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摘要：反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)是核電廠DCS系統(tǒng)的重要組成部分，本文闡述了其基本原理，并詳細(xì)介紹了在工廠測(cè)試階段完成其功能測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方案。該方案以LabVIEW為基礎(chǔ)，并結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送，以及測(cè)試結(jié)果的存儲(chǔ)、計(jì)算和分析。通過(guò)在陽(yáng)江核電廠反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)工廠測(cè)試中的應(yīng)用，該方案得出的測(cè)試結(jié)果表明，各工況參數(shù)符合理論及實(shí)際運(yùn)行值，滿足工廠測(cè)試的全部要求，并可為儀控行業(yè)中類似的測(cè)試提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆功率控制；虛擬儀器；DCS；LabVIEW

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)是核電廠DCS控制系統(tǒng)的重要組成部分，在工廠測(cè)試階段，要對(duì)其進(jìn)行全面測(cè)試，以驗(yàn)證其是否滿足核電廠運(yùn)行控制的要求。在測(cè)試中，為了盡可能地模擬反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)及驗(yàn)證某一參數(shù)對(duì)功率控制的影響，需要同時(shí)注入與反應(yīng)堆功率控制相關(guān)的所有信號(hào)。傳統(tǒng)測(cè)試方法既需要大量的人力和物力，同時(shí)也無(wú)法準(zhǔn)確地分析信號(hào)變化的時(shí)序關(guān)系。本方案利用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW為軟件平臺(tái)，通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件板卡，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的模擬和邏輯關(guān)系的傳遞，進(jìn)而達(dá)到了測(cè)試目的。

1反應(yīng)堆功率控制介紹

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)主要包括功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，需要指出的是，溫度調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)仍是功率調(diào)節(jié)，只是溫度調(diào)節(jié)是將溫度作為控制變量，其引起反應(yīng)堆功率變化較小，是功率調(diào)節(jié)的微調(diào)和補(bǔ)充。本文只以功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)為理論基礎(chǔ)，對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)不做介紹。

1.1反應(yīng)堆功率控制原理在“堆跟機(jī)”模式（即G模式）下，反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)要迅速跟蹤二回路的功率變化。同時(shí)，根據(jù)二回路工況和控制模式等信息選擇待跟蹤的功率。在核電廠運(yùn)行期間，功率整定值的變化會(huì)引起棒位整定值的變化，當(dāng)棒位整定值和棒位實(shí)際值不一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生棒位偏差信號(hào)，根據(jù)該偏差信號(hào)的正負(fù)和大小產(chǎn)生棒向和棒速信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)輸出給功率棒組執(zhí)行單元，控制功率棒的提插，以跟蹤負(fù)荷。反應(yīng)堆功率控制原理如圖1所示[1]。由圖可見，反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)的目的就是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆熱功率與電功率相匹配，其本身是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)的跟蹤控制。

