1 引言

　　研究型核反应堆carr(中国先进研究堆)监控系统采用数字化监控装置，承担着控制carr核功率的任务。系统设计的目的主要是采用仿真的方法，分析系统稳定性和系统各部件对系统整体性能的影响，以获得合适的控制方法和参数，并可以指导和完善反应堆主体系统的进一步设计。

　　本系统自动开堆和功率调节系统(棒控系统)的自动控制采用施耐德公司的premium系列的plc来完成，其它系统的自动控制采用quantum系统的 plc来完成，上位机监控由intellution公司的ifix软件来实现。

　　2 系统实现的功能

　　carr采用反中子阱的堆型设计，堆本体中的主要设备和堆芯浸没于堆水池中，轻水冷却，重水慢化和反射。堆本体中设计有各类实验孔道，在与必要的设备相匹配后，满足燃料元件与结构材料的辐照考验、各种放射性同位素生产、单晶硅辐照生产、中子物理实验研究、中子活化分析、中子散射实验、中子照相、在线同位素 分离器研究等科研活动的需求。

　　反应堆监控系统主要实现对以下几个系统的监视和控制:

　　(1) 反应堆主厂房工况系统;

　　(2) 通风空调系统;

　　(3) 辅助设施厂房等工况监测系统;

　　(4) 电气监控系统以及与反应堆保护系统;

　　(5) 辐射防护等系统通讯接口;

　　(6) 自动开堆和功率调节系统。

　　3 系统结构

　　本系统的硬件由11台控制柜、12台监控机、3台通讯站、6台打印机及施耐德公司的plc等设备构成，系统的结构如图1所示。整个系统的数据交换采用 100mb/s的高速以太网络。

　　图1 carr网络结构图

　　3.1 管理层

　　管理层位于中央控制主要完成对carr系统的管理和监控，包括数据显示、异常报警、报表管理、数据打印等任务，是整个系统的中心监控部分。

　　3.2 网络层

　　网络层采用高速以太网环网结构，完成管理层与控制层的数据交换。

　　3.3 控制层

　　控制层采施耐德公司生产的plc实现对现场设备的实时数据采集，并接收管理层的控制命令完成对现场设备的操作。

　　3.4 现场层

　　现场层为一些传感器和执行机构，负责现场数据参数的采集。

　　4 棒控系统

　　棒控系统作为反应堆数字化监控系统的一个子系统，承担carr控制棒的手动/自动提升、下降和棒位显示功能，用于反应堆启动、手动/自动升/降功率和反应 堆功率自动调节，是反应堆重要的仪控系统之一。

　　4.1 控制流程

　　系统接收核测量系统、保护系统、atws缓解系统、监控系统、控制棒驱动机构和监控系统操纵员站的有关信号，通过控制棒驱动机构控制控制棒的提升和下降，从而达到控制反应堆功率的目的。系统控制6根控制棒的运动，包括2根安全棒，4根补偿棒。系统投入自动调节和全自动时，其中1根补偿棒作为自动调节棒。控 制棒的升降运动可以通过操纵员的手动命令，也可以通过一定的控制程序自动进行。到达目标功率后，投入自动调节，维持反应堆的稳定运行。另外，系统作为反应堆数字化监控系统的一个子系统，通过网络通讯，接收监控系统操纵员站的控制棒操作命令，并且将控制棒棒位、堆功率、系统状态及系统故障报警等信号送往反应 堆数字化监控系统操纵员站进行显示。棒控系统画面显示如图2所示。初始化流程图如图3所示。

　　图2 棒控系统监视画面

　　图3 棒控系统初始化流程图

　　4.2 工作原理

　　棒控系统工作原理如图4所示，棒控系统主要是通过步进电机来控制棒的提升和下插，从而调节核功率的大小，步进电机的控制是由premium系列的 cay(伺服运动模块)和cfy(步进电机控制模块)模块来共同完成。其中cay模块主要是接收绝对编码器采集来的位置信号，cay模块主要是通过输出脉冲去驱动步进电机驱动模块，来调节补偿棒的位置移动。驱动器接收的脉冲数决定棒运动的位置，驱动器接收的脉冲的频率决定棒运动的速度。对电流、速度、位置 的调节都在驱动器里，它可以实现对位置的点到点的控制和同步跟随控制。

　　图4 棒控系统工作原理图

　　由于棒控系统的重要性，我们采用两套plc通过切换装置实现补偿棒的冗余控制，切换装置要求切换速度快、简单、可靠、寿命长。此切换装置由我们核电开发部自行研制，切换器接收a列和b列plc中cfy21的输出，根据plc工作状态信号(即a列或b列plc脉冲信号)决定输出哪一列信号。四个步进电机的控 制信号的切换共用一个切换器，即一个切换器可以切换四组信号。

　　5 结束语

　　随着世界能源的不断匮乏,核电事业正方兴未艾。在世界范围内，由于核能发电的经济效益高、运行成安全稳定，核能发电显现出巨大的发展空间。利用自动化技术监控carr工程运行，深入研究核能发电的经济性、安全性、放射性废物、防止核扩散等等课题，取得了较好的效果。

　　参考文献

　　[1] 傅龙舟,核反应堆控制. 北京:原子能出版社,1995

　　[2] 陈济东,沈明道,黄世强等. 大亚湾核电站系统及运行. 1998

　　[3] 苏宜森,徐燕生等译. 先进核电系统设计. 技术.安全及其部署战略. 1997