一種棒位測量信號輸出系統和方法與流程
2024-04-14 04:04:05
1.本發明涉及壓水堆棒位測量的技術領域，更具體地說，涉及一種棒位測量信號輸出系統和方法。
背景技術：
2.目前壓水堆核電站中堆芯反應性控制的策略通常會設計控制棒組件，通過調節控制棒組件在堆芯內的插入深度來實現堆芯內部反應性的快速變化，進而達到快速調整堆芯功率的目的。上述控制過程就需要對堆芯內部控制棒組件的位置進行準確測量，用以實現對目標控制量的閉環控制。控制棒組件安裝在堆芯內部，處在一個高溫高壓強輻照劑量的不良環境，通常無法直接對其進行測量，因此工程人員常會選擇非接觸式的測量方案得到控制棒組件在堆芯內部的位置。由於控制棒組件的運行是通過控制棒驅動機構夾持控制棒驅動杆使其上下移動來實現的，控制棒驅動杆和控制棒組件彼此是以剛性連接，因此，可以通過對控制棒驅動杆頂端的位置測量來實現控制棒組件位置的測量工作。
3.目前較為常用的技術是將棒位探測器做成一個套管安裝在控制驅動杆的外側，控制棒驅動杆採用磁性材料製成，棒位行程套管採用非磁性材料製成。控制棒驅動杆在行程套管內移動時會使得棒位探測器的線圈內部產生感應電壓，通過採集分析這些感應電壓進一步判斷計算出控制棒在堆芯內部的高度，最終給出控制棒的測量棒位用於後續指導運維人員進行正常的操作。
4.現有技術中棒位測量設備將棒位探測器的感應電壓轉化成葛萊碼信號後，需要將其傳輸到rgl(棒控和棒位系統)棒位處理設備或者傳輸到核電廠dcs(數位化控制系統)控制系統，這就涉及到兩個儀控設備的接口問題。
5.核電廠電氣儀控設備在設計時為了滿足電器隔離的要求，通常會設置隔離裝置，常用的核電可以接受的隔離裝置有隔離放大器，電流互感器、光-電耦合器，繼電器等等，對於開光量信號常選擇繼電器和光耦作為隔離元器件。
6.對於不同的堆型可採用不同的隔離元器件，如某堆型中使用的rgl棒位測量設備在對外輸出葛萊碼的時候選用的是光耦進行隔離。該測量設備輸出電路設計過程中，為了減少端子接線採用了將5個葛萊碼共集電極(共正端)的設計方案，通常dcs側通用的開關量輸入模塊使用中間繼電器進行電氣隔離，且採用共負極的設計方案。那麼dcs在接收rgl棒位測量設備的時候會出現接口不匹配的現象。dcs採集信號的繼電器線圈分別設置在迴路的正端，但rgl的五位葛萊碼共同使用一個電源正極，則會使得只有一個葛萊碼可以正常傳輸，其餘的四個開關量信號採集沒有形成一個迴路，進而無法採集到信號。
7.綜上所述，當前棒位測量設備的葛萊碼輸出方式存在以下缺陷：
8.1)光耦這種元器件自身除了線性不好，溫度穩定性差以外，另外一個顯著的弊端是有極性要求的，供電必須按照其要求的正負極進行接線。這樣就對對方的接口設備有一定的要求，降低了自身接口的普適性。
9.2)該設計方案的另外一個缺陷是五個隔離光耦使用共端設計，這樣也是降低自身
接口普適性的一個主要原因之一。上述接口中如果能夠實現每一個葛萊碼信號使用一個單獨的供電迴路，也不會出現上述接口問題。但是如果每個信號單獨使用一個迴路，會使得端子數量陡增，大量佔用端子資源。不利於優化機櫃內元器件的空間布置。
10.3)棒位葛萊碼信號經過棒位處理設備處理以後再送dcs，由於棒位處理設備是非安全級儀控設備，那麼經過其處理的信號都屬於非安全級儀控信號，送進dcs以後只能參與非安全級功能，不能參與安全級的保護功能，嚴重製約了rgl棒位測量信在電廠縱深防禦的多層次參與電廠保護的能力。
技術實現要素：
11.本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的缺陷，提供一種棒位測量信號輸出系統和方法。
12.本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種棒位測量信號輸出系統，包括：棒位探測器、棒位測量設備以及安全級dcs信號採集系統；
13.所述棒位探測器用於探測控制棒組件位置並輸出棒位信號；
14.所述棒位測量設備與所述棒位探測器連接，用於接收所述棒位信號，並對所述棒位信號進行處理後輸出棒位測量信號；
15.所述安全級dcs信號採集系統與所述棒位測量設備連接，用於接收所述棒位測量信號，並根據所述棒位測量信號執行dcs保護功能。
16.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述棒位測量設備包括：棒控和棒位系統板卡；
17.所述棒控和棒位系統板卡包括：第一發送鏈路、第二發送鏈路、第三發送鏈路、第四發送鏈路以及第五發送鏈路；
