核电站堆芯监测管理设备及其监测管理方法与流程

本申请涉及核电站监测领域，特别涉及一种核电站堆芯监测管理设备及其监测管理方法。

背景技术：

目前，国际上使用范围较广的堆芯监测系统一般都使用传统的文件系统作为不同模块/不同进程之间的数据交互通道。

在核电厂常态运行时，对监控的要求除了准确以外，还需要尽可能的“实时”，目前核电站主流的监控软件的反馈速度一般在1分钟左右，远远达不到“实时”的要求。因此有必要提供可实时或近乎实时地监控核电厂堆芯运行情况的核电站堆芯监测管理设备和/或方法。

技术实现要素：

鉴于上述问题，完成了本发明。本发明的目标是提供可实时或近乎实时地监控核电厂堆芯运行情况的核电站堆芯监测管理设备和/或方法。

根据本发明的一个方案，提供了一种核电站堆芯监测管理设备，包括：分析装置，用于分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台；以及交互方式分配装置，用于根据所述分析装置的分析结果，为监测模块之间的数据传输分配相应的数据交互方式。

根据本发明的另一个方案，提供了一种核电站堆芯监测管理方法，包括：分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台；以及根据分析结果，为监测模块之间的数据传输分配相应的数据交互方式。

利用本发明的上述技术方案，由于采用了高效的模块间通信方法，可实时或近乎实时地监控核电厂堆芯运行情况。

附图说明

通过下面结合附图对发明进行的详细描述，将使本发明的上述特征和优点更加明显，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的核电站堆芯监测管理设备的简化框图；

图2是示出根据本发明的实施例的核电站堆芯监测管理方法的流程图；

图3是示出实现本发明技术方案的一个实施例的具体流程图；以及

图4是示出根据本发明的实施例的核电厂堆芯监测系统的示例性结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，以避免使本发明的主题不清楚。

图1是示出本发明的核电站堆芯监测管理设备100的简化框图。该设备100至少包括分析装置120，用于分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台；以及交互方式分配装置130，用于根据分析装置120的分析结果，为监测模块之间的数据传输分配相应的数据交互方式。

设备100还可以包括模块位置确定装置110，用于确定核电站堆芯监测系统的各个监测模块是否处于同一计算设备。模块位置确定装置110是可选的，因为可能存在所有监测模块(即，整个核电站堆芯监测系统)必须处于同一计算设备的情况。在此情况下，无需模块位置确定装置110。

该设备100还可以包括输入/输出(I/O)装置140，用于从外部设备接收信息和向外部设备发送信息。其中，接收信息可以包括位置确定装置110所使用的用于确定检测模块位置的信息和/或分析装置120用于进行分析的与各个检测模块的数据通信和/或所使用工作平台有关的信息，以及本发明中可能用到的其他信息。例如，在初始设计核电站堆芯监测系统时，可将所有检测模块的拓扑网络结构及其数据通信要求和/或所使 用工作平台等信息统一输入到本发明的核电站堆芯监测管理设备100中。然而本发明不限于此，在某些示例中，在核电站堆芯监测系统建立并开始运行之后，可根据需要将具体检测模块的连接关系、针对各个连接的数据通信要求、所使用的工作平台等信息输入本发明的核电站堆芯监测管理设备100中。所发送信息的示例可以包括向各个监测模块发送的用于配置该各个模块的通信方式的配置信息，但不限于此，也可以包括需要发送的其他任何信息。

根据本发明的一些示例，针对处于同一计算设备上的多个监测模块，交互方式分配装置130可以分配管道传输、共享内存、内存映射方法中的一项或多项来管理多个监测模块之间的数据交互。例如，如上所述，可以由模块位置确定装置110来确定核电站堆芯监测系统的各个监测模块是否处于同一计算设备。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间仅需要单向数据传递的通信，交互方式分配装置130可以分配管道传输方式。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间需要多个监测模块共享同一数据的通信，交互方式分配装置130可以分配共享内容方式。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间需要通信的数据量很大且工作在windows平台下的通信，交互方式分配装置130可以分配内容映射方式。在此，内容映射可包括继承、命名文件映射、句柄传递中的一项或多项，也可以包括本领域常用技术人员常用的其他内容映射方式。

