AP1000輻射監測計算機系統特點分析

摘 要：本文介紹了AP1000輻射監測計算機系統的功能、結構、硬件及軟件配置。

關鍵詞：輻射監測系統；計算機系統；通信；硬件；軟件

1 概述

輻射監測系統（RMS）是AP1000核電站中保證電站安全運行的重要系統。它實時監測核電站中工藝、氣載、排出流和電廠區域內的放射性水平，為保證電站及人員安全起到重要作用；并為監測放射性物質對環境的影響，保障公眾輻射安全以及 AP1000 工程評估提供輻射數據。

2 AP1000輻射監測計算機系統結構

核電站輻射監測系統通常分為3個層次。第一層次為輻射探測。根據不同的監測對象及環境，選取不同類型的探測器（如氣體探測器、閃爍探測器、半導體探測器等），將核輻射信息轉換為可測量的電信號，從而實現對輻射劑量、劑量率以及流出物體積活度的實時監測。第二層次為數據處理和顯示。從探測器過來的信號送入就地輻射處理器進行處理，生成報警、趨勢等并可在就地液晶面板上顯示。第三層為中央數據采集和管理。以輻射監測中央計算機為核心組成。系統操作人員在權限范圍內可以在輻射監測中央計算機上完成各測量道的測量數據和報警狀態、設備運行狀態及參數等的監視、操作和管理工作。

輻射監測計算機系統（CRP系統）是輻射監測系統的組成部分，是電廠計算機系統與就地輻射監測儀的通信樞紐。它對就地輻射監測儀的所有測量數據進行集中管理和監視，并可向就地輻射監測儀發送控制信號和電廠工藝信息。它通過 RS-485 串行通信網絡將分布于核電站各工藝，排出流監測點和各區域的三十幾臺就地輻射監測儀連接起來，組成一個實時動態的分布式輻射監測網絡。

2.1 系統架構

輻射監測計算機系統（CRPS系統）由CRPS系統硬件和CRPS系統軟件組成。

如圖2 CRPS系統拓撲圖所示，CRPS系統與就地輻射監測儀的通信采用冗余設計，通訊接口為RS-485 MODBUS；同時與DDS應用服務器（Datalink）電廠計算機網絡的雙向通訊也采用冗余設計，通訊接口為以太網MODBUS TCP/IP。

2.2 系統接口

CRP系統與外界的數據交換主要通過網絡進行，每臺CRP與外界的網絡聯系分為兩種類型：RS-485標準串行通信網絡和以太網。CRP系統共組成三個獨立的網絡：就地輻射監測系統網絡、與Datalink之間的局域網、CRP冗余計算機之間的冗余同步網絡。

2.2.1 就地輻射監測系統網絡

采用RS-485標準串行通信網絡，與各就地輻射監測設備聯網，網絡采用雙網結構，兩臺冗余的 CRP計算機分別與每一臺就地輻射處理器（LRP） 聯網。由于與之連接的LRP多達三十多臺，為了滿足系統響應時間的要求，就地監測網絡采用多總線拓撲結構。 每臺 CRP 通過多個 RS-485 通信接口組成通信總線，每條通信總線上同時連接的LRP不多于十臺，以保證響應時間符合設計要求。

2.2.2 與Datalink之間的局域網

與Datalink之間的局域網的連接采用以太網。每臺 CRP 計算機用兩條網線與兩臺冗余的 Datalink 服務器聯網，組成了雙網雙機熱備冗余系統。

2.2.3 CRP間的冗余同步網絡

在兩臺工控機之間用獨立的以太網點對點地連接，以實現雙機之間的通信，完成數據和指令的同步及保證數據庫數據的一致性。兩臺工控機之間通過以太網連接進行雙機熱備冗余控制。輻射監測系統的通信網絡拓撲結構見圖2 CRPS系統拓撲圖。

2.3 系統硬件

所有的CRPS系統硬件都安裝在機柜中，柜內配備有冗余的工控機（CRP）、顯示器、KVM切換裝置、與就地輻射監測儀通信的多串口卡、與Datalink通信的工業級網絡交換機、確保220V正常供電與UPS無擾切換的220V電源切換裝置、確保柜內24V供電正常的24V電源模塊及24V電源冗余模塊、溫度及開門報警裝置、風扇以及開關等。表1為CRPS系統硬件清單，圖3為機柜內部布置。

中央處理器 CPU：雙核，主頻 2.5G；內存：2G；硬盤：兩個硬盤，每個硬盤容量 160G；以太網接口數量：至少 3 個；RS-485 通信口數量：16 個；USB 接口：至少 3 個。

兩臺工控機共用一套鍵盤、鼠標及顯示器。顯示器規格：尺寸19英寸；分辨率不小于1280*1024。

2.4 系統軟件

CRP系統軟件（以下簡稱“CRP1000”）主要基于 Windows XP 的操作系統以及上海自動化儀表股份有限公司的SupMAX800基礎上進行系統組態集成，通過刪除無需的賬戶、關閉不適用的服務、更新完整的系統補丁等措施保證 Windows XP操作系統滿足系統安全要求，并確保 CRP 系統軟件與Datalink、就地輻射監測儀的正常通信，并實現人機接口的設計要求。

