一种核反应堆过程仪表模拟试验系统及方法与流程

本发明属于核反应堆仪控，具体涉及一种核反应堆过程仪表模拟试验系统及方法。

背景技术：

1、研究堆仪控系统需要采集与处理较大数量的模拟量输入ai信号、热电阻rtd信号、热电偶tc信号、模拟量输出ao信号、开关量输入di信号、开关量输出do信号、脉冲输入pi信号等多种类型测量与控制信号，经传感器采集、监测、变送处理后，输出以实现显示、记录、控制、执行及报警等功能，是较为全面的自动化控制系统的实际应用。

2、通常研究堆建设周期较长，调试任务都较为繁重，当全厂数据采集和控制系统不具备工作条件的情况下，现有手段无法在现场进行实时通讯，在实际工程现场批量过程仪表独立而分散，传统测试工具能够实现的测试内容与功能较为固定且单一，无法在短时间内完成大批量信号的模拟与测试，调试效率较为低下。

3、研究堆信号监测仪表的日常维护和故障后的维修工作更是必要且紧迫的，且经历过带核长期运行后，众多监测仪表暴露于辐射环境，与沾污核废水有过直接接触，不便于直接拆卸后外送检定，溯源工作较为困难，若无法保证量值传递的准确性，数据采集及监测将失去意义。

4、对于dcs的备用卡件长时间存于库房，由于在役系统的特殊性，需保证备件随时有效，因此也亟需一套安全、可靠的系统来定期检查其功能、性能是否正常。

5、研究堆仪控设备种类繁多且信号传输路径复杂，稍有不慎若有人因操作失误就会造成系统设备损坏或人员安全事故。因此亟需配置一套实训内容全面、安全可靠、方便灵活且性价比高的培训装置。

技术实现思路

1、为了解决放射性仪表校验问题，dcs未投运前配套系统缺乏控制系统或者有效的备用dcs卡件故障诊断问题，本发明提供一种核反应堆过程仪表模拟试验系统及方法，本发明采用模块化设计，构建了一种集成的小型化控制系统，并配以实物仿真装置，能够模拟dcs及工艺系统运行环境，以实现dcs系统模拟，实现对研究堆调试现场大量仪表及其测量通道验证，同时实现放射性沾污仪表的快速校验以及备用dcs卡件的功能和性能验证等功能。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种核反应堆过程仪表模拟试验系统，所述模拟试验系统包括：

4、人机界面，所述人机界面用于根据需求进行组态设计，并实现测量数据、系统工况显示和设备操作控制；

5、控制系统机柜，所述控制系统机柜包括信号采集接收模块、信号处理与控制模块、网络与通讯模块，与所述人机界面联动实现dcs运行环境模拟；

6、以及，实物仿真柜，所述实物仿真柜包括各类测量仪表、执行机构和动力设备，用于根据需要模拟系统运行工况。

7、配套dcs系统未投运时缺乏测控系统，采用传统测试工具无法在短时间内完成研究堆调试现场大量仪表及其测量通道验证，调试验证效率较为低下；研究堆在役信号监测仪表带有放射性物质，不便于直接检定；dcs的备用卡件因在役系统的特殊性，需要保证随时有效，缺乏有效的验证手段。基于此，本发明提出了一种集成的过程仪表模拟试验系统，其基于模块化设计，采用集成的小型化控制系统机柜，配以实物仿真柜，可以实现dcs控制系统模拟及工艺系统运行环境模拟，从而可将其应用于工程现场进行研究堆大量仪表及其测量通道验证，提高了调试验证效率；还可以实现dcs备用卡件的功能和性能验证，同时能够进行放射性污染仪表的快速校验。

8、作为优选实施方式，本发明的控制系统机柜内部所有i/o信号通过内接线集成至机柜侧面的航空插头；

9、所述实物仿真柜内部所有信号均通过转接箱汇总后接入机柜侧面的航空插头；

10、所述控制系统机柜侧面的航空插头与实物仿真柜侧面的航空插头通过多芯预制电缆连接。本发明通过将机柜内的大量信号线进行集成，统一通过航空插头对外进行连接，简化机柜与机柜之间的数据连接，便于安装与拆卸。

11、作为优选实施方式，本发明的控制系统机柜与人机界面通过冗余过程控制网进行信息交互；

12、其中所述冗余过程控制网包括交换机、网线、modbus-rtu和modbus-tcp通讯模块。

13、作为优选实施方式，本发明的控制系统机柜和实物仿真柜底部均设置有万向滚轮，具有可移动和可锁定功能，从而使得所述控制系统机柜和实物仿真柜能够快速移动到工程现场以进行模拟试验。

14、作为优选实施方式，本发明的控制系统机柜外接两路冗余电源，经电源转换装置转换后向所述控制系统机柜内部各模块供电；

15、所述控制系统机柜内部设置保护地、系统地和屏蔽地接地铜排，分类汇总后，经总线地线连接到相应接地点，保证人身安全、控制系统安全以及抑制干扰；

16、所述控制系统机柜内部所有模块均是固态电路，均采用标准化、模块化和插入式结构，能够根据实际需求灵活实现对通道、模块、机柜、子系统的测试和验证。本发明通过模块化设计，其可扩展性强，操作灵活。

17、作为优选实施方式，本发明的控制系统机柜还预留开放的第三方系统和设备通讯接口，实现与第三方系统和设备的数据交互和测试功能。

18、作为优选实施方式，本发明的实物仿真柜包括依附于网格板上的不锈钢储水箱、储水罐、液位计、电磁流量计、智能调节阀、泵、电加热器、热电阻、热电偶、差压变送器、压力变送器、阀门、风机和电控箱，这些设备按序模拟搭建运行工况场景；