根据本发明的一些示例，针对分布在多个计算设备上的多个监测模块，交互方式分配装置130可以分配服务器-客户端模式进行监测模块之间的数据传输管理。该服务器-客户端模式包括将运行多个监测模块的一个计算设备作为服务器；以及将核电站堆芯监测终端作为客户端。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是客户端仅需要来自服务器的单向通信的情况，交互方式分配装置130可以在服务器和客户端之间分配命名管道传输方式。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是客户端与服务器进行双向通信的情况，交互方式分配装置130可以在服务器和客户端之间分配远程数据调用方式。

在一些示例中，对于分析装置120的分析结果是多个客户端与服务器进行双向通信的情况，交互方式分配装置130可以在服务器和客户端之间分配套接字传输方式。

根据本发明的核电站堆芯监测管理设备100还可以包括关系数据库150，用于管理各个监测模块的监测历史数据。交互方式分配装置130可以为各个监测模块分配数据库存取方式，以经由关系数据库150进行彼此间的数据传递。

根据本发明的核电站堆芯监测管理设备100还可以包括存储器160，用于存储核电站堆芯监测管理设备100的各个组件在工作期间所需的数据以及各个组件产生的数据。例如，存储器160可以存储输入/输出(I/O)装置140接收到的信息，也可以存储要向各个监测模块发送的配置信息。该存储器可以是任何易失性或非易失性的存储介质，如RAM、PROM、闪存等，或者当以软件或软件与硬件的结合(例如在现有的计算设备上)实现该核电站堆芯监测管理设备100时，存储器160可以是该现有的计算设备上的存储器或存储空间或其一部分。

需要注意的是，在图1中描述的核电站堆芯监测管理设备100仅是为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明而作的图，其中省略了一些对理解本发明不必要的模块/组件，本发明的保护范围不应受这些附图的具体细节所限制。例如，实际的设备中可以包括更多的模块/组件，如显示器、操作维护接口等等。同样地，图1中的各个模块也可通过更多或更少的模块/组件来实现，例如，图1中的模块位置确定装置110和分析装置120可在一个模块中实现。本发明不对这些进行限制。

此外，本发明中的核电站堆芯监测管理设备(如核电站堆芯监测管理设备100)可在核电厂堆芯监测系统(例如在单个设备上实现核电厂堆芯监测系统的各个监测模块的情况下)上实现，或者可在核电厂堆芯监测系统作为服务器的计算设备上实现，或通过其他本领域技术人员可想到的方式实现。

在本发明的另一实施例中，提供了一种核电站堆芯监测管理方法。该方法包括步骤220，基于确定结果，分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台；以及步骤230，根据分析结果，为监测模块之间的数据传输分配相应的数据交互方式。

根据本发明的一些示例，该方法还包括包括步骤210，确定核电站堆芯监测系统的各个监测模块是否处于同一计算设备。如上所述，该步骤是可选的。

根据本发明的一些示例，针对处于同一计算设备上的多个监测模块，可以分配管道传输、共享内存、内存映射方法中的一项或多项来管理多个监测模块之间的数据交互。

在一些示例中，对于各监测模块之间仅需要单向数据传递的通信，可以分配管道传输方式。

在一些示例中，对于各监测模块之间需要多个监测模块共享同一数据的通信，可以分配共享内容方式。

在一些示例中，对于各监测模块之间需要通信的数据量很大且工作在windows平台下的通信，可以分配内容映射方式。其中，内容映射包括继承、命名文件映射、句柄传递中的一项或多项。

