1 引言

　　研究型核反應堆carr(中國先進研究堆)監控系統采用數字化監控裝置，承擔著控制carr核功率的任務。系統設計的目的主要是采用仿真的方法，分析系統穩定性和系統各部件對系統整體性能的影響，以獲得合適的控制方法和參數，并可以指導和完善反應堆主體系統的進一步設計。

　　本系統自動開堆和功率調節系統(棒控系統)的自動控制采用施耐德公司的premium系列的plc來完成，其它系統的自動控制采用quantum系統的 plc來完成，上位機監控由intellution公司的ifix軟件來實現。

　　2 系統實現的功能

　　carr采用反中子阱的堆型設計，堆本體中的主要設備和堆芯浸沒于堆水池中，輕水冷卻，重水慢化和反射。堆本體中設計有各類實驗孔道，在與必要的設備相匹配后，滿足燃料元件與結構材料的輻照考驗、各種放射性同位素生產、單晶硅輻照生產、中子物理實驗研究、中子活化分析、中子散射實驗、中子照相、在線同位素 分離器研究等科研活動的需求。

　　反應堆監控系統主要實現對以下幾個系統的監視和控制:

　　(1) 反應堆主廠房工況系統;

　　(2) 通風空調系統;

　　(3) 輔助設施廠房等工況監測系統;

　　(4) 電氣監控系統以及與反應堆保護系統;

　　(5) 輻射防護等系統通訊接口;

　　(6) 自動開堆和功率調節系統。

　　3 系統結構

　　本系統的硬件由11臺控制柜、12臺監控機、3臺通訊站、6臺打印機及施耐德公司的plc等設備構成，系統的結構如圖1所示。整個系統的數據交換采用 100mb/s的高速以太網絡。

　　圖1 carr網絡結構圖

　　3.1 管理層

　　管理層位于中央控制主要完成對carr系統的管理和監控，包括數據顯示、異常報警、報表管理、數據打印等任務，是整個系統的中心監控部分。

　　3.2 網絡層

　　網絡層采用高速以太網環網結構，完成管理層與控制層的數據交換。

　　3.3 控制層

　　控制層采施耐德公司生產的plc實現對現場設備的實時數據采集，并接收管理層的控制命令完成對現場設備的操作。

　　3.4 現場層

　　現場層為一些傳感器和執行機構，負責現場數據參數的采集。

　　4 棒控系統

　　棒控系統作為反應堆數字化監控系統的一個子系統，承擔carr控制棒的手動/自動提升、下降和棒位顯示功能，用于反應堆啟動、手動/自動升/降功率和反應 堆功率自動調節，是反應堆重要的儀控系統之一。

　　4.1 控制流程

　　系統接收核測量系統、保護系統、atws緩解系統、監控系統、控制棒驅動機構和監控系統操縱員站的有關信號，通過控制棒驅動機構控制控制棒的提升和下降，從而達到控制反應堆功率的目的。系統控制6根控制棒的運動，包括2根安全棒，4根補償棒。系統投入自動調節和全自動時，其中1根補償棒作為自動調節棒。控 制棒的升降運動可以通過操縱員的手動命令，也可以通過一定的控制程序自動進行。到達目標功率后，投入自動調節，維持反應堆的穩定運行。另外，系統作為反應堆數字化監控系統的一個子系統，通過網絡通訊，接收監控系統操縱員站的控制棒操作命令，并且將控制棒棒位、堆功率、系統狀態及系統故障報警等信號送往反應 堆數字化監控系統操縱員站進行顯示。棒控系統畫面顯示如圖2所示。初始化流程圖如圖3所示。

　　圖2 棒控系統監視畫面

　　圖3 棒控系統初始化流程圖

　　4.2 工作原理

　　棒控系統工作原理如圖4所示，棒控系統主要是通過步進電機來控制棒的提升和下插，從而調節核功率的大小，步進電機的控制是由premium系列的 cay(伺服運動模塊)和cfy(步進電機控制模塊)模塊來共同完成。其中cay模塊主要是接收絕對編碼器采集來的位置信號，cay模塊主要是通過輸出脈沖去驅動步進電機驅動模塊，來調節補償棒的位置移動。驅動器接收的脈沖數決定棒運動的位置，驅動器接收的脈沖的頻率決定棒運動的速度。對電流、速度、位置 的調節都在驅動器里，它可以實現對位置的點到點的控制和同步跟隨控制。

　　圖4 棒控系統工作原理圖

　　由于棒控系統的重要性，我們采用兩套plc通過切換裝置實現補償棒的冗余控制，切換裝置要求切換速度快、簡單、可靠、壽命長。此切換裝置由我們核電開發部自行研制，切換器接收a列和b列plc中cfy21的輸出，根據plc工作狀態信號(即a列或b列plc脈沖信號)決定輸出哪一列信號。四個步進電機的控 制信號的切換共用一個切換器，即一個切換器可以切換四組信號。

　　5 結束語

　　隨著世界能源的不斷匱乏,核電事業正方興未艾。在世界范圍內，由于核能發電的經濟效益高、運行成安全穩定，核能發電顯現出巨大的發展空間。利用自動化技術監控carr工程運行，深入研究核能發電的經濟性、安全性、放射性廢物、防止核擴散等等課題，取得了較好的效果。

　　參考文獻

　　[1] 傅龍舟,核反應堆控制. 北京:原子能出版社,1995

　　[2] 陳濟東,沈明道,黃世強等. 大亞灣核電站系統及運行. 1998

　　[3] 蘇宜森,徐燕生等譯. 先進核電系統設計. 技術.安全及其部署戰略. 1997