CRP系統軟件的系統架構如圖4所示。

2.4.1 數據通信

（1）數據采集

定時采集就地輻射監測儀的測量數據和測量狀態，將采集到的數據用于處理、顯示，并將數據存儲到數據庫中。

（2）數據或指令的發布

在 CRP系統上或在核電站 Ovation系統上可顯示及配置每一臺就地輻射監測儀的主要工作參數， 如高報閾值等。

在 CRP上或在核電站Ovation系統上可對具有操作功能的就地輻射監測儀發布操作命令，如開啟或停止源檢、 開始或停止本底測量等命令。

（3）數據或指令的接收

CRP通過以太網與 Ovation DDS系統的 Datalink利用Modbus協議進行通信，DDS 中的 Datalink 是主機，CRP是從機。

2.4.2 人機接口

（1）采集數據和報警狀態的實時顯示

各就地輻射監測儀可能的數據狀態為：正常、高報、警告、失效、故障、維修和通信失效等。報警狀態用不同顏色的背景顏色表示，例如高值報警時采集數據的背景顏色為紅色。

（2）歷史數據的數值顯示、曲線顯示

保存在歷史數據庫的監測數據可以用數值方式顯示，也可用曲線方式顯示。顯示的數據時間區間可在整個歷史數據范圍內選擇。支持同時將多個通道的歷史數據在同一個曲線畫面上顯示，便于比較不同通道之間的輻射數據。

2.4.3 數據存儲

存入數據庫的歷史值為監測儀的實時測量值，與歷史值同時存儲的還有歷史值的時間標志。

可將CRP1000的歷史數據等用戶需要或值得長久保存的數據通過某種形式保存到其它存儲介質中。數據備份操作應可通過CRP軟件進行，也可通過Windows XP 操作系統的資源管理器或網絡通信軟件進行。在數據備份時，不中斷或影響 CRP 軟件本身的正常運行。

日志記錄的內容包括操作記錄（修改參數等）、 CRPS系統運行狀態發生改變（通信接口的切換）等。

3 AP1000輻射監測計算機系統功能

輻射監測計算機系統（CRP系統）對通過網絡采集到的實時數據進行處理、顯示、存儲和報警，并將采集的數據和其它信息通過以太局域網傳輸到核電站的數據顯示和處理系統（DDS）。除了通過網絡采集和傳輸測量數據以外，CRP系統的另一項功能是轉發 MCR 的指令，可在操作員需要時或自動地從 MCR 向就地輻射監測儀發布控制命令，對就地輻射監測儀的工作參數進行設置、修改或執行相關的控制功能，以保證就地輻射監測儀正常運行。

3.1 系統功能

CRP軟件的主要功能有：從非安全相關LRP獲取輻射信息并將控制信號/電站工藝信息發送給LRP，對取自LRP的輻射信息進行長期存儲，將輻射測量值、設定值及診斷信息等發送到電站應用服務器上。CRP與非安全相關LRP的通信是通過就地的串行網絡。

CRP具備進一步處理和顯示輻射及診斷信息的能力，能夠處理來自LRP的信號并進行取均值計算，如1min均值、10min均值、小時均值和日均值。

CRP可以存儲輻射監測儀表的狀態、活動日志等歷史信息，內部設置有輻射監測儀表參數的數據庫。數據經CRP編譯后通過通信鏈接發送到DDS應用服務器，電廠控制系統PLS可以利用這些數據進行過程控制。從DDS發送到RMS的指令有：

？藎檢查源驅動；？藎取樣泵啟動；？藎取樣泵停止；？藎沖洗啟動；？藎沖洗停止

主蒸汽管道16N監測儀需要反應堆功率數據輸入，用來進行蒸汽發生器一二次側泄露率的計算，反應堆功率由DDS傳送至CRP。

3.2 通信

RMS系統是一個核級的控制和監測系統，其計算機安全級別被列為4級。該系統同任何3級（數據采集/緩沖網絡）、2級（現場局域網）、1級（廣域網）計算機網絡的雙向通信是不被允許的。允許用低級別的網絡單向通信。

CRP計算機是冗余配置的，且能夠同時通過主通道和備用通道與數據庫服務器進行通信。CRP發送到主通道和備用通道的數據是相同的。CRP數據通道支持工業通信標準Ethernet 10/100 BaseT。

RMS數據定期的傳送到數據庫服務器上，或者當數據庫服務器發出請求時發送數據。在C/S型通信模式下，CRP為從設備，數據庫服務器為主設備。CRP對于要求發送數據這一請求的響應時間為2±0.5s或更短。通信必須是可靠的和冗余的。

CRP計算機接口性能高度可靠。在CRP計算機上運行的通信任務是可靠的且被賦予了適合的優先級。

傳送到數據庫服務器的CRP數據包括輻射測量值及品質。此外，CRP還能夠提供診斷信息（報警、錯誤、設備狀態等）。

數據結構包含的屬性有值、品質、時間標記、數據包ID和報警。數據類型的分類有：模擬（直接測量值、計算值、報警設定值）和數字（狀態位）。數據可以是16位帶符號或不帶符號的整數，32位帶符號或不帶符號的整數，32位浮點數。應用服務器為每個數據點分配一個唯一的ID并且在應用服務器數據庫里為其分配一個存儲位。ID是靜態的，預先設定的。

4 結論

AP1000輻射監測系統通過數字化網絡，有效全面的采集全廠各類輻射相關的測量參數，并將采集到的輻射監測參數送入操縱員站的工藝系統流程畫面，使運行人員在主控室就能有效直觀的監測工藝系統運行的輻射狀態及儀表工作狀態，可及時發現故障儀表。通過數字化網絡，能夠快速準確的與電廠儀控系統進行電廠各類監測參數共享，為運行人員判斷電廠工藝系統的運行狀態提供詳細的輔助信息。

參考文獻

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