根据本发明的一些示例，针对分布在多个计算设备上的多个监测模块，可以分配服务器-客户端模式进行监测模块之间的数据传输管理。服务器-客户端模式包括：将运行多个监测模块的一个计算设备作为服务器；以及将核电站堆芯监测终端作为客户端。

在一些示例中，可以在服务器和客户端之间分配命名管道传输、远程数据调用和套接字中的一项或多项来管理数据交互。

在一些示例中，对于客户端仅需要来自服务器的单向通信的情况，可以在服务器和客户端之间分配命名管道传输方式。

在一些示例中，对于客户端与服务器进行双向通信的情况，可以在服务器和客户端之间分配远程数据调用方式。

在一些示例中，对于多个客户端与服务器进行双向通信的情况，可以在服务器和客户端之间分配套接字传输方式。

在一些示例中，使用关系数据库管理各个监测模块的监测历史数据， 各个监测模块使用数据库存取方式经由关系数据库150进行彼此间的数据传递。

下面将根据图3中示出的实现本发明技术方案的一个实施例的具体流程图以及图4示出的核电厂堆芯监测系统的示例性结构，对图1示出的设备和图2示出的方法进行更详细地阐述。需要注意的是，对于不同于图4中所示示例性结构的核电厂堆芯监测系统，具体的实现细节上可能存在不同，但都在本发明的范围之内。

如图4中所示，电厂网络410将通过传感器(未示出)感测到的电厂运行传感器数据传递到电厂数据接口模块420。电厂数据接口模块420将接收到的传感器数据分别发送到堆芯物理计算模块430和堆芯模型校正模块440。堆芯物理计算模块430根据接收到的反映电厂堆芯运行状况的传感器数据计算反应堆物理模型，并发送给堆芯模型校正模块440。堆芯模型校正模块440基于从电厂数据接口模块420接收到的传感器数据，对堆芯物理计算模块430发送的反应堆物理模型进行校正，获取反映反应堆运行状况的数据/信息，将该数据/信息存储在历史数据库450中。堆芯物理计算模块430还可根据历史数据库450中存储的数据更准确地计算反应堆物理模型。

需要注意的是，电厂网络410中通过传感器感测到的数据也可以存储在某个存储器中，而不是通过电厂数据接口模块420直接发送到堆芯物理计算模块430和堆芯模型校正模块440。例如，在这种情况下，堆芯物理计算模块430和堆芯模型校正模块440可以在执行完当前计算之后从该存储器获取数据来执行后续计算，而无需主动或被动地从电厂网络410接收数据。该存储器可以位于核电站堆芯监测管理设备(例如图1所示的核电站堆芯监测管理设备)中，也可以位于图4所示的核电厂堆芯监测系统的任何位置。

此外，该系统还可包括多个监控终端460。操作员可使用监控终端460对核电厂堆芯监测系统进行远程监控。在图4示出的示例中，该监控终端连接到堆芯模型校正模块440。然而在其他实施例中，监控终端460也可以连接到图4中示出或未示出的其他模块。例如，监控终端460可以连接到电厂数据接口模块420以获取实时的电厂传感器原始数据，或者监 控终端460可连接到历史数据库450以获取反映反应堆运行状况的历史数据以作进一步的分析。本发明不对此进行限制。

现在转向图3，在图3的步骤310中，由模块位置确定装置110确定核电站堆芯监测系统的各个监测模块是否处于同一计算设备。如上所述，模块位置确定装置110和步骤310都是可选的，因为可能存在所有监测模块(即，整个核电站堆芯监测系统)必须处于同一计算设备的情况。在此情况下，无需确定步骤310

例如，对现在的核电站监控系统而言，最普遍的情况还是监控系统的各个组件被安装在同一台计算设备上，因此最基础也最迫切的需求依旧是系统在本地的数据交互。

一)本地的数据交互：

针对处于同一计算设备上的多个监测模块，可分配配管道传输、共享内存、内存映射方法中的一项或多项来管理这些监测模块之间的数据交互。

此时，处理进行到步骤320，在步骤320中，分析装置120分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台。在步骤330中，交互方式分配装置130针对分析装置120的分析结果来分配数据交互方式。下面将根据各种具体情况对步骤320和330进行详细阐述。

