以及RJ45 网口。

DCS level2单向隔离装置为KRT 信息管理系统预留的网络接口为RJ45口。DCS level2网关服务器机柜和KRT信息服务器机柜分别位于电气厂房的11.5m和15.5m层高，实际布线距离远小于100m,在双绞线所允许的最远传输距离之内；DCS 给KRT信息管理系统数据传输实时性要求较高但数据量较少,所以在现场采用抗干扰性能较好的超五类屏蔽双绞线进行物理连接既可以满足数据传输要求且不需要在DCS level2网关服务器机柜中增加光电转换设备。

3.2 单向隔离装置安装及配置

由于DCS到KRT信息管理系统的数据为单向传输,所以该数据接口采用国产南瑞SysKeeper-2000网络安全隔离装置(正向型单比特版)及配套的单向传输软件。

SysKeeper-2000网络安全隔离装置部署在网络的唯一出口处,通过内网接口和外网接口分别与内网和外网相连。单向隔离装置分为“Private”区和“Public”区，数据文件只能从“Private”端传向“Public”端，所以DCS Level2网关服务器应该连接到“Private”端 ，KRT 信息服务器应该连接到“Public”端。

SysKeeper-2000单向文件传输装置有专用的配置工具“SysKeeper2000正向配置管理软件”。用随机附带的配置串口线连接到安全隔离装置的内网配置串口(console)对其进行配置；SysKeeper-2000支持多任务设置，根据DCSKRT信息管理系统接口网络结构，在每台单向隔离装置上需要配置四条任务规则，依据原设备IP地址和目的设备IP地址设定双方设备的虚拟IP地址，协议类型为TCP/IP，在配置规则时要注意以下两点：

1）每台单向隔离装置给KRT信息管理系统预留了一个RJ45网口，所以在配置每条规则时要选取相对应的网卡。

2）外网端口要与每条规则一一对应，且要记录每条配置规则参数（包括虚拟IP、实际IP地址等）以便在KRT信息管理系统信息服务器上配置单向传输软件服务器端时使用。

配置完成之后可以使用单向隔离装置自带的系统诊断工具来诊断隔离装置与内外网的网络连接是否正常。

3.3 单向传输软件安装及配置

SysKeeper-2000正向文件传输软件由服务端和客户端组成,服务端安装在外网,进行文件传输时需要指定接收文件的根目录;客户端安装在外网,可以定制多个任务,每个任务对应所要发送的一个目标目录。由于单向传输装置只能从客户端向服务器端传输文件,所以客户端软件安装在DCS Level2 网关服务器上,而对应的服务器端软件安装在KRT信息服务器上。

SysKeeper-2000 服务器端软件安装及配置步骤:

1）在KRT 信息服务器上正确安装 Java 语言的软件开发工具包（JDK）。

2）设置环境变量“JAVA_HOME”为JDK软件安装目录。

3）如果JDK 已正确安装,那么单向传输软件服务器端“NR_ZX_Server_1.0.2.jar”就可以正常运行了。

4）首先登录软件并设置文件传输任务，包括文件传输任务名称、文件传输端口、文件存储根目录等参数。

5）启动所有文件传输任务监听即可。

3.4 数据文件解析

DCS上传数据文件为csv格式，文件内容包括配置文件版本号、时间标签以及在配置文件中描述的所有数据点，数据点包括模拟量和数字量，且每个数据点都有两个参数，一个为该数据实际值，另一个为该数据的质量位。KRT信息管理系统基于其实时服务程序开发了针对csv格式上传文件的专用解析程序。由于上传文件中标签点名和KRT 信息管理系统实时库组态数据点名不一致，在KRT 信息管理系统中添加txt格式的上传标签点和系统配置标签点一一对应的配置文件，解析程序会自动读取配置文件将上传标签点的数值写入对应的实时数据库标签点的工程值中。为方便用户判断数据故障，数据解析应遵循以下原则：

1）对于模拟量，首先判断其质量位，如果有效，解析其实际值，如果无效，将该数据点在实时库中的工程值置为N/A，监控画面上该数据点无数值显示。

2）对于数字量，即监测道的报警值，不判断该数据点的质量位，直接解析其实际值。

3）当配置文件中某个数据点或者所有数据点无法从DCS二层实时库中取到数值时，上传文件中标签点实际数值为空，KRT信息管理系统实时库中对应数据点的值被置为N/A，画面上相应数据点无数值显示。

图4 信息服务器实时服务监控画面Fig.4 Information server service monitoring screen in real time

4 调试改进项

1）KRT信息服务器是KRT信息管理系统的数据处理中心,两台信息服务器互为冗余,其位于电气厂房,距离生产办公楼（BX）距离较远,为方便维修工作人员在BX楼工作站就可以监控到实时数据库状态,迅速对由于服务器故障及网络故障造成的实时数据库停止运行做出响应,KRT信息管理系统基于其实时数据服务开发了信息服务器实时服务监测程序,通过在数据库中组态相应的实时服务状态数据点以及在画面上组态信息服务器实时服务监测点,现场维修人员在BX楼操作员站就可以监测到两台信息服务器的实时服务状态，实时服务监测画面如图4所示。

2）用户需要在KRT 信息管理系统中查询到任意选择时间段内烟囱累计排放量,由烟囱排放速率积分所得。KRT信息管理系统基于其历史数据库在KRT信息管理系统数据报表中增加烟囱累计排放量报表,通过对用户选择任意时间段内的烟囱累计排放速率进行一定计算就可以得到该时间段内的烟囱累计排放量，用户可以在任一操作员站查询烟囱累计排放量报表并打印。

5 总结

方家山核电工程KRT信息管理系统已经通过现场设备安装、光缆熔接、网络调试、全厂授时调试、与DCS接口调试等在现场正式投运，经过用户体验反馈进行软件改进升级，完善了系统软件的功能，更加方便用户使用并进行故障诊断。

[1]刘杰,孙鸣.核电厂辐射监测系统技术发展趋势及产品研发思路[J].中国核电,2009,2(2):133-139.

[2]孙力平,孙鸣.核电厂保护屏障的监护神-核电厂辐射监测系统(RMS)概述[J].中国核电,2008,1(3):252-257.

[3]凌球,郭兰英,等.核电厂辐射测量技术[M].北京:原子能出版社,2001.

[4]广东核电厂系统手册-电厂辐射监测系统(KRT)[Z].深圳:广东核电合营公司生产部资料处,1991:6-13.

[5]朱静,韩非.方家山核电工程辐射监测系统的总体结构优化[J].城市建设理论研究：2014,[13]

[6]KRT信息管理系统技术规格书[Z].北京：中国核电工程有限公司,2012:8-9.

[7]邢文利,田亚勋.DCS 时钟不同步对系统的影响与处理[J].电力安全技术,2008,10(1):63.