18.所述第一發送鏈路第一發送鏈路的第一端連接所述安全級dcs信號採集系統的第一埠的正端，所述第二發送鏈路第二發送鏈路的第一端連接所述安全級dcs信號採集系統的第二埠的正端，所述第三發送鏈路第三發送鏈路的第一端連接所述安全級dcs信號採集系統的第三埠的正端子，所述第四發送鏈路第四發送鏈路的第一端連接所述安全級dcs信號採集系統的第四埠的正端，所述第五發送鏈路第五發送鏈路的第一端連接所述安全級dcs信號採集系統的第五埠的正端；
19.所述第一發送鏈路第一發送鏈路的第二端、所述第二發送鏈路第二發送鏈路的第二端、所述第三發送鏈路第三發送鏈路的第二端、第四發送鏈路的第二端以及所述第五發送鏈路的負端連接所述安全級dcs信號採集系統的第五埠的負端；
20.所述第一埠的正端、所述第二埠的正端、所述第三埠的正端、所述第四埠的正端以及所述第五埠的正端分別連接至所述安全級的dcs的電源端，所述第一埠的負端、所述第二埠的負端、所述第三埠的負端、所述第四埠的負端以及所述第五埠的負端分別連接至所述安全級的dcs的接地端。
21.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述棒位測量設備還包括：端子排；
22.所述端子排包括：第一連接端子、第二連接端子、第三連接端子、第四連接端子、第五連接端子以及第六連接端子；
23.所述第一連接端子的第一端連接所述第一發送鏈路第一發送鏈路的第一端，所述
第一連接端子的第二端連接所述第一埠的正端；所述第二連接端子的第一端連接所述第二發送鏈路第二發送鏈路的第一端，所述第二連接端子的第二端連接所述第二埠的正端；所述第三連接端子的第一端連接所述第三發送鏈路第三發送鏈路的第一端，所述第三連接端子的第二端連接所述第三埠的正端，所述第四連接端子的第一端連接所述第四發送鏈路第四發送鏈路的第一端，所述第四連接端子的第二端連接所述第四埠的正端，所述第五連接端子的第一端連接所述第五發送鏈路第五發送鏈路的第一端，所述第五連接端子的第二端連接所述第五埠的正端；
24.所述第一發送鏈路第一發送鏈路的第二端、所述第二發送鏈路第二發送鏈路的第二端、所述第三發送鏈路第三發送鏈路的第二端、所述第四發送鏈路第四發送鏈路的第二端以及所述第五發送鏈路第五發送鏈路的第二端均連接至所述第六連接端子的第一端，所述第六連接端子的第二端連接所述第五埠的負端。
25.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述第一發送鏈路、所述第二發送鏈路、所述第三發送鏈路、所述第四發送鏈路以及所述第五發送鏈路為並行結構且相互獨立。
26.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述第一發送鏈路、所述第二發送鏈路、所述第三發送鏈路、所述第四發送鏈路以及所述第五發送鏈路均包括：光mos元器件；所述光mos元器件用於執行信號的電氣隔離。
27.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述安全級dcs信號採集系統包括：第一數據採集模塊、第二數據採集模塊、第三數據採集模塊、第四數據採集模塊以及第五數據採集模塊；
28.所述第一數據採集模塊設置在所述第一埠與所述安全級dcs信號採集系統的電源端之間，所述第二數據採集模塊設置在所述第二埠與所述安全級dcs信號採集系統的電源端之間，所述第三數據採集模塊設置在所述第三埠與所述安全級dcs信號採集系統的電源端之間，所述第四數據採集模塊設置在所述第四埠與所述安全級dcs信號採集系統的電源端之間，所述第五數據採集模塊設置在所述第五埠與所述安全級dcs信號採集系統的電源端之間。
29.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，所述第一數據採集模塊包括：第一繼電器；所述第二數據採集模塊包括：第二繼電器；所述第三數據採集模塊包括：第三繼電器；所述第四數據採集模塊包括：第四繼電器；所述第五數據採集模塊包括：第五繼電器；
30.所述第一繼電器的線圈的輸入端連接所述安全級dcs信號採集系統的電源端，所述第一繼電器的線圈的輸出端連接所述第一埠的正端，所述第二繼電器的線圈的輸入端連接所述安全級dcs信號採集系統的電源端，所述第二繼電器的線圈的輸出端連接所述第二埠的正端，所述第三繼電器的輸入端連接所述安全級dcs信號採集系統的電源端，所述第三繼電器的輸出端連接所述第三埠的正端，所述第四繼電器的輸入端連接所述安全級dcs信號採集系統的電源端，所述第四繼電器的輸出端連接所述第四埠的正端，所述第五繼電器的輸入端連接所述安全級dcs信號採集系統的電源端，所述第五繼電器的輸出端連接所述第五埠的正端。
