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摘要：

本文介紹了監控系統設計，包括各個工藝系統的設計、報警連鎖、控制室等的設計。系統耦合試驗裝置監控系統對整個系統進行監控，并得到發電元件和散熱部件的試驗數據，以及各分系統的運行狀態。監控系統負責對系統耦合試驗裝置各個工藝系統進行數字化監控，是系統耦合試驗裝置的指揮中心。

關鍵詞：

系統耦合試驗裝置；監控；通訊

0引言

系統耦合試驗裝置監控系統是用于操作試驗裝置工藝設備、監測系統運行工況、保護重要設備等的系統。考慮到試驗裝置包含多個工藝系統，而且有些系統如氦氣系統、銫系統、NaK合金充裝及在線凈化系統等都有較復雜的工藝準備操作。因此，主監控系統應具備遠程監控和現場操作兩種功能。另外，提供必要的報警信號和保護動作［1］。監控系統具有以下功能：

1）根據操縱人員指令或系統自動完成各工藝系統和設備的運行操作。

2）自動采集試驗數據和各工藝系統的運行數據，并將數據顯示在顯示器上和存儲在硬盤里。

3）設定報警參數，當報警參數超過限制值時給出報警信號，報警信號將通過顯示器、報警燈和警報器發出，記錄報警參數和報警狀態。

4）監測重要系統和設備的保護參數，當保護參數超過限制值時，給出保護動作信號和報警信號。

5）具有友好的人機操作界面，提供清楚、美觀、有動畫效果的系統流程圖和實時數據顯示，提供數據實時曲線顯示和歷史回顧。

6）各工藝系統和設備的操作可通過計算機界面實施，也可使用控制按鈕完成操作。

7）生成各種日志、報表，利用打印機和光盤刻錄機將運行信息進行記錄和永久保存［2］。

1監控系統構成

系統耦合試驗裝置監控系統的設備包括：2套I/O現場控制站、2臺操縱員站（其中1臺兼工程師站）、1個主控制臺以及通訊網絡和必要的輔助設備等[3]。監控系統設備配置圖。

2主工藝回路監控技術方案

2.1結構和功能

主工藝回路由真空室1、真空室2、NaK回路、電磁泵、膨脹罐以及閥門組成。主工藝回路上的電磁泵為NaK合金在回路中的流動提供動力，膨脹罐用于回路壓力的控制。主工藝回路的運行監測和保護由主監控系統完成。在試驗的不同階段，試驗人員可操作流程，通過主監控系統向相關的各工藝分控制系統發送指令，調度各工藝系統配合主工藝系統完成操作。主監控系統還要采集主工藝回路上的8個測點，其中溫度測點5個，壓力測點1個，液位測點2個。

2.2工藝描述

主工藝回路的工況包括：抽真空、NaK充裝、試驗運行、正常排NaK和事故排NaK。

1）抽真空工況。根據操作規程，對回路進行抽真空，達到試驗所需的真空度要求，并按要求保持回路真空。

2）NaK合金充裝工況。首先要對NaK合金進行在線凈化，達到試驗的純凈度要求后，開始整個回路充NaK合金。當位于回路水平面最上方的膨脹罐達到設定液位值時，工藝回路充滿，充入覆蓋氣體，調節回路壓力，并使電磁泵和電加熱器置低功率運行狀態，維持NaK流動和回路溫度。