19、其中测量与控制设备敞开于网格板之上，并且预留有信号接口。

20、第二方面，本发明提出了基于上述核反应堆过程仪表模拟试验系统的dcs控制系统模拟方法，所述dcs控制系统模拟方法包括：

21、获取配套系统的i/o点数需求、信号采集与变送需求、以及工艺系统设备控制需求；

22、根据需求配置相应的硬件模块；

23、进行硬件组态：为各硬件模块配置参数；

24、进行位号组态：为即将要使用的各类型信号通道位号配置参数；

25、进行功能块组态：新建并编辑功能块，为其添加或设置参数、编辑代码；通过编译后，将其保存至功能块库，后续即可调用该功能块；

26、进行程序组态：新建fbd用户程序，同时添加功能块和数据引用，再设置功能块参数和引用位号，对程序框图进行连线；

27、进行组态内容编译与下载；

28、对组态内容进行联机调试。

29、第三方面，本发明提出了基于上述核反应堆过程仪表模拟试验系统的dcs卡件故障诊断方法，所述dcs卡件故障诊断方法包括：

30、将dcs卡件安装在所述控制系统机柜对应卡槽内；

31、启动所述人机界面和控制系统机柜，模拟dcs运行环境，进行软硬件组态并进行软件程序编译下载；

32、若下载成功，则可通过外部信号源注入对应模拟信号，选取全量程范围的0％、25％、50％、75％、100％五个信号点进行逐步递增测试、以及100％、75％、50％、25％、1％五个信号点逐步递减测试，对卡件的各个通道逐一进行测试后判定卡件是否损坏、精度及响应时间是否满足使用要求；

33、与实物仿真柜联动，进行至少72小时的连续运行测试，以验证dcs卡件长期运行的可靠性。

34、第四方面，本发明退出了基于上述核反应堆过程仪表模拟试验系统的自诊断方法，所述自诊断方法包括：

35、对所述控制系统机柜内各硬件模块的运行信息进行实时在线监测，并进行故障信息记录；

36、根据报警级别，逐级剖析，快速定位设备故障位置，制定维修方案。

37、第五方面，本发明提出了基于上述核反应堆过程仪表模拟试验系统的放射性沾污仪表校验方法，所述放射性沾污仪表校验方法包括：

38、基于类比法，在所述实物仿真柜中搭建了系统运行工况，将放射性沾污仪表安装到所述实物仿真柜中的过程仪表测试台架上，与所述控制系统机柜联动，从而在线监测放射性沾污仪表是否损坏、信号通道是否畅通，能够快速判别放射性沾污仪表功能是否正常；

39、联合信号发生装置进行测量端至显示终端的全链路精度判定。

40、作为优选实施方式，本发明的放射性仪表监测过程具体包括：

41、将反射性沾污仪表安装到仪表工艺管理，通过反冲隔离实现标准表和待测表的放射性隔离，放射性沾污仪表检定前先进行仪表反冲去污；

42、模拟系统运行工况，将标准表和待测表在同一运行工况下的测量数据进行比对；

43、完成放射性沾污仪表校验后，再次对放射性沾污仪表反冲去污，从而保证放射性仪表不会沾污标准表，实现对放射性沾污仪表功能是否正常的现场校验。

44、第六方面，本发明提出了基于上述一种核反应堆过程仪表模拟试验系统的试验实训方法，所述试验实训方法包括：

45、利用所述实物仿真柜中的设备模块与更高精度的标准仪器配合，能够开展传感器的静态特征、动态特征对比，仪表使用与校验实训；

46、或者，进行各类变送器调校学习与使用技能培训；

47、或者，利用系统组态软件对研究堆各个工艺系统的信号采集、监测、变送处理、显示、记录、控制、执行及报警功能进行实训；

48、或者，通过模块组合训练，能够实现单回路开环、闭环控制模拟，复杂串行控制系统的设计与应用实训。

49、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

50、1、本发明提出的模拟试验系统采用模块化设计和可移动式设计，可根据实际需要模拟dcs及工艺系统运行环境，便于移动至工程现场，可应用于研究堆缺乏配套dcs控制系统的大批量过程仪表信号的模拟与测试，提高了调试效率，有效解决了研究堆在调试过程中由于调试周期紧张，配套系统dcs未投运时缺乏测控系统，使用传统测试工具调试效率低下，在短时间内完成大批量信号的模拟与测试的难题；

51、2、本发明提出的模拟试验系统采用模块化设计，可根据实际需要模拟dcx运行环境，对相应的dcs卡件进行在线快速诊断，有效解决了现有没有对dcs备用卡件进行快速可靠诊断的问题；

52、3、本发明提出的模拟试验系统，将控制系统与实物仿真柜联动，基于类比法，并结合相应的仪表反冲工艺，实现了放射性仪表在线校验的同时并保证了安全，解决了沾污仪表无法检定溯源的问题，保证了量值传递的准确性。

53、4、本发明提出的模拟试验系统预留了开放的第三方系统和设备通讯接口，可实现与第三方系统和设备的信息交互以及校验测试等，可扩展性强，。

54、5、本发明提出的模拟试验系统还能够作为高效可靠、拓展性强的研究堆仪控维护人员的实训装置，可有效提升运维人员的工作技能。