31.在本發明所述的棒位測量信號輸出系統中，還包括：棒位處理設備和非安全級的dcs系統；
32.所述棒位處理設備用於對所述棒位測量信號進行轉換，以輸出至所述非安全級的
dcs系統；
33.所述非與所述棒位處理設備連接，用於對所述棒位處理設備處理的棒位信號進行顯示和控制。
34.本發明還提供一種棒位測量信號輸出方法，包括以下步驟：
35.棒位探測器對控制棒組件位置進行探測並輸出棒位信號；
36.棒位測量設備接收所述棒位信號，並對所述棒位信號進行處理後輸出棒位測量信號；
37.安全級dcs信號採集系統接收所述棒位測量信號，並根據所述棒位測量信號執行dcs保護功能。
38.在本發明所述的棒位測量信號輸出方法中，所述方法還包括：
39.棒位處理設備對所述棒位測量信息進行轉換處理；
40.非安全級的dcs系統接收所述棒位處理設備處理的棒位信號，並對所述棒位信號進行顯示和控制。
41.實施本發明的棒位測量信號輸出系統和方法，具有以下有益效果：包括棒位探測器、棒位測量設備和安全級dcs信號採集系統；棒位探測器用於探測控制棒組件位置並輸出棒位信號；棒位測量設備與棒位探測器連接，用於接收棒位信號，並對棒位信號進行處理後輸出棒位測量信號；安全級dcs信號採集系統與棒位測量設備連接，用於接收棒位測量信號，並根據棒位測量信號執行dcs保護功能。使用本發明的棒位測量設備對外輸出時對電源極性無要求。本發明不僅極大提升棒位測量設備接口的普適性，而且還將核安全級的棒位信號直接送至安全級dcs信號採集系統，可以使得棒控和棒位系統棒位測量信號更加廣泛的參與電廠的保護功能。
附圖說明
42.下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
43.圖1是本發明實施例提供的棒位測量信號輸出系統的結構示意圖；
44.圖2是本發明實施例提供的棒位測量信號輸出系統的接口示意圖；
45.圖3是本發明實施例提供的棒位測量信號輸出方法的流程示意圖。
具體實施方式
46.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
47.本發明提供了一種優化棒位測量葛萊碼輸出的系統，極大提高接口普適性的同時，不引入更多的元器件，不佔用原有機櫃內部的空間，該系統提高了棒位測量設備12的通用性，使得更多適用方可以便捷的使用測量棒位信號。
48.在一個優選實施例中，參考圖1，本發明提供的棒位測量信號輸出系統包括：棒位探測器11、棒位測量設備12以及安全級dcs信號採集系統13。
49.棒位探測器11用於探測控制棒組件位置並輸出棒位信號。本發明實施例中，棒位
探測器11是五位葛萊碼探測器。作為選擇，該棒位探測器11所輸出的棒位信號為表徵束控制棒組件位置特徵的五組感應電壓信號。
50.具體的，該棒位探測器11是由一個初級線圈和31個次級線圈組成的差分變壓器型的棒位探測裝置。初級線圈內是正弦交流電，用以提供一個穩恆的磁場。31個次級線圈等間距地分布在初級線圈外，次級線圈的平面垂直於初級線圈的中軸線方向。當金屬控制棒驅動杆從棒位探測器11的一側進入，逐漸向另外一側移動時，次級線圈內產生感應電壓，由於不同次級線圈的繞線方向不一致，所以不同位置的次級線圈產生的感應電壓的方向也不同。由於31個次級線圈分成了5組，每組內線圈的個數也不相同，最後棒位探測器11會輸出五組感應電壓的信號，隨著控制棒驅動杆在不同的位置，棒位探測器11給出可以表徵一束控制棒組件位置特徵的五個感應電壓信號。
51.棒位測量設備12與棒位探測器11連接，用於接收棒位信號，並對棒位信號進行處理後輸出棒位測量信號。
52.具體的，該棒位測量設備12直接接收棒位探測器11輸出的五組感應電壓信號，並對所接收的五組感應電壓信號分別進行整形、濾波、閾值比較等處理後形成五位葛萊碼信號，並將所輸出的五位葛萊碼信號傳輸給安全級dcs信號採集系統13。
53.安全級dcs信號採集系統13與棒位測量設備12連接，用於接收棒位測量信號，並根據棒位測量信號執行dcs保護功能。通過將安全級棒位葛萊碼信號直接傳輸給電廠安全級dcs信號採集系統13，以使得在安全級dcs信號採集系統13內部可轉換為十進位棒位，再參與保護功能。
54.進一步地，如圖1所示，該棒位測量信號輸出系統還包括：棒位處理設備14和非安全級的dcs系統15。
