用於顯示核電站堆芯控制棒位置的棒位指示裝置的製作方法

2023-12-11 01:34:42 4

本實用新型涉及一種核電儀控技術領域，特別涉及一種用於顯示核電站堆芯控制棒位置的棒位指示裝置。

背景技術：

高溫氣冷堆是一種用較高富集度鈾的包覆顆粒作核燃料、石墨作中子慢化劑、氦氣作為冷卻劑的先進熱堆。高溫氣冷堆的控制棒位於反射層，由驅動機構拖動，在反射層的石墨孔道中上下運動，並能停止在工作行程內的任意位置上。控制棒可以吸收中子，以調節核反應堆的輸出功率，同時作為熱停堆和冷停堆的停堆棒。

高溫氣冷堆堆芯中控制棒的高度反應了芯心內部核反應的劇烈程序，進而直接反應出核反應堆的功率控制和輸出。鑑於此，本實用新型提出了一種用於指示高溫氣冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所處的位置的棒位指示裝置。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於提供一種用於顯示核電站堆芯控制棒位置的棒位指示裝置，通過本裝置可以直觀的顯示出高溫氣冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置。

本實用新型提供了一種用於顯示核電站堆芯控制棒位置的棒位指示裝置，包括一裝置主體、以可拆卸方式安裝在該裝置主體上並順序排列的多根指示棒，在單根指示棒的指示棒主體上設有沿其長度方向並排設置的多個位置指示燈、位於這多個位置指示燈兩端的上下限指示燈。

由上，本實用新型所述棒位指示裝置用於指示高溫氣冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所處的位置，通過本裝置可以直觀的顯示出高溫氣冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置，給主控室操作人員提供最直觀的狀態信息輸入，方便操作人員觀查反應堆運行狀態和作出相應的控制或決策。另外，由於多根指示棒以可拆卸方式安裝在所述裝置主體上，這樣能保證各棒位顯示單元相互之間的獨立性和維修更換的方便性。

優選的，所述多個位置指示燈、上下限指示燈集成一個獨立的顯示單元，該顯示單元以可拆卸方式安裝在所述指示棒主體上。

由上，由於單根指示棒上的顯示單元以可拆卸方式嵌裝在指示棒主體上，這樣有利於提高維修及更換的便利性。

優選的，在所述指示棒主體上於所述顯示單元的兩端分別設有助拔器。

由上，通過所述助拔器能夠降低單根指示棒與裝置主體的拆裝難度，有利於提高拆裝所述指示棒的便利性。

優選的，在位於所述顯示單元下端的助拔器上形成有用以粘貼標籤或進行文字標註的標識區。

由上，通過所述標識區能夠對單根指示棒進行棒位號標註。

優選的，在所述裝置主體上設有沿上下方向設置的插槽，在所述單根指示棒的兩端形成有插接部，所述單根指示棒通過該插接部與所述插槽相配合插裝在所述裝置主體上。

由上，所述單根指示棒通過該插接部與所述插槽相配合插裝在所述裝置主體上，有利於提高拆裝所述指示棒的便利性。

優選的，在所述裝置主體上安裝有信號輸入板以及與其連接的插座，在所述單根指示棒上設有插頭，所述單根指示棒通過該插頭與所述插座相配合與所述信號輸入板電連接。

優選的，所述裝置主體具有一背面板，所述信號輸入板以及其上的插座設置在該背面板的內側，所述信號輸入板上的信號輸入端子、電源輸入端子以及自檢按鈕設置在所述背面板的外側。

優選的，所述單根指示棒還包括一安裝板，所述多個位置指示燈、上下限指示燈均安裝在該安裝板上，在所述指示棒主體上安裝有用以根據所述信號輸入板所傳輸的信號來控制安裝在所述安裝板上的指示燈的亮滅的驅動板，該驅動板與所述插頭電連接。

