用于显示核电站堆芯控制棒位置的棒位指示装置的制作方法

本发明涉及一种核电仪控技术领域，特别涉及一种用于显示核电站堆芯控制棒位置的棒位指示装置。

背景技术：

高温气冷堆是一种用较高富集度铀的包覆颗粒作核燃料、石墨作中子慢化剂、氦气作为冷却剂的先进热堆。高温气冷堆的控制棒位于反射层，由驱动机构拖动，在反射层的石墨孔道中上下运动，并能停止在工作行程内的任意位置上。控制棒可以吸收中子，以调节核反应堆的输出功率，同时作为热停堆和冷停堆的停堆棒。

高温气冷堆堆芯中控制棒的高度反应了芯心内部核反应的剧烈程序，进而直接反应出核反应堆的功率控制和输出。鉴于此，本发明提出了一种用于指示高温气冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所处的位置的棒位指示装置。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种用于显示核电站堆芯控制棒位置的棒位指示装置，通过本装置可以直观的显示出高温气冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置。

本发明提供了一种用于显示核电站堆芯控制棒位置的棒位指示装置，包括一装置主体、以可拆卸方式安装在该装置主体上并顺序排列的多根指示棒，在单根指示棒的指示棒主体上设有沿其长度方向并排设置的多个位置指示灯、位于这多个位置指示灯两端的上下限指示灯。

由上，本发明所述棒位指示装置用于指示高温气冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所处的位置，通过本装置可以直观的显示出高温气冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置，给主控室操作人员提供最直观的状态信息输入，方便操作人员观查反应堆运行状态和作出相应的控制或决策。另外，由于多根指示棒以可拆卸方式安装在所述装置主体上，这样能保证各棒位显示单元相互之间的独立性和维修更换的方便性。

优选的，所述多个位置指示灯、上下限指示灯集成一个独立的显示单元，该显示单元以可拆卸方式安装在所述指示棒主体上。

由上，由于单根指示棒上的显示单元以可拆卸方式嵌装在指示棒主体上，这样有利于提高维修及更换的便利性。

优选的，在所述指示棒主体上于所述显示单元的两端分别设有助拔器。

由上，通过所述助拔器能够降低单根指示棒与装置主体的拆装难度，有利于提高拆装所述指示棒的便利性。

优选的，在位于所述显示单元下端的助拔器上形成有用以粘贴标签或进行文字标注的标识区。

由上，通过所述标识区能够对单根指示棒进行棒位号标注。

优选的，在所述装置主体上设有沿上下方向设置的插槽，在所述单根指示棒的两端形成有插接部，所述单根指示棒通过该插接部与所述插槽相配合插装在所述装置主体上。

由上，所述单根指示棒通过该插接部与所述插槽相配合插装在所述装置主体上，有利于提高拆装所述指示棒的便利性。

优选的，在所述装置主体上安装有信号输入板以及与其连接的插座，在所述单根指示棒上设有插头，所述单根指示棒通过该插头与所述插座相配合与所述信号输入板电连接。

优选的，所述装置主体具有一背面板，所述信号输入板以及其上的插座设置在该背面板的内侧，所述信号输入板上的信号输入端子、电源输入端子以及自检按钮设置在所述背面板的外侧。

优选的，所述单根指示棒还包括一安装板，所述多个位置指示灯、上下限指示灯均安装在该安装板上，在所述指示棒主体上安装有用以根据所述信号输入板所传输的信号来控制安装在所述安装板上的指示灯的亮灭的驱动板，该驱动板与所述插头电连接。

优选的，所述单根指示棒的指示棒主体包括形成“]”形的位于上部的第一平面部、位于下部的第二平面部、连接二者的竖直部；在所述第一平面部上开设有与所述多个位置指示灯、上下限指示灯相对应的贯穿孔，所述安装板设置在所述第一平面部的下方，安装在该安装板上的多个指示灯嵌装在对应的贯穿孔内并显示在所述第一平面部的上表面上；所述驱动板安装在所述竖直部上，所述插头设置在所述第二平面部上。

优选的，在所述驱动板上设有上下限信号处理电路模块、RS485隔离电路模块、MCU数据处理器、显示驱动电路模块。

由上，通过隔离电路模块能够对信号进行隔离处理，保护后端的电路和整个系统案例。

附图说明

图1为棒位指示装置的正视图；

图2为棒位指示装置的后视斜视图；

图3为图2所示棒位指示装置的左视图；

图4为棒位指示装置处于安装状态下的正视斜视图；

图5为棒位指示装置处于安装状态下的后视斜视图；

图6为移除多根指示棒的棒位指示装置的正视斜视图；

图7为图6所示棒位指示装置的右视斜视图；

图8为单根指示棒的显示单元与指示棒主体的分解图；

图9为棒位指示装置的工作原理图；

图10为棒位指示装置的棒位位置指示示意图；

图11为棒位指示装置的工作流程图。

具体实施方式

下面参见图1～图11对本发明所述的棒位指示装置进行详细说明。

如图1～图7所示，本发明所述棒位指示装置是整体呈扁平状的箱体部件，它主要由顶部敞口的装置主体1和以可拆卸方式顺序安装在该装置主体1的开口处以构成该装置主体1的前面板的24根指示棒2构成。具体地：