2反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)測(cè)試

反應(yīng)堆功率控制是核電廠功率控制的核心環(huán)節(jié)，在工廠測(cè)試階段對(duì)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)的測(cè)試提出了很高的要求（見圖2），包括：（1）反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)的功能邏輯需滿足RGL系統(tǒng)的系統(tǒng)需求；（2）對(duì)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)性能及功能邏輯需進(jìn)行100%覆蓋率的驗(yàn)證；（3）注入系統(tǒng)的信號(hào)要與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相一致。為了達(dá)到以上要求并提高測(cè)試效率，本文設(shè)計(jì)了具有自動(dòng)測(cè)試功能的測(cè)試平臺(tái)。在實(shí)際測(cè)試中，將反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)分為互有重疊的三部分進(jìn)行驗(yàn)證，分別是功率調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)和功率失配報(bào)警。其中功率調(diào)節(jié)最為復(fù)雜，本文即以功率調(diào)節(jié)作為對(duì)象闡述工廠測(cè)試階段測(cè)試方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案2.1.1測(cè)試平臺(tái)整體設(shè)計(jì)根據(jù)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)功能測(cè)試的需要，工廠測(cè)試平臺(tái)要達(dá)到如下基本要求：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)柜要符合GB19520—2007并具有便攜性和可擴(kuò)展性；（2）性能指標(biāo)：I/O通道指標(biāo)要高于DCS系統(tǒng)指標(biāo)，整體技術(shù)指標(biāo)要達(dá)到NC級(jí)設(shè)備的要求；（3）軟件：人機(jī)界面友好并能模擬被控對(duì)象，提供準(zhǔn)確有效的測(cè)試數(shù)據(jù)，可支持人工更改測(cè)試程序。與傳統(tǒng)測(cè)試儀器不同，虛擬儀器由工控機(jī)和功能化硬件模塊組成，不僅設(shè)備操控和測(cè)量結(jié)果借助于計(jì)算機(jī)以虛擬面板實(shí)現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)傳送、分析、處理和存儲(chǔ)均由計(jì)算機(jī)軟件完成，大大提高了測(cè)試的質(zhì)量和效率。以功率控制功能測(cè)試為例：按照功率控制功能測(cè)試大綱的要求，僅滿足100%FP工況的需要就添加了124個(gè)硬接線點(diǎn)，其中多為4～20mA信號(hào)，即使單個(gè)測(cè)試小項(xiàng)也需同時(shí)接入多個(gè)變量來(lái)滿足試驗(yàn)條件，需要多塊儀表配合，但同時(shí)，儀表的穩(wěn)定性和受干擾強(qiáng)度也在一定程度上影響了參數(shù)精度，進(jìn)而影響測(cè)試質(zhì)量。在實(shí)際測(cè)試中，用傳統(tǒng)測(cè)試儀器完成功率控制功能測(cè)試需要420個(gè)工時(shí)/人。如果能將虛擬儀器應(yīng)用在測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)建上，則不僅能滿足上文三個(gè)要求，還能節(jié)省大量的人力物力，這也是我們引入虛擬儀器的原因。根據(jù)以上總體要求，在硬件架構(gòu)方面，本平臺(tái)采用了易擴(kuò)展的PXI總線技術(shù)。基于該技術(shù)構(gòu)成的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)功能全面且易實(shí)現(xiàn)，只需在計(jì)算機(jī)上掛接PXI接口的功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和處理功能；在軟件設(shè)計(jì)方面，采用了面向最終用戶的LabVIEW2011平臺(tái)，采用虛擬儀器技術(shù)，通過(guò)軟件配置，靈活實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)測(cè)試功能。本平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，其中①為硬件設(shè)計(jì)部分，②為軟件設(shè)計(jì)部分。2.1.2硬件設(shè)計(jì)采用了PXI系列數(shù)據(jù)采集卡，其數(shù)字量為5VTTL/CMOS信號(hào)，模擬量信號(hào)最大范圍為±10V，并不能直接接收現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，同時(shí)其對(duì)外驅(qū)動(dòng)能力比較有限，因此需設(shè)計(jì)合理的信號(hào)調(diào)理板作為現(xiàn)場(chǎng)側(cè)與數(shù)據(jù)采集卡的轉(zhuǎn)換接口。此外，為避免工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)各信號(hào)的串?dāng)_，得到高精度的測(cè)量結(jié)果，各通道相互獨(dú)立。為了提高信號(hào)調(diào)理板單板的穩(wěn)定性和通用性，本硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，即將信號(hào)調(diào)理板分為分線板和調(diào)理板兩部分。信號(hào)調(diào)理板結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。2.1.3軟件設(shè)計(jì)采用基于圖形程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的LabVIEW軟件，其基本程序單位是VI（VirtualInstrument虛擬儀器），每個(gè)VI模塊完成指定功能，通過(guò)軟件程序的調(diào)用，既可以完成指定的測(cè)試功能，也可以集成通用的測(cè)試平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)全部功能的測(cè)試。軟件層次結(jié)構(gòu)如圖5所示。按軟件層次結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)反應(yīng)堆功率控制測(cè)試系統(tǒng)軟件；針對(duì)功率控制系統(tǒng)的功能和實(shí)際需求，進(jìn)行針對(duì)性的開發(fā)；按實(shí)際控制原理，設(shè)計(jì)內(nèi)部邏輯；按人機(jī)界面要求，設(shè)計(jì)人機(jī)接口；通過(guò)實(shí)際信號(hào)的注入與變化，驗(yàn)證反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)邏輯的正確性并作記錄。軟件組成如圖6所示。2.1.4數(shù)據(jù)驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)搭建后，為驗(yàn)證平臺(tái)的準(zhǔn)確性和精度，選取了功率控制功能測(cè)試的4個(gè)I/O點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對(duì)。結(jié)果如表1，經(jīng)計(jì)算，該表中觀測(cè)值滿足表2中對(duì)I/O通道指標(biāo)的要求。