優選的，所述單根指示棒的指示棒主體包括形成「]」形的位於上部的第一平面部、位於下部的第二平面部、連接二者的豎直部；在所述第一平面部上開設有與所述多個位置指示燈、上下限指示燈相對應的貫穿孔，所述安裝板設置在所述第一平面部的下方，安裝在該安裝板上的多個指示燈嵌裝在對應的貫穿孔內並顯示在所述第一平面部的上表面上；所述驅動板安裝在所述豎直部上，所述插頭設置在所述第二平面部上。

優選的，在所述驅動板上設有上下限信號處理電路模塊、RS485隔離電路模塊、MCU數據處理器、顯示驅動電路模塊。

由上，通過隔離電路模塊能夠對信號進行隔離處理，保護後端的電路和整個系統案例。

附圖說明

圖1為棒位指示裝置的正視圖；

圖2為棒位指示裝置的後視斜視圖；

圖3為圖2所示棒位指示裝置的左視圖；

圖4為棒位指示裝置處於安裝狀態下的正視斜視圖；

圖5為棒位指示裝置處於安裝狀態下的後視斜視圖；

圖6為移除多根指示棒的棒位指示裝置的正視斜視圖；

圖7為圖6所示棒位指示裝置的右視斜視圖；

圖8為單根指示棒的顯示單元與指示棒主體的分解圖；

圖9為棒位指示裝置的工作原理圖；

圖10為棒位指示裝置的棒位位置指示示意圖；

圖11為棒位指示裝置的工作流程圖。

具體實施方式

下面參見圖1～圖11對本實用新型所述的棒位指示裝置進行詳細說明。

如圖1～圖7所示，本實用新型所述棒位指示裝置是整體呈扁平狀的箱體部件，它主要由頂部敞口的裝置主體1和以可拆卸方式順序安裝在該裝置主體1的開口處以構成該裝置主體1的前面板的24根指示棒2構成。具體地：

裝置主體1是頂部敞口的扁平狀部件，本實施例中，它的前側(即用以安裝指示棒2的一側)的外形尺寸為寬(圖1中左右方向長度)665mm、高(圖1中上下方向長度)715mm，裝置主體1的深度(圖1中左右方向長度)為100mm，裝置主體1的後側(與前述前側相對置的一側，即圖2中所示一面)的外形尺寸為寬650mm，高700mm。棒位指示裝置的裝置主體1整體採用鋼板來製成。

如圖2、圖6～7所示，在裝置主體1的背面板(即後面板)11的內表面上安裝一靠近下部設置的信號輸入板3，在該信號輸入板3的內表面上設置有沿左右方向依次排列並分別與該信號輸入板3電連接的24個插座31。在信號輸入板3的外表面上靠近其左下方設置有分別與其電連接的上下限信號輸入端子32、RS485信號輸入端子33、電源輸入端子34，靠近其右下方設置有自檢按鈕35，這些端子及自檢按鈕35由內向外貫穿背面板11後而凸出顯示在背面板11的外表面上，它們在背面板11外表面上的設置位置在安裝時處於安裝支架(即下述模擬盤上的轉接架7)的空擋處，位置、結構設置上與安裝支架(即下述模擬盤上的轉接架7)不發生衝突。其中，上下限信號輸入端子32、RS485信號輸入端子33、電源輸入端子34為信號輸入板3上的三種信號輸入接口；自檢按鈕35用來檢測指示棒2上的多個指示燈(LED燈)是否有損壞的情況。

如圖6～7所示，在裝置主體1的上下兩側板的內側分別設置有沿左右方向順序排列的24個插槽組件12，本實施例中，每個插槽組件12由沿上下方向間隔並對齊設置的一對插槽121構成，單個插槽121的兩端開口沿上下方向貫通使所形成的插道沿上下方向延伸設置。在裝置主體1的上下兩側板的內側頂部還分別設置有沿左右方向順序排列的四十八個第一安裝孔13，位於同側的每兩個第一安裝孔13對應於一個指示棒2的一端。位於同側的第一安裝孔13緊挨著插槽組件12設置並位於它們的外側。