装置主体1是顶部敞口的扁平状部件，本实施例中，它的前侧(即用以安装指示棒2的一侧)的外形尺寸为宽(图1中左右方向长度)665mm、高(图1中上下方向长度)715mm，装置主体1的深度(图1中左右方向长度)为100mm，装置主体1的后侧(与前述前侧相对置的一侧，即图2中所示一面)的外形尺寸为宽650mm，高700mm。棒位指示装置的装置主体1整体采用钢板来制成。

如图2、图6～7所示，在装置主体1的背面板(即后面板)11的内表面上安装一靠近下部设置的信号输入板3，在该信号输入板3的内表面上设置有沿左右方向依次排列并分别与该信号输入板3电连接的24个插座31。在信号输入板3的外表面上靠近其左下方设置有分别与其电连接的上下限信号输入端子32、RS485信号输入端子33、电源输入端子34，靠近其右下方设置有自检按钮35，这些端子及自检按钮35由内向外贯穿背面板11后而凸出显示在背面板11的外表面上，它们在背面板11外表面上的设置位置在安装时处于安装支架(即下述模拟盘上的转接架7)的空挡处，位置、结构设置上与安装支架(即下述模拟盘上的转接架7)不发生冲突。其中，上下限信号输入端子32、RS485信号输入端子33、电源输入端子34为信号输入板3上的三种信号输入接口；自检按钮35用来检测指示棒2上的多个指示灯(LED灯)是否有损坏的情况。

如图6～7所示，在装置主体1的上下两侧板的内侧分别设置有沿左右方向顺序排列的24个插槽组件12，本实施例中，每个插槽组件12由沿上下方向间隔并对齐设置的一对插槽121构成，单个插槽121的两端开口沿上下方向贯通使所形成的插道沿上下方向延伸设置。在装置主体1的上下两侧板的内侧顶部还分别设置有沿左右方向顺序排列的四十八个第一安装孔13，位于同侧的每两个第一安装孔13对应于一个指示棒2的一端。位于同侧的第一安装孔13紧挨着插槽组件12设置并位于它们的外侧。

本发明中，每根指示棒2被设计成一个独立单元，该独立单元用以显示棒位位置以及上、下限指示等，该独立单元可以在棒位指示装置的前面方便地插拔，便于安装和维护。如图8所示，单根指示棒2主要包括起安装支撑作用的指示棒主体21、以可拆卸方式安装在该指示棒主体21上的显示单元22。其中，指示棒主体21包括纵截面呈“]”形的位于上部的第一平面部211、位于下部的第二平面部212、连接两者位于同侧的端部的竖直部213，前述显示单元22安装在该第一平面部211上，在该第一平面部211上靠近其两端部设置有第二安装孔，在该第二安装孔内配置有螺钉214；在第一平面部211的两端部还设置有位于凹槽与螺钉214之间的助拔器215，该助拔器215近似呈“L”形，该“L”形的竖直部分与第一平面部211平行间隔设置，其水平部分大体垂直于第一平面部211设置并它的底部通过固定螺丝紧固在第一平面部211上的安装孔216上。在位于第一平面部211下端的助拔器215上还设有标识区，该标识区用以粘贴标签或进行文字标注，用来标识嵌装在前述凹槽内的显示单元或该指示棒所代表的棒位号。另外，如图8所示，在竖直部213的两端还分别形成有台阶状并呈缩口状设置的插接部218，该插接部218用以与前述一对插槽121所形成的插道相配合。

在竖直部213的内侧紧贴安装有与下述显示单元22的多个指示灯分别电连接的驱动板5，在第二平面部212上设置一与该驱动板5电连接的插头217，在指示棒2插装在装置主体1上时，插头217插接在对应的插座31上，由此使驱动板5与前述信号输入板3连接。

