一种适用于三代核电厂仪控系统的实时数据处理方法

2018-09-13李昆韩文兴翁小惠

科技视界 2018年14期

关键词：小齿轮板卡控系统

李昆　韩文兴　翁小惠

【摘要】本文提出了一种基于大齿轮带动小齿轮的实时数据处理机制，不仅实现了核电厂仪控系统的模块化设计，提高了其系统的搭建速度，而且保证了数据采集、处理和输出对数据的可靠性和响应时间，为核电厂的安全可靠运行奠定了基础。

【关键字】实时数据；模块化

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0190-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.087

A real-time data processing method for the instrument and control system of a nuclear power plant

LI Kun HAN Wen-xing WENG Xiao-hui

（Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory， Nuclear Power Institute China， Chengdu Sichuan 610041， China）

【Abstract】This paper presents a real-time data processing mechanism of the large gear drivers the small gear based on， not only to achieve the modular design of nuclear power plant instrumentation and control system， improve the speed of the build system， but also ensure the reliability and response time of data acquisition， processing and output of data， laid the foundation for the safe and reliable operation of the nuclear power plant.

【Key words】Real-time data； Modularity

0 引言

“华龙一号”的正式落地，标志着我国已经具备自主知识产权的第三代核电技术。中国第三代核电技术大部分系统均要求国产化，其中仪控系统国产化是一个重要的部分。现今，核电厂仪控系统要求采用模块化的数字设计方法，以成熟和验证过的智能功能单元板卡为最小模块，根据功能需求快速搭建仪控系统配置，这样不仅提高了设计的效率，减少成本，同时大大提高了核电厂可维修性。然而核电厂仪控系统的可靠性和安全性要求比较高，对数据采集、处理和输出对数据的可靠性和响应时间有很高的要求，而通常核电站的采集的数据是比较多的，为满足核电厂的要求，本文设计了一种基于大齿轮带动小齿轮的实时数据处理机制，不仅实现了核电厂仪控系统的模块化设计，提高了其系统的搭建速度，而且保证了数据采集、处理和输出对数据的可靠性和响应时间，为核电厂的安全可靠运行奠定了基础。

1 實现原理

本处理方法根据模块化硬件平台“CPU+智能板卡”的结构，设计了一种大齿轮带动小齿轮的实时数据处理机制。将CPU板卡作为“大齿轮”其主要功能是负责访问各智能板卡驱动、任务调度和用户应用程序；智能板卡作为“小齿轮”其主要功能是采集、接收和输出各种数据。这种机制的系统结构图如图1所示。这种机制可有效保证数据采集、处理和输出的实时性和稳定性。

该数据处理机制分为配置管理、智能板卡驱动，任务调度和后台任务四个功能模块。

1.1 配置管理

a）智能板卡配置

在系统结构中，一般会有多块板卡同时工作，为了协调和便于使用，设计板卡配置子模块。板卡配置子模块是板卡驱动工作的关键数据。驱动依据配置才能为各个板卡提供服务。板卡配置管理规定了如何定义一块可供使用的板卡，它包括定义板卡的名称，板卡的地址，用驱动打开板卡以后的板卡内部标识，其它相关的参数等。以此把此部分设计为一个模块，提供各种接口，供外部模块使用。

b）分时工作链路配置

分时工作链是一个由多个时间片组成的数组。它主要用于该链上的每个时间片代表一项工作。当后台任务在收到系统内部发送的“定时到”信号时，就从该链的头部开始，依次执行该链上的每项工作（每个时间片）直到该链的尾部结束。该链上以颜色区分了5个时间片，代表5项工作。分时工作链，具有以下特点：

链上时间片数目可变可配置；

链上每个时间片所占用的工作时间长度可变可配置；

链上所有时间片所占用的工作时间长度之和，必须小于系统内部发送的“定时到”周期。这一点也容易理解，因为如果超过这个长度，当下一次“定时到”指令来时，又会重新执行时间链，而这是不允许的。设计中要求分时工作链必须在一个定时周期内执行完成。如图2所示，以CPU的处理时间为轴，描述了两个分时工作链被CPU 调用的时刻。

在图2中，每个定时周期到来以后，将执行分时工作链，当分时工作链执行完成时，该定时周期内剩余的时间将被用来执行前台任务，由前台任务支配使用。

1.2 智能板卡驱动

每种智能板卡的驱动是可以被多个板卡选用而为其工作的。驱动为了对每块板卡进行良好工作，采取为每个板卡生成一个工作实例的方式进行。一个工作实例首先包括该驱动提供的API 接口功能，其次，还包括与该板卡相关的数据。由这二者，组成一个完整的工作实例。每个工作实例之间，虽然它们使用的是一个驱动的用户接口，但是其数据是隔离开的，以保证板卡相互之间的数据独立性和数据安全。通过驱动提供的“打开”用户接口操作，将打开相应的板卡。

1.3 任务调度

在任务调度中，它获得用户管理配置的板卡配置表，时间链表和用户设定的循环周期，根据这些信息调用“驱动入口模块”的接口函数启动后台驱动及任务。在启动后台驱动及任务后，前台任务进入一个死循环进行工作。在该死循环中一直等待后台任务发送的事件信号；没有收到事件信号时，前台任务则一直等待。在收到后台任务发送过来的事件信号后，就继续运行该任务，执行用户实现的读写等操作。

1.4 后台任务

后台任务主要用于按照用户配置的时间链，对相应的板卡执行读写操作。

2 工程应用实例

2.1 设备设计

图3所示为应用到“华龙一号”核电工程项目的运算机箱，它由1个主控制器、4个CAN通讯卡、4个RS485通讯卡、2个以太网通讯卡，1个数据采集卡、1个模拟量输入卡和1个开关量输出卡组成。其功能是实时收集16路CAN通道、16路RS485通道、2路以太网通道、16路模拟通道和32路开关量通道的数据，并快速将收集的信息进行归纳、处理后发送至其他系统，要求能够实时稳定的采集和处理数据。

该机箱采用模块化硬件平台“CPU+智能板卡”的结构，并配合本文提出的基于大小齿轮的处理机箱，实现实时稳定的处理数据。

2.2 试验验证

运算机箱按照EJ/T 1197-2007核电厂安全系统电气设备质量鉴定中K3及要求进行鉴定。

2.2.1 基准试验

在试验式进行了样机的基准试验，主要试验结果下：

模拟量采集精度：≤0.5%；

CPU容量：≤60%；

网络负荷：≤50%；

相应时间：≤500ms。

2.2.2 鉴定实验

试验样机按照表1要求进行鉴定试验，试验结果均满足试验要求。

3 结论