本實用新型中，每根指示棒2被設計成一個獨立單元，該獨立單元用以顯示棒位位置以及上、下限指示等，該獨立單元可以在棒位指示裝置的前面方便地插拔，便於安裝和維護。如圖8所示，單根指示棒2主要包括起安裝支撐作用的指示棒主體21、以可拆卸方式安裝在該指示棒主體21上的顯示單元22。其中，指示棒主體21包括縱截面呈「]」形的位於上部的第一平面部211、位於下部的第二平面部212、連接兩者位於同側的端部的豎直部213，前述顯示單元22安裝在該第一平面部211上，在該第一平面部211上靠近其兩端部設置有第二安裝孔，在該第二安裝孔內配置有螺釘214；在第一平面部211的兩端部還設置有位於凹槽與螺釘214之間的助拔器215，該助拔器215近似呈「L」形，該「L」形的豎直部分與第一平面部211平行間隔設置，其水平部分大體垂直於第一平面部211設置並它的底部通過固定螺絲緊固在第一平面部211上的安裝孔216上。在位於第一平面部211下端的助拔器215上還設有標識區，該標識區用以粘貼標籤或進行文字標註，用來標識嵌裝在前述凹槽內的顯示單元或該指示棒所代表的棒位號。另外，如圖8所示，在豎直部213的兩端還分別形成有臺階狀並呈縮口狀設置的插接部218，該插接部218用以與前述一對插槽121所形成的插道相配合。

在豎直部213的內側緊貼安裝有與下述顯示單元22的多個指示燈分別電連接的驅動板5，在第二平面部212上設置一與該驅動板5電連接的插頭217，在指示棒2插裝在裝置主體1上時，插頭217插接在對應的插座31上，由此使驅動板5與前述信號輸入板3連接。

如圖8所示，顯示單元22主要包括一長條形的安裝板221、安裝在該安裝板221兩端的上限指示燈222和下限指示燈223、以及位於上限指示燈222與下限指示燈223之間並沿安裝板221的長度方向依次安裝在安裝板221上的118個條形的位置指示燈224。其中，安裝板221由環氧玻璃布板構成，在前述第一平面部211上於其兩端部開設有與上下限指示燈相對應的上下限指示燈貫穿孔，於其中間部分上開設有位於這兩個上下限指示燈貫穿孔之間並與前述118個條形的位置指示燈224的整體相對應的位置指示燈貫穿孔，顯示單元22設置在第一平面部211的下方，其上的多個指示燈嵌裝在對應的貫穿孔內並從對應貫穿孔中露出而顯示在第一平面部211的上表面上。在第一平面部211上設有與118個條形的位置指示燈224一一對應並並排設置的刻度，根據實際情況可以選擇5、10這樣的方式進行刻度標註，絲印的顏色選擇黑色。由處於安裝狀態下的24個指示棒2的第一平面部211的上表面共同構成棒位指示裝置的前面板。本實施例中，上限指示燈222和下限指示燈223分別由直徑為10mm的黃色圓形LED構成；118個條形的位置指示燈224主要由條型發光二極體構成，本實施例中，由29個HLMP-2820和1個HLMP-2800組成，它們顏色為綠色，HLMP-2820顯示位數為4個，HLMP-2800顯示位數2個。

本實用新型中，如圖6和圖7所示，安裝單根指示棒2時，首先使單根指示棒2的插接部218與對應的一對插槽121的插口相對準，然後將指示棒2沿上下方向插入，則插接部218沿著一對插槽121所形成的插道朝下移動直至插接在位於下部的插槽121內；在單根指示棒2的插接部218插入對應插槽121內後，控制板2兩端的第二安裝孔與第一安裝孔13對準，配置在第二安裝孔內的螺釘214貫穿第二安裝孔後緊固在第一安裝孔13內，由上，通過插接部218與一對插槽121相配合來對單根指示棒2進行定位，通過螺釘214與第二安裝孔、第一安裝孔13相配合來將單根指示棒2緊固在裝置主體1上。以此類推，即可將24個指示棒2依次安裝在裝置主體1上。