如图8所示，显示单元22主要包括一长条形的安装板221、安装在该安装板221两端的上限指示灯222和下限指示灯223、以及位于上限指示灯222与下限指示灯223之间并沿安装板221的长度方向依次安装在安装板221上的118个条形的位置指示灯224。其中，安装板221由环氧玻璃布板构成，在前述第一平面部211上于其两端部开设有与上下限指示灯相对应的上下限指示灯贯穿孔，于其中间部分上开设有位于这两个上下限指示灯贯穿孔之间并与前述118个条形的位置指示灯224的整体相对应的位置指示灯贯穿孔，显示单元22设置在第一平面部211的下方，其上的多个指示灯嵌装在对应的贯穿孔内并从对应贯穿孔中露出而显示在第一平面部211的上表面上。在第一平面部211上设有与118个条形的位置指示灯224一一对应并并排设置的刻度，根据实际情况可以选择5、10这样的方式进行刻度标注，丝印的颜色选择黑色。由处于安装状态下的24个指示棒2的第一平面部211的上表面共同构成棒位指示装置的前面板。本实施例中，上限指示灯222和下限指示灯223分别由直径为10mm的黄色圆形LED构成；118个条形的位置指示灯224主要由条型发光二极管构成，本实施例中，由29个HLMP-2820和1个HLMP-2800组成，它们颜色为绿色，HLMP-2820显示位数为4个，HLMP-2800显示位数2个。

本发明中，如图6和图7所示，安装单根指示棒2时，首先使单根指示棒2的插接部218与对应的一对插槽121的插口相对准，然后将指示棒2沿上下方向插入，则插接部218沿着一对插槽121所形成的插道朝下移动直至插接在位于下部的插槽121内；在单根指示棒2的插接部218插入对应插槽121内后，控制板2两端的第二安装孔与第一安装孔13对准，配置在第二安装孔内的螺钉214贯穿第二安装孔后紧固在第一安装孔13内，由上，通过插接部218与一对插槽121相配合来对单根指示棒2进行定位，通过螺钉214与第二安装孔、第一安装孔13相配合来将单根指示棒2紧固在装置主体1上。以此类推，即可将24个指示棒2依次安装在装置主体1上。

如图4～5所示，棒位指示装置在使用过程中需整体安装在模拟盘上，具体地，根据实际的安装使用环境，在模拟盘后面的横梁6上安装一个转接架7，棒位指示装置通常通过紧固件与其背面板11上的螺孔、转接架7上的对应螺孔相配合而将其安装在转接架7上。

上述描述为棒位指示装置的主要结构方面的描述，下面参照图9对棒位指示装置的电路方面及其工作原理进行简单地描述。

本发明中主要将电路分成三个部分，分别为信号输入板3、驱动板5和显示板(即前述显示单元22)。具体地：

1)信号输入板

信号输入板3用来接收经由RS485信号输入端子33所传输的棒地址和棒的位置信号，同时还接收经由上下限信号输入端子32所传输的上、下限指示信号、经由电源输入端子34所传输的电源输入以及提供显示装置的自检按钮35。信号输入板3上还提供24个插座，用来与棒位显示单元之间进行输入/输出连接。信号输入板3设置在显示装置的背面板11上，它不对信号进行处理。其中，上下限信号输入端子32、RS485信号输入端子33、电源输入端子34为信号输入板3上的三种信号输入接口。具体地：

上下限信号输入端子32由呈上下两排排列的24个二芯组合式接线端子构成，另增加两个做为地线信号，其所提供的信号有24路上限指示信号、24路下限指示信号和一个共地线共49根；

RS485信号输入端子33为RS485通讯的输入接口，它由固定式螺丝旋紧型连接器构成，它使用三位端子，分别为信号A、B、PE；

电源输入端子34为5V直流电压的输入端口，亦由固定式螺丝旋紧型连接器构成，它使用三组，每组为四位端子，分别引入电源和检测信号(Vout+，Vout-，+S，-S)；

自检按钮35位于装置主体1的背面板11上，棒位指示装置的自检信号的触发采用外部中断方式，按下自检按钮35并松开后即可实现复位和自检工作，例如，按下按钮后，所有指示灯点亮灭2次，每次执行时间为5秒；另一种采用间隔显示方式，即第1、3、5…23位置光柱亮，其它光柱不亮，持续时间5秒后交换显示位置，第2、4、6…24位置光柱亮，其它光柱不亮，持续时间5秒，然后棒位指示箱自动恢复正常工作状态。

2)驱动板

每个驱动板5上都带有上、下限处理以及RS485信号隔离处理电路，由信号输入板3所传输的RS485信号和上、下限信号需采用光电隔离处理，即输入的RS485信号和上、下限信号首先要经过隔离处理，保护后端的电路和整个系统案例。

驱动板5的工作原理大体为：驱动板5采集信号输入板3所传输的棒位和上、下限数据，这些信号采用光电隔离处理后被，输入到MCU(数据处理器)进行处理分析，MCU对读取的RS485信号进行解析并对主机进行相应，接收的数据经MCU处理后最终将显示命令发送到显示驱动电路，通过显示驱动电路来驱动LED显示阵列发光。