55.棒位處理設備14用於對棒位測量信號進行轉換，以輸出至非安全級的dcs系統15。具體的，本發明實施例中，棒位處理設備14接收棒位測量設備12輸出的五組葛萊碼信號，並將其轉化為十進位的棒位用於後續的顯示和控制。
56.非安全級的dcs系統15與棒位處理設備14連接，用於對棒位處理設備14處理的棒位信號進行顯示和控制。具體的，本發明實施例中，非安全組的dcs系統接收棒位處理設備14傳輸的五組葛萊碼信號，並基於所接收的五組葛萊碼信號參與非安全級功能。
57.在一個優選實施例中，如圖2所示，該棒位測量設備12包括：棒控和棒位系統板卡121。
58.棒控和棒位系統板卡121包括：第一發送鏈路1201、第二發送鏈路1202、第三發送鏈路1203、第四發送鏈路1204以及第五發送鏈路1205。
59.第一發送鏈路1201的正端連接安全級dcs信號採集系統13的第一埠1301的正端，第二發送鏈路1202的正端連接安全級dcs信號採集系統13的第二埠1302的正端，第三發送鏈路1203的正端連接安全級dcs信號採集系統13的第三埠1303的正端子，第四發送鏈路1204的正端連接安全級dcs信號採集系統13的第四埠1304的正端，第五發送鏈路1205的正端連接安全級dcs信號採集系統13的第五埠1305的正端；第一發送鏈路1201的負端、第二發送鏈路1202的負端、第三發送鏈路1203的負端、第四發送鏈路1204的負端以及第五發送鏈路1205的負端連接安全級dcs信號採集系統13的第五埠1305的負端。
60.第一埠1301的正端、第二埠1302的正端、第三埠1303的正端、第四埠1304
的正端以及第五埠1305的正端分別連接至安全級的dcs的電源端，第一埠1301的負端、第二埠1302的負端、第三埠1303的負端、第四埠1304的負端以及第五埠1305的負端分別連接至安全級的dcs的接地端(如圖2中的地-0v)。
61.進一步地，如圖2所示，該棒位測量設備12還包括：端子排122。
62.端子排122包括：第一連接端子1211、第二連接端子1212、第三連接端子1213、第四連接端子1214、第五連接端子1215以及第六連接端子1216。
63.第一連接端子1211的第一端連接第一發送鏈路1201的正端，第一連接端子1211的第二端連接第一埠1301的正端；第二連接端子1212的第一端連接第二發送鏈路1202的正端，第二連接端子1212的第二端連接第二埠1302的正端；第三連接端子1213的第一端連接第三發送鏈路1203的正端，第三連接端子1213的第二端連接第三埠1303的正端，第四連接端子1214的第一端連接第四發送鏈路1204的正端，第四連接端子1214的第二端連接第四埠1304的正端，第五連接端子1215的第一端連接第五發送鏈路1205的正端，第五連接端子1215的第二端連接第五埠1305的正端。
64.第一發送鏈路1201的負端、第二發送鏈路1202的負端、第三發送鏈路1203的負端、第四發送鏈路1204的負端以及第五發送鏈路1205的負端均連接至第六連接端子1216的第一端，第六連接端子1216的第二端連接第五埠1305的負端。
65.作為選擇，本發明實施例中，第一發送鏈路1201、第二發送鏈路1202、第三發送鏈路1203、第四發送鏈路1204以及第五發送鏈路1205為並行結構且相互獨立。
66.可選的，本發明實施例中，第一發送鏈路1201、第二發送鏈路1202、第三發送鏈路1203、第四發送鏈路1204以及第五發送鏈路1205均包括：光mos元器件。其中，該光mos元器件用於執行信號的電氣隔離。
67.本發明實施例中，該光mos元器件包括：第一場效應電晶體、第二場效應電晶體、第一二極體、第二二極體以及發光二極體。本發明實施例中，通過採用光mos元器件來實現電氣隔離，既保持了原來的隔離效果，同時也可以解決原有光耦的缺陷。即用兩個金-氧化物半導體場效應電晶體、兩個二極體以及一個發光二極體組成的光mos元器件來代替原來的光耦。該光mos元器件中兩個金-氧半導體場效應電晶體採用源極耦合，可以實現雙向開關能力，對電氣迴路的電源沒有極性的要求。因此，本發明通過採集該光mos元器件用於信號隔離輸出，實現了接口傳輸過程中對電源極性沒有要求。
68.如圖2所示，該安全級dcs信號採集系統13包括：第一數據採集模塊1311、第二數據採集模塊1312、第三數據採集模塊1313、第四數據採集模塊1314以及第五數據採集模塊1315。