如圖4～5所示，棒位指示裝置在使用過程中需整體安裝在模擬盤上，具體地，根據實際的安裝使用環境，在模擬盤後面的橫梁6上安裝一個轉接架7，棒位指示裝置通常通過緊固件與其背面板11上的螺孔、轉接架7上的對應螺孔相配合而將其安裝在轉接架7上。

上述描述為棒位指示裝置的主要結構方面的描述，下面參照圖9對棒位指示裝置的電路方面及其工作原理進行簡單地描述。

本實用新型中主要將電路分成三個部分，分別為信號輸入板3、驅動板5和顯示板(即前述顯示單元22)。具體地：

1)信號輸入板

信號輸入板3用來接收經由RS485信號輸入端子33所傳輸的棒地址和棒的位置信號，同時還接收經由上下限信號輸入端子32所傳輸的上、下限指示信號、經由電源輸入端子34所傳輸的電源輸入以及提供顯示裝置的自檢按鈕35。信號輸入板3上還提供24個插座，用來與棒位顯示單元之間進行輸入/輸出連接。信號輸入板3設置在顯示裝置的背面板11上，它不對信號進行處理。其中，上下限信號輸入端子32、RS485信號輸入端子33、電源輸入端子34為信號輸入板3上的三種信號輸入接口。具體地：

上下限信號輸入端子32由呈上下兩排排列的24個二芯組合式接線端子構成，另增加兩個做為地線信號，其所提供的信號有24路上限指示信號、24路下限指示信號和一個共地線共49根；

RS485信號輸入端子33為RS485通訊的輸入接口，它由固定式螺絲旋緊型連接器構成，它使用三位端子，分別為信號A、B、PE；

電源輸入端子34為5V直流電壓的輸入埠，亦由固定式螺絲旋緊型連接器構成，它使用三組，每組為四位端子，分別引入電源和檢測信號(Vout+，Vout-，+S，-S)；

自檢按鈕35位於裝置主體1的背面板11上，棒位指示裝置的自檢信號的觸發採用外部中斷方式，按下自檢按鈕35並鬆開後即可實現復位和自檢工作，例如，按下按鈕後，所有指示燈點亮滅2次，每次執行時間為5秒；另一種採用間隔顯示方式，即第1、3、5…23位置光柱亮，其它光柱不亮，持續時間5秒後交換顯示位置，第2、4、6…24位置光柱亮，其它光柱不亮，持續時間5秒，然後棒位指示箱自動恢復正常工作狀態。

2)驅動板

每個驅動板5上都帶有上、下限處理以及RS485信號隔離處理電路，由信號輸入板3所傳輸的RS485信號和上、下限信號需採用光電隔離處理，即輸入的RS485信號和上、下限信號首先要經過隔離處理，保護後端的電路和整個系統案例。

驅動板5的工作原理大體為：驅動板5採集信號輸入板3所傳輸的棒位和上、下限數據，這些信號採用光電隔離處理後被，輸入到MCU(數據處理器)進行處理分析，MCU對讀取的RS485信號進行解析並對主機進行相應，接收的數據經MCU處理後最終將顯示命令發送到顯示驅動電路，通過顯示驅動電路來驅動LED顯示陣列發光。

驅動板5還接收外部的自檢信號，當按下自檢按鈕35後，棒位指示裝置進入自檢狀態，自檢完成後，棒位指示裝置恢復正常工作狀態。

3)顯示板

顯示板即前述結構描述部分中的顯示單元22，它主要包括結構描述部分中的安裝板221，該安裝板221用以安裝上限指示燈222和下限指示燈223、118個條形的位置指示燈224，前述多個指示燈通常通過導線與驅動板5電連接，這多個指示燈的工作狀態由驅動板5進行控制，顯示單元只具有顯示發光作用。

