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第三代核电测量保护系统设计

1  ACP1000概述

AP1000 是百万千瓦级三代核电技术。三代核电是二代核电技术的改进和发展,采用了“能动、非能动”和双层安全壳技术,是世界市场现有最安全、最先进、经过验证的核电站(保守概率风险评估(PRA);堆芯损毁概率为可忽略不计的2.5x10-7,下图为AP-1000西屋公司的核电模型示意图。ACP-1000是我国核电技术发展的重大专项。在我国自主研发升级的技术途径中,对AP-1000的一些关键核心部件测试成为一项重要工作内容。

ACP1000 系统示意图

考虑到三代核电系统的测试控制系统对于不同检测控制点的多样性信号、多通道精准采集和对于控制系统的精准要求,现场复杂恶劣的环境以及强烈的电磁干扰和对系统的扩展性的潜在需要。ACP-1000测控系统需要不仅具有工业级的可靠性,还拥有丰富的I/O模块连接各种现场信号,为工业与嵌入式控制应用提供所需的高性能与高可靠性以及自定制的灵活性。

本设计不仅具有工业级的可靠性,还拥有丰富的I/O模块连接各种现场信号,为工业与嵌入式测量及控制应用提供高有效性与高可靠性。

2  ACP1000测控系统需求

2.1  测控信号要求

ACP-1000 测控系统模拟输入量信号测试186个,其中温度信号107个,压力信号:5个;压差信号:20个;流量信号:7个;液位信号:8个;电压信号6个;电流信号7个;24V数字输入量信号5个,模拟输出量信号5个,24V数字输出量信号9个。表1、表2 分别为测控系统输出入分类表。测控系统需要20%的通道冗余

表1 ACP-1000 测控信号输入分类表

分类

mV级

电压

伏级电压信号  0-5V

4-20Ma

电流

24V数字输入

物理量

温度

压力

压差

流量

液位

电压

电流变送

状态监测

输入

107

5

20

7

8

67

7

5

通道20%

余量

21

1

4

2

2

2

2

1

小计

128

6

24

9

10

8

9

6

合计

128

57

9

6

表2 ACP-1000测控信号输出分类表

分类

4-20Ma电流

0-5V电压输出

24V数字输出

物理量

电流变送

电压

阀门控制

输入通道

5

5

9

通道20%

余量

1

1

2

合计

6

6

11

2.2  测控现场布局需求

ACP-1000 的试验现场有一个高塔,高塔中放置待测系统DUT,该DUT 布置满对应的传感器以及仪器仪表,高塔大概70m离地高度,测控室在高塔旁边的地面,在系统连线的时候需要考虑如下几点因素:

1:系统的防雷设计考虑;

2:测控系统的放置考虑;

3:传感器的走线考虑;

3 测控系统设计

3.1  系统总体设计

根据现场的环境情况,采用美国UEI公司的PowerDNR完成系统设计。每个机箱系统之间采用千兆网实现互联。系统之间采用以太网交换结构。系统可用于-40度到+85度恶劣环境。多种IO模块可选以及多种软件支持,端子与模块之间具有350Vrms隔离。系统可以采用“星型”网络模式实现分布式系统设计。

下图为系统结构拓扑,有利于系统搭建及实现。

DNR-12-1G系统结构图

DNR-12-1G是一种紧凑型的3U系统,提供12槽机箱。DNR-12-1G内置电源模块、处理器模块及温度传感器,机箱与上位主机间通过千兆以太网互联。

系统采用千兆以太网交换模式,完全的星型架构设计,保证各个节点系统的对等性。

3.2  系统硬件设计

根据测控系统信号通道的需求整理得到如下的硬件模块列表,输入板型可选AI225,AI201, AI202, DIO405. 如表3所示:

表3 ACP-1000测控信号输入配置表

分类

mV

电压

伏级电压信号 0-5V

4-20Ma

电流

24V数字输入

物理量

温度

压力

压差

流量

液位

电压

电流变送

状态监测

输入

107

5

20

7

8

67

7

5

通道20%

余量

21

1

4

2

2

2

2

1

小计

128

6

24

9

10

8

9

6

合计

128

57

9

6

IO型号

AI225

AI201

AI202

DIO405

硬件数量

5

3

1

1

实际数量

125

72

12

12

输出模块可以选择AO308-350,AO308-020, 如表4所示。

表4 ACP-1000测控信号输出配置表

分类

4-20Ma电流

0-5V电压输出

24V数字输出

物理量

电流变送

电压

阀门控制

输入通道

5

5

9

通道20% 余量

1

1

2

,合计

6

6

11

IO型号

AOxxx-020

AOxxx-350

DIOxxx

硬件数量

1

1

1

实际IO数量

8

8

12

实际通道工作模块数为:12,每个机箱插入6 个模块,共需要2 个机箱。系统框图如下图所示。测控系统推荐配置清单如下。

ACP-1000系统设计

表5 ACP-1000 测控系统主要部件清单

类型

型号

数量

机箱(内置控制器)

温度采集模块

电流采集模块

电压采集模块

数字输入模块

电压输出模块

电流输出模块

数字输出模块

3.3  系统软件设计

PowerDNA

系统设计采用软件分为主机软件和目标机软件两部分。

PowerDNA提供应用软件驱动和软件框架,包括UEIDAQ框架库,包括如下部分:

  • 支持RACKtangle 机架

  • 提供所有windows编程语言驱动

  • MATLAB, LabVIEW and DASYLab 驱动

  • ActiveX / OPC 接口

  • 内置硬件模拟器

  • 包含RTX 驱动

  • 包含TenAsys INtime 驱动

所以用户在上位机可以通过LabView,Matlab, 或者DASYLab开发用户应用程序。同时用户也可以通过RTX驱动提供系统的实时性能。

软件结构如下图所示

《完》

文章分类: 电力电子