3）試驗工況。在試驗工況下，主監控系統通過電磁泵和電磁流量計來調節和監測NaK冷卻劑的流量，通過加熱器調節轉換器入口冷卻劑的溫度。

4）正常排NaK。在試驗結束后，使NaK逐步降溫至合適溫度時，NaK合金靠重力流到儲存罐中，當儲存罐溫度、液位回到充NaK前的水平時，排NaK結束。

5）事故排NaK。當臺架發生事故需要緊急排NaK時，關閉電磁泵和電加熱器，打開氣動閥和電磁閥，液態NaK合金靠重力流到儲存罐中。

3硬件設計

系統耦合試驗裝置監控系統硬件包括以下幾部分：

1）I/O現場控制站。CPU模塊:CPU模塊通過多種通信接口，可與現場控制站的I/O模塊相連構成一個完整的數據采集系統，同時還能通過各種通訊端口實現與上位機及其他系統的互連。電源模塊:PLC機架上的電源冗余配置在機架的兩側，給各I/O模塊供電，采用冗余熱備，均流工作方式，某一個部件發生故障時，系統仍可以保持正常工作。I/O模塊:所有的I/O模件均采用施奈德的產品，負責模擬量、開關量的采集和模擬量開關控制信號的輸出。模塊內采用了光電耦合隔離、光耦隔離或機械隔離等適當的隔離措施。使模塊內外在電氣上分離，以防止異常信號進入模塊。直流電源模塊:機柜內配置了直流電源模塊，用來給現場的開關量及模擬量節點提供巡檢電壓，為開關量與模擬量供電采用獨立的供電電源。機柜內直流電源為雙入（交流220V），輸出（直流24V）的冗余的方式，以提高系統的可靠性。通訊模塊:機柜內設有2個2通道的串行通信模塊（支持Modbus協議）。串行通信模塊將用于監控系統與工藝各分控系統（水冷卻機組、NaK合金灌注和排放系統、真空系統、電性能測量系統）之間的通訊。另外備1個支持多種協議（TCP/IP、UDP、CAN、Modbus）的網絡通信模塊。

2）操縱員站。2臺操縱員站位于主控制室，其中1臺兼作工程師站。它們通過以太網與現場控制站PLC進行數據交換，監控試驗裝置的運行狀態，并對操作員的各種操作請求作出響應，如圖形切換、數據顯示、趨勢顯示、屏幕拷貝、表格日志查詢等。

3）主控制臺。1個主控制臺位于主控制室，為3300mm寬，1280mm高，1100mm深的鋼木結構機柜。其上除了安裝2臺操縱員站外，還設置了2個冗余的緊急排鈉按鈕。在主控制臺上還設有工業電視。此外，操縱臺上還配備有1部電話和1臺打印機。

4）打印機。可打印實時報表、備份報表、屏幕拷貝、報警列表、報警回顧、操作記錄及事故追憶等。

5）工業電視系統。該系統由1個工業電視主機、1個顯示器、1個大屏幕顯示器、4個彩色攝像頭組成。其中，工業電視主機及其顯示器設在主控制臺上。大屏幕顯示器專門用于顯示工業電視的畫面。4個彩色攝像頭布置在現場，用于監視主要設備和試驗現場。攝像頭均為固定式，不需要云臺，但要求在安裝調試時焦距可調。工業電視存儲容量應確保存儲20天以上的影像。

6）大屏幕顯示器。主控制室設有2臺60寸大屏幕顯示器。一臺連接到操作員站上，用于顯示系統操作畫面；一臺連接工業電視，用于顯示現場畫面，并可實現畫面的分屏顯示，或者一個畫面的全屏顯示。

4軟件設計

系統耦合試驗裝置監控系統采用WindowsXPSP3操作系統。上位機組態軟件采用Citect組態軟件。下位機軟件采用UnityProS版本。在Citect組態軟件上可實現數據采集，構建交互式的工藝流程操作界面，實現控制操作、曲線顯示、數據回放、輸出打印報表等功能。

5結論

系統耦合試驗裝置監控系統采用全數字化系統，并根據核電站監控系統的要求設計完成，通過大量的調試工作，成功運行1200h。對發電元件進行了大量實驗，最后順利關閉系統。監控系統在啟動、運行、關閉等過程中實時監測各工藝系統，并將監測數據實時記錄、保存。同時，監控系統能夠實時報警并進行相應報警動作，為后期核設施設計、試驗等提供了寶貴的經驗。

作者：陳莉 單位：中國原子能科學研究院反應堆工程技術研究部

參考文獻：

[1]系統耦合試驗裝置任務書［Z］.2012.

[2]匡俊華，王林斗，王可，等.監控系統設計［J］.電子測量技術,2006,29(1):95-96.

[3]李寧.PLC監控系統設計［D］.內蒙古：內蒙古大學,2008.