1、对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间仅需要单向数据传递的通信，交互方式分配装置130可以分配管道传输方式：

无论是Windows平台还是Linux平台，都对管道(Pipe)方法有良好的支持，同时Pipe方法在开发，维护的简单性以及稳定性方面都有良好的表现。因为每一个管道实际上都是单向的，因此可以避免数据传递过程中的读写冲突问题。

对本地系统之间的通讯一般使用匿名管道的方法(相对于命名管道(named pipe))，这种管道易于开发和维护但是要求通讯的进程之间存在亲缘关系。以主系统模块和堆芯物理校正模块的数据传输为例，可以将堆芯物理校正模块作为主系统的一个子进程，然后定义在这些进程之间的管道就可以完成数据传递。

2、对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间需要多个监测模 块共享同一数据的通信，交互方式分配装置130可以分配共享内容方式：

这种方案对系统的架构和处理比pipe方法要复杂，但是它允许多个文件共享同一块数据(而不是像pipe方法一样仅允许两端互传)。

如果采用这种方法，所有涉及的监测模块需要采用客户端/服务器(client/server)架构，人为地分配对所共享内容的操作权限。此时，所共享内容所处的模块被设置为服务器，而需要共享存取该内容的模块被设置为客户端。

3、对于分析装置120的分析结果是各监测模块之间需要通信的数据量很大且工作在windows平台下的通信，交互方式分配装置130可以分配内容映射方式：

这是windows平台提供的一种进程间共享数据的方法，它能使进程把一个文件内容当做进程地址区间的一块内存一样来对待，因此进程不必要进行I/O操作。

对堆芯监控系统而言，有三种方法来实现共享内存映射文件：

1、继承，类似pipe方法，子进程可以从父进程继承文件映射对象，因此，在堆芯监控的主系统中建立好需要共享的文件对象，即可令所有的子进程共享数据。

2、命名文件映射，这种方法不需要一个主进程来管理所有的子进程，所有的进程可以是完全独立的，只需要在建立文件对象时指定一个名字，其他的进程就可以通过这个名字来使用这个文件映射对象。以监控终端460和堆芯模型校正模块440为例，堆芯模型校正模块440创建文件映射对象，在系统构建时约定好名字，监控终端460则通过名字来共享这个对象并获取需要显示的数据。

3、句柄的传递，通过其他的进程通信方法传递将文件对象的句柄给另一个进程，另一个进程就可以通过这个句柄来访问这个文件对象。以堆芯物理计算模块430和堆芯模型校正模块440为例，系统部署堆芯模型校正模块440和堆芯物理计算模块430，从堆芯物理计算模块430获 取文件对象的句柄，并将句柄传递给堆芯模型校正模块440，堆芯模型校正模块440即可共享这个文件对象。

二)多台计算设备之间的数据交互

考虑到电厂的监控终端一般不会只有一个，或者每个终端不一定远程登录服务器，可以用一个高性能的工作站作为服务器端运行电厂监控软件的计算密集部分，在客户端部署简单明了的图形界面具有其特定的优点。

针对分布在多个计算设备上的多个监测模块，可分配服务器-客户端模式进行监测模块之间的数据传输管理。在该服务器-客户端模式中，将多个计算设备中具有需要共享的数据的一个计算设备作为服务器，将多个计算设备中除服务器外的计算设备(例如需要共享数据的计算设备)和/或核电站堆芯监测终端作为客户端。基于该服务器-客户端模式，可以在服务器和客户端之间分配命名管道传输、远程数据调用和套接字中的一项或多项来管理数据交互。

此时，处理从步骤310进行到步骤340，在步骤340中，分析装置120分析监测模块的数据通信特征和/或所使用的工作平台。在步骤350中，交互方式分配装置130针对分析装置120的分析结果来分配数据交互方式。下面将根据各种具体情况对步骤340和350进行详细阐述。