69.第一數據採集模塊1311設置在第一埠1301與安全級dcs信號採集系統13的電源端(如圖2中的+24vdc)之間，第二數據採集模塊1312設置在第二埠1302與安全級dcs信號採集系統13的電源端之間，第三數據採集模塊1313設置在第三埠1303與安全級dcs信號採集系統13的電源端之間，第四數據採集模塊1314設置在第四埠1304與安全級dcs信號採集系統13的電源端之間，第五數據採集模塊1315設置在第五埠1305與安全級dcs信號採集系統13的電源端之間。
70.可選的，一些實施例中，第一數據採集模塊1311包括：第一繼電器；第二數據採集模塊1312包括：第二繼電器；第三數據採集模塊1313包括：第三繼電器；第四數據採集模塊
1314包括：第四繼電器；第五數據採集模塊1315包括：第五繼電器。
71.第一繼電器的線圈的輸入端連接安全級dcs信號採集系統13的電源端，第一繼電器的線圈的輸出端連接第一埠1301的正端，第二繼電器的線圈的輸入端連接安全級dcs信號採集系統13的電源端，第二繼電器的線圈的輸出端連接第二埠1302的正端，第三繼電器的輸入端連接安全級dcs信號採集系統13的電源端，第三繼電器的輸出端連接第三埠1303的正端，第四繼電器的輸入端連接安全級dcs信號採集系統13的電源端，第四繼電器的輸出端連接第四埠1304的正端，第五繼電器的輸入端連接安全級dcs信號採集系統13的電源端，第五繼電器的輸出端連接第五埠1305的正端。其中，本發明實施例中，第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器、第四繼電器以及第五繼電器採用共用負極設計。
72.具體的，如圖2所示，棒位測量設備12輸出的五組葛萊碼信號(如圖中的a路、b路、c路、d路和e路)，每一組葛萊碼信號均採用光mos元器件進行電氣隔離。如圖2所示，五個接收鏈路相互獨立，五個接收鏈路獨立接入電源正極，從而可以形成五個迴路，進而保證了五組葛萊碼信號的正常傳輸。
73.本發明的棒位測量信號輸出系統，極大提高了棒位信號的使用範圍，使得棒位信號可以更加廣泛的參與核電縱深防禦各層次的安全保護功能，原來的rgl系統(棒控和棒位系統)設計是棒位測量系統探測器送到rgl棒位測量櫃，再送到rgl的棒位處理櫃，最後通過網關送到dcs系統，整個棒位信號為非安全級，限制了棒位信號參與電廠的保護功能。本發明設計的棒位測量系統，可以實現將棒位葛萊碼信號送至棒位處理設備14同時送到安全級dcs信號採集系統13，使得電廠可以獲取安全級的棒位信號，為後面棒位參與保護功能打下基礎。
74.參考圖3，為本發明提供的棒位測量信號輸出方法一個優選實施例的流程示意圖。其中，該棒位測量信號輸出方法可以應用於本發明實施例的棒位測量信號輸出系統中。
75.具體的，如圖3所示，該棒位測量信號輸出方法包括以下步驟：
76.步驟s301、棒位探測器11對控制棒組件位置進行探測並輸出棒位信號。
77.步驟s302、棒位測量設備12接收棒位信號，並對棒位信號進行處理後輸出棒位測量信號。
78.步驟s303、安全級dcs信號採集系統13接收棒位測量信號，並根據棒位測量信號執行dcs保護功能。
79.進一步地，該在本發明的棒位測量信號輸出方法還包括：棒位處理設備14對棒位測量信息進行轉換處理；非安全級的dcs系統15接收棒位處理設備14處理的棒位信號，並對棒位信號進行顯示和控制。
80.本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
81.專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業
技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。
82.結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(ram)、內存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬碟、可移動磁碟、cd-rom、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。
83.以上實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據此實施，並不能限制本發明的保護範圍。凡跟本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，均應屬於本發明權利要求的涵蓋範圍。