2.2功率控制功能測(cè)試實(shí)現(xiàn)在測(cè)試中需要驗(yàn)證二回路各參數(shù)的變化對(duì)反應(yīng)堆功率以及功率棒運(yùn)行方式的影響。根據(jù)驗(yàn)證條件的不同，測(cè)試內(nèi)容分為19個(gè)小項(xiàng)。下文以其中1個(gè)小項(xiàng)—“驗(yàn)證校準(zhǔn)模式下功率棒運(yùn)行方式”為例，具體說(shuō)明功能測(cè)試的過(guò)程。該測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試需求為：通過(guò)改變汽機(jī)工作模式和汽機(jī)功率，來(lái)驗(yàn)證實(shí)際的棒位跟蹤值和棒位速度、方向是否與理論設(shè)計(jì)相同？是否滿足功率控制的需要？“驗(yàn)證校準(zhǔn)模式下功率棒運(yùn)行方式”測(cè)試步驟如下：（1）按照設(shè)計(jì)要求，初始化100%工況參數(shù)。（2）確定功率棒的運(yùn)行模式及棒速分布曲線。本小項(xiàng)測(cè)試在校準(zhǔn)模式下，無(wú)插棒閉鎖信號(hào)，當(dāng)偏差小于1步時(shí)，棒速為0；當(dāng)偏差大于1步時(shí)，棒速為72步/min。其速率曲線如圖7所示。（3）根據(jù)核電廠詳細(xì)技術(shù)參數(shù)，確定電廠滿功率值、棒位整定值以及模式切換按鈕等具體信息，進(jìn)而確定測(cè)試內(nèi)容，編寫測(cè)試用例。本項(xiàng)測(cè)試用例又分四步：一是，驗(yàn)證100%工況下初始參數(shù)正確性；二是，改變汽機(jī)工作模式，由正常模式向校準(zhǔn)模式切換；三是，改變汽機(jī)功率值，根據(jù)圖8所示的棒位值功率值曲線降低功率至911MW。四是，將汽機(jī)功率調(diào)整至792MW。實(shí)際采用的測(cè)試用例如圖9所示。（4）依據(jù)運(yùn)行模式及測(cè)試用例，有針對(duì)性的開發(fā)出軟件測(cè)試程序。通過(guò)調(diào)用棒速控制程序、數(shù)據(jù)處理程序等子程序完成信號(hào)的采集發(fā)送和數(shù)據(jù)的處理記錄等功能。將軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)下裝到已完成硬件配置的測(cè)試平臺(tái)中，通過(guò)硬接線和網(wǎng)線將測(cè)試平臺(tái)與反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)相連接。（5）執(zhí)行測(cè)試，按照相關(guān)操作規(guī)范和測(cè)試用例執(zhí)行測(cè)試。實(shí)際測(cè)試過(guò)程，依據(jù)開發(fā)的人機(jī)界面為測(cè)試主界面，同時(shí)結(jié)合功率控制程序，對(duì)輸出值進(jìn)行驗(yàn)證。在某些測(cè)試項(xiàng)中，還要結(jié)合BUP上的硬線輸出和儀表一并驗(yàn)證功能測(cè)試的正確性。本測(cè)試的實(shí)際執(zhí)行過(guò)程如下：（a）運(yùn)行測(cè)試程序，使汽機(jī)工作在正常模式下（204KG=RESET，100%FP=990MW，013KG&016KG=NORM）；（b）汽機(jī)切換到校準(zhǔn)模式（204KG=SET，100%FP=990MW，013KG=CALIB，016KG=VALID），由于此時(shí)C22信號(hào)生效，會(huì)產(chǎn)生最高棒速信號(hào)72步/min，但由009GD產(chǎn)生的棒位整定值等于迭步計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的棒位實(shí)際值，此時(shí)不能產(chǎn)生棒位自動(dòng)下插信號(hào)；（c）將汽輪機(jī)降功率至911MW，根據(jù)功率-棒位整定值曲線，棒位整定值由615降為535，該值與迭步計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的棒位實(shí)際值比較，生成棒位偏差信號(hào)，在插入信號(hào)沒(méi)有被閉鎖信號(hào)閉鎖的情況下，它將會(huì)被傳輸出去，控制棒開始下插，反應(yīng)堆功率跟隨汽機(jī)功率開始下降；（d）繼續(xù)降功率至792MW，控制棒繼續(xù)以72步/min下插，直至實(shí)際棒位值降為480。其測(cè)試平臺(tái)的人機(jī)界面如圖10所示。通過(guò)記錄實(shí)際操作和測(cè)量值的狀態(tài)，判定測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)需求及測(cè)試用例一致。使用LabVIEW軟件生成的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)便、畫面友好，并且畫面根據(jù)LD/AD圖中的內(nèi)容繪制，在做測(cè)試的過(guò)程中，更容易理解測(cè)試的原理。同時(shí)虛擬儀器的計(jì)算機(jī)化處理提高了測(cè)試的精度，擺脫了對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試儀器、儀表的依賴，完成功率控制功能測(cè)試僅需要112工時(shí)/人，比傳統(tǒng)測(cè)試效率提高了近3倍。

3結(jié)論

反應(yīng)堆功率控制一直是功能測(cè)試的一個(gè)重點(diǎn)，其涉及變量多，邏輯復(fù)雜，要模擬100%FP運(yùn)行的反應(yīng)堆需要加注許多信號(hào)，給測(cè)試帶來(lái)困難。本文在分析了反應(yīng)堆功率控制的基礎(chǔ)上，以LabVIEW為軟件平臺(tái)，以PXI系列數(shù)據(jù)采集卡為硬件基礎(chǔ)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理板，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方式，構(gòu)建了專用測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)對(duì)陽(yáng)江和寧德核電廠反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的測(cè)試，驗(yàn)證了其在工廠測(cè)試中的實(shí)用性和可靠性。該測(cè)試平臺(tái)覆蓋了反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)所要求的全部測(cè)試內(nèi)容，滿足測(cè)試的全部技術(shù)指標(biāo)和要求?？梢詾閮x控行業(yè)中類似的測(cè)試工作提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］廣東核電培訓(xùn)中心.900MW壓水堆核電廠系統(tǒng)與設(shè)備［M］．北京：原子能出版社，2005.

作者：彭帥國(guó) 單位：北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司