“要在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電”，這是剛剛頒布的“十二五”規(guī)劃的明確要求。這意味著，安全高效地發(fā)展核電，是實現(xiàn)未來清潔能源發(fā)展目標(biāo)的重要途徑之一。隨著我國第三代核電事業(yè)的發(fā)展，國家確定了“積極推進(jìn)核電建設(shè)”的戰(zhàn)略方針，做出了統(tǒng)一技術(shù)路線，引進(jìn)第三代核電技術(shù)，建設(shè)兩個AP1000依托項目，組建“國家核電”，開展大型先進(jìn)壓水堆核電站重大專項研究等一系列加快實現(xiàn)核電自主化發(fā)展的戰(zhàn)略決策。
目前我國主要采用的是第三代核電技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，第三代核電和第二代核電最主要的區(qū)別在于核安全設(shè)備上：第二代核電在發(fā)生事故時要靠外部應(yīng)急電源驅(qū)動安全用水泵對反應(yīng)堆進(jìn)行冷卻，第三代核電在設(shè)計上將安全用水儲存在高位，這樣事故狀態(tài)下不用水泵靠重力就可以進(jìn)行堆心冷卻了，不需要外部電源接入。
本系統(tǒng)是對整個第三代核電系統(tǒng)設(shè)計的首個實驗系統(tǒng)搭建，在實驗環(huán)境搭建和控制中采用虛擬儀器整體系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合LabVIEW強(qiáng)大的軟件整合能力，將上下位機(jī)、數(shù)據(jù)整合、監(jiān)控顯示結(jié)合為一體，以確保整體實驗的環(huán)境要求。
項目現(xiàn)狀：
對于大型實驗現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，不僅需要工程師具有良好的軟件設(shè)計能力，而且在需要工程師有相當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)計經(jīng)驗，同時對工程師的現(xiàn)場調(diào)試能力也提出了很高的要求，尤其是在大型實驗的設(shè)備調(diào)試過程中，任何一個小的問題，都可能會導(dǎo)致現(xiàn)場管道泄露，儀器儀表損壞，更有甚者可能會造成管道爆裂，對人員安全造成危害。在項目實施伊始，系統(tǒng)開發(fā)小組就明確分工，讓有多年項目經(jīng)驗的工程師負(fù)責(zé)機(jī)械、電氣以及軟件設(shè)計；在整體系統(tǒng)搭建、軟件操作性設(shè)計上做出了總體的方向把握和最終可靠性、穩(wěn)定性、使用性的把關(guān)；而在實際操作中面臨多設(shè)備位置設(shè)定、走線設(shè)計、工作地與安全地、軟硬件調(diào)試等辛苦的工作，工程師在工作中發(fā)揮了踏實肯干的精神，連續(xù)一個多月的調(diào)試最終使客戶滿意驗收。
實驗環(huán)境：
大型水力學(xué)實驗裝置的具體作用是為了提高核心技術(shù)的研發(fā)能力，因此需要開展反應(yīng)堆整體水力模擬實驗、堆內(nèi)構(gòu)件流致振動實驗、反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動線冷態(tài)實驗，三大水力學(xué)實驗來驗證反應(yīng)堆工程設(shè)計。而要完成上述三大實驗，需要建立大型水力學(xué)實驗裝置和整體水力學(xué)比例模擬實驗裝置。其中大型水力學(xué)實驗裝置用于開展部件的水力學(xué)特性研究、控制棒驅(qū)動線冷態(tài)實驗研究，是一個分離效應(yīng)的實驗研究裝置，由回路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)組成。
整體設(shè)計：
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圖2 整體電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
如圖2所示，測控系統(tǒng)由主控電腦、基于PXI總線的下位機(jī)和數(shù)據(jù)采集模塊等組成。其中主控計算機(jī)位于控制室，下位機(jī)位于實驗現(xiàn)場，之間通過高速以太網(wǎng)（遠(yuǎn)距離光纖傳輸）進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸。主控計算機(jī)可以實時監(jiān)控下位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并根據(jù)需要發(fā)送相應(yīng)控制指令。下位機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡模塊、熱電偶模塊、模擬輸出卡模塊、工業(yè)I/0卡模塊實現(xiàn)對實驗所需的溫度、電壓、水位、流量信號的采集，以及輸出模擬和數(shù)字控制信號來控制泵、閥門等設(shè)備。
硬件采集：
系統(tǒng)通過PXI控制系統(tǒng)，并聯(lián)式控制采集卡模塊、熱電偶模塊、模擬輸出卡模塊、工業(yè)I/0卡模塊，下位機(jī)控制系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
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圖3 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本測試系統(tǒng)采用基于PXI總線的測試設(shè)備。在主控計算機(jī)的控制之下，下位機(jī)測控系統(tǒng)執(zhí)行電信號的采集，同時收發(fā)I/O信號并輸出模擬控制信號。實現(xiàn)對實驗所需的溫度、電壓、水位、流量信號的采集，并控制泵、閥門等設(shè)備。主控電腦接收并顯示下位測控系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)，監(jiān)控整體實驗狀態(tài)。
電氣設(shè)計：
機(jī)柜內(nèi)部強(qiáng)電與弱點分路布置，信號線統(tǒng)一采用屏蔽雙絞線，每根線直徑3mm，每個系統(tǒng)約有100路信號輸入，統(tǒng)一使用線槽走線。信號線兩端均有線標(biāo)并連接航空插座一端，航空插座按信號類型進(jìn)行分類，便于實驗人員連接、更換和改造。電源控制部分整合在電控柜中并設(shè)計在機(jī)柜中下層。測控現(xiàn)場機(jī)柜等級為IP54，具有一定的防水防塵能力。
可操作性：
軟件操作要求人性化、便捷化。而現(xiàn)場的設(shè)備繁多，連接復(fù)雜。通過對設(shè)計圖的簡化與布局調(diào)整，設(shè)計了類設(shè)計圖式的監(jiān)控界面。使得實驗人員在現(xiàn)場監(jiān)控中，對于各個部分功能的控制、實時監(jiān)控與報警、閥門位置微調(diào)變得更加容易。
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圖5 軟件主界面
軟件算法：
監(jiān)控系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)為溫度、壓力、差壓等基本信號，根據(jù)GBT
2624.1-2006對管線流體流量計算的規(guī)定.
大型水力學(xué)實驗裝置測控系統(tǒng)特點：
運(yùn)行環(huán)境：具有IP54的防塵防水能力，可在高壓環(huán)境下24小時長期運(yùn)行。
傳輸距離：現(xiàn)場和監(jiān)控室最大距離可達(dá)到1公里。
訂制測試畫面：人性化的界面非常形象的觀察信號情況與位置，便于實驗人員調(diào)試；同時配有數(shù)據(jù)的曲線檢測，信號數(shù)據(jù)保存與回放分析等功能。
專業(yè)算法：在設(shè)計之余，對流體理論的數(shù)據(jù)分析也是一個非常大的挑戰(zhàn)。
擴(kuò)展功能：該系統(tǒng)即使在復(fù)雜環(huán)境中，也仍然能夠完成監(jiān)控、多類型控制的設(shè)計、分析、保存、回放等功能，證明柔性測試技術(shù)是非常有競爭力的設(shè)計理念并能夠應(yīng)用于同類型乃至更復(fù)雜的設(shè)計和之中。
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