1.对于分析装置的分析结果是客户端仅需要来自服务器的单向通信的情况，交互方式分配装置可以在服务器和客户端之间分配命名管道传输方式。

类似于一台计算设备的pipe解决方案，同样是两端单向无需读写同步管理的特性，只是管道连接的时候无需进程间存在亲缘关系来传递管道对象，而是使用管道的名字来引用管道。使用管道进行通信可以大大减少开发时间和维护成本。

可以在服务器建立命名管道，在客户端的监控软件图形界面就可以轻易的从管道中获取所需的信息。以...情况为例

2、对于分析装置的分析结果是客户端与服务器进行双向通信的情况，交互方式分配装置可以在服务器和客户端之间分配远程数据调用方 式。

这是win32API提供的特性，远程数据调用(RPC)使应用系统可以使用远程调用函数，这使得计算设备之间的通信就像在本地调用函数一样。同时RPC服从OSP-DCE标准，因此对远程计算设备的平台没有特定的要求，凡是支持DEC的应用系统都可以被轻松的使用。以服务器采用windows而客户端(例如监控端)采用不同版本的windows为例，在服务器和客户端之间依旧可以进行流畅的通信。

3、对于分析装置的分析结果是多个客户端与服务器进行双向通信的情况，交互方式分配装置可以在服务器和客户端之间分配套接字(Socket)传输方式。

Socket是目前最流行的网络通信协议之一，在服务器端创建一个socket对象并监听端口。在客户端创建与服务器端的连接就可以轻松获得一个双向传递数据的管道。并且服务器端的系统可以和任意多的客户端进行连接。Socket协议在易用性和平台的适应性方面都有极佳的表现。以服务器端和客户端分别采用linux和windows情况为例，在其二者之间可使用socket进行通信。

核电厂的监控历史数据是电厂的宝贵财富，对科研工作者来说，监控数据是理论研究的基石，而对电厂本身来说，监控数据更是电厂运行的重要记录。然而在现有的堆芯监测系统中，使用最普通的文本格式储存核电厂的历史运行数据。传统的监测数据储存为普通的文本格式，数据总量非常庞大。在查询时很难针对特定的条件来轻易的，高效的获取信息。针对该问题，本发明可使用关系型数据库来储存监控数据。

在本发明中，对监控系统运行过程中的原始数据和计算所得的结论性数据进行分类，按照数据的关系选取合适的主键(比如时间等)建表，然后根据关联建立关系数据库，按照常用的查询条件对数据库进行优化。考虑到传感器数据的数量很大，可以将多个写入需求合并为一个事务，减小数据库压力。

由本发明的技术方案可知，本发明可大大提高堆芯监控系统的响应速度，为更加精确细致的电厂控制和电厂事故处理提供了基础。同时是 电厂的运行数据结构化，为反应堆物理分析的科研提供了简单的，可靠的数据获取方法，为电厂的换料设计提供了更加精细的，易于获取和分析的历史记录。

本发明完全摈弃了传统的文件系统，采用了高效的模块间通信方法，并提供了多种通信方法以适应不同类型的监控模块的需求。高效的通讯带来的是步长更小，数量更多的监控历史记录，本发明引入了关系型数据库来管理这些历史数据，提高的数据的安全性和结构化程度，缩短了查询速度。

因此，本发明使得堆芯程序的监控达到了实时的程度，让电厂操纵员能得到最及时的电厂分析数据，为更加灵敏，精细的电厂自动控制提供了可能，同时详实的，结构化的历史数据记录使得在查看电厂历史数据的时候不必只能根据时间查找或者是不得不遍历所有的历史记录，而是可以用历史数据中的任意数据组合作为条件在极短的时间内获取所需要的一切信息。

需要注意的是，本发明的监测方法不对反应堆类型进行限制，适用于任何反应堆监控系统。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。