驱动板5还接收外部的自检信号，当按下自检按钮35后，棒位指示装置进入自检状态，自检完成后，棒位指示装置恢复正常工作状态。

3)显示板

显示板即前述结构描述部分中的显示单元22，它主要包括结构描述部分中的安装板221，该安装板221用以安装上限指示灯222和下限指示灯223、118个条形的位置指示灯224，前述多个指示灯通常通过导线与驱动板5电连接，这多个指示灯的工作状态由驱动板5进行控制，显示单元只具有显示发光作用。

4)电源选择

棒位指示装置的工作电源由外部的5VDC电源提供，电路中所有芯片使用5VDC工作电源。

5)RS485通讯

本发明中，指示棒的位置信号由RS485通讯链路提供，采用Modbus-RTU通讯协议。数据传输格式如附表1所示，附表1表格数据为十六进制，每一帧包括从站地址、功能码、寄存器地址、寄存器值(数据)以及CRC校验码共8个字节。

每个字节的传输方式如下：

起始位：1位，低电平；

数据位：8位；

校验位：1位，偶校验；

停止位：1位，高电平。

从站地址定义：每一棒位显示单元设定一个唯一的地址。从站地址的十六进制编码见下附表2所示。

本发明的棒位显示装置在检测数据完整接收后，需对后部主机系统进行应答响应。正常的响应是对接收的数据进行复制。附表3列出正常的请求和响应的示例。

下面参照图10对棒位指示装置的位置指示形式进行简单地描述。

如图10所示，每根指示棒2的棒位指示总光点数为118个，每个光点代表100mm，使用111个连续光点代表控制棒的长度；用连续发光的光点构成的光柱模拟指示控制棒在堆芯活性区内的长度及位置，控制棒插在堆芯活性区内的部分光点亮，提出活性区的部分光点不发光，光柱的显示长度表示插在堆芯活性区内的控制棒长度，光柱的下端指示控制棒的位置。

当采集到棒位的显示数据后，位置指示灯224的显示为自下到上显示，即发光LED单元的底端代表控制棒的底部，与其底部相连的第一个不发光LED代表控制棒底部的位置，也就是位置的读取处。整个控制棒的位置行程为118个光点，控制棒的长度为111个光点，当控制棒的位置大于7个光点(700mm)时，指示棒的光柱会相应的减少，当位置为118个光点时，则整个指示棒的光柱将移出，该指示棒的位置指示灯为不亮的状态。

下面参照图11对棒位指示装置的工作流程进行简单地描述。

步骤1，棒位指示装置上电首先进行初始化，设置内部寄存器的初始状态；

步骤2，调用自检程序，然后进入主程序中；

步骤3，MCU(数据处理器)读取上下限信号；

步骤4，根据步骤3所读取的上下限信号驱动上下限指示灯的亮灭；

步骤5，读取RS485总线数据并对读取的数据进行解析，分析是否完整接到一帧数据，若未完整接到一帧数据，则返回至步骤4，若完整接到一帧数据，则进入步骤6；

步骤6，判断接收的数据是否正确，并向主机返回应答信号；

步骤7，如果数据正确，则驱动棒位指示灯工作；如果数据错误，则棒位指示灯的工作状态不变。

本发明所述棒位指示装置用于指示高温气冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所处的位置，通过本装置可以直观的显示出高温气冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置，给主控室操作人员提供最直观的状态信息输入，方便操作人员观查反应堆运行状态和作出相应的控制或决策。

本发明中，24根指示棒2以可拆卸方式(主要是插拔方式)顺序安装在装置主体1的开口处，这样能保证各棒位显示单元相互之间的独立性和维修更换的方便性。另外，单根指示棒2上的显示单元22亦以可拆卸方式嵌装在指示棒主体21上，这样有利于提高维修及更换的便利性。

电路方面，本发明为保证24根棒位显示单元可以相互插拔替换，采用将地址值固定在装置主体1内的信号输入板3上，24根棒位显示单元上分别带有一个独立的MCU，上电时各个棒位显示单元上的MCU根据所插入棒位指示装置的位置，从信号输入板3上读取自身地址值作为该棒位显示单元的地址，同时根据读取的地址值和对RS485通讯端口所发送来的输入信号进行解析和处理，驱动LED灯发光指示，同时响应自检按钮35动作，使棒位指示装置进入自检状态。由上，能保证各棒位显示单元相互之间的独立性和维修更换的方便性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

例如，在上述实施例中，每个插槽组件12由沿上下方向间隔并对齐设置的一对插槽121构成，单个插槽121的两端开口沿上下方向贯通使所形成的插道沿上下方向延伸设置，然而并非局限于此，每个插槽组件12还可由一个插槽构成，这一个插槽的结构与图6～7所示插槽121类似，只是前者的插道在上下方向上的长度大于后者。

表1数据传输格式

表2从站地址的十六进制编码

表3RS485通讯正常请求和响应的示例