4)電源選擇

棒位指示裝置的工作電源由外部的5VDC電源提供，電路中所有晶片使用5VDC工作電源。

5)RS485通訊

本實用新型中，指示棒的位置信號由RS485通訊鏈路提供，採用Modbus-RTU通訊協議。數據傳輸格式如附表1所示，附表1表格數據為十六進位，每一幀包括從站地址、功能碼、寄存器地址、寄存器值(數據)以及CRC校驗碼共8個字節。

每個字節的傳輸方式如下：

起始位：1位，低電平；

數據位：8位；

校驗位：1位，偶校驗；

停止位：1位，高電平。

從站地址定義：每一棒位顯示單元設定一個唯一的地址。從站地址的十六進位編碼見下附表2所示。

本實用新型的棒位顯示裝置在檢測數據完整接收後，需對後部主機系統進行應答響應。正常的響應是對接收的數據進行複製。附表3列出正常的請求和響應的示例。

下面參照圖10對棒位指示裝置的位置指示形式進行簡單地描述。

如圖10所示，每根指示棒2的棒位指示總光點數為118個，每個光點代表100mm，使用111個連續光點代表控制棒的長度；用連續發光的光點構成的光柱模擬指示控制棒在堆芯活性區內的長度及位置，控制棒插在堆芯活性區內的部分光點亮，提出活性區的部分光點不發光，光柱的顯示長度表示插在堆芯活性區內的控制棒長度，光柱的下端指示控制棒的位置。

當採集到棒位的顯示數據後，位置指示燈224的顯示為自下到上顯示，即發光LED單元的底端代表控制棒的底部，與其底部相連的第一個不發光LED代表控制棒底部的位置，也就是位置的讀取處。整個控制棒的位置行程為118個光點，控制棒的長度為111個光點，當控制棒的位置大於7個光點(700mm)時，指示棒的光柱會相應的減少，當位置為118個光點時，則整個指示棒的光柱將移出，該指示棒的位置指示燈為不亮的狀態。

下面參照圖11對棒位指示裝置的工作流程進行簡單地描述。

步驟1，棒位指示裝置上電首先進行初始化，設置內部寄存器的初始狀態；

步驟2，調用自檢程序，然後進入主程序中；

步驟3，MCU(數據處理器)讀取上下限信號；

步驟4，根據步驟3所讀取的上下限信號驅動上下限指示燈的亮滅；

步驟5，讀取RS485總線數據並對讀取的數據進行解析，分析是否完整接到一幀數據，若未完整接到一幀數據，則返回至步驟4，若完整接到一幀數據，則進入步驟6；

步驟6，判斷接收的數據是否正確，並向主機返回應答信號；

步驟7，如果數據正確，則驅動棒位指示燈工作；如果數據錯誤，則棒位指示燈的工作狀態不變。

本實用新型所述棒位指示裝置用於指示高溫氣冷堆堆芯控制棒的插入、提升及其所處的位置，通過本裝置可以直觀的顯示出高溫氣冷堆堆芯中所有控制棒的高度位置，給主控室操作人員提供最直觀的狀態信息輸入，方便操作人員觀查反應堆運行狀態和作出相應的控制或決策。

本實用新型中，24根指示棒2以可拆卸方式(主要是插拔方式)順序安裝在裝置主體1的開口處，這樣能保證各棒位顯示單元相互之間的獨立性和維修更換的方便性。另外，單根指示棒2上的顯示單元22亦以可拆卸方式嵌裝在指示棒主體21上，這樣有利於提高維修及更換的便利性。

電路方面，本實用新型為保證24根棒位顯示單元可以相互插拔替換，採用將地址值固定在裝置主體1內的信號輸入板3上，24根棒位顯示單元上分別帶有一個獨立的MCU，上電時各個棒位顯示單元上的MCU根據所插入棒位指示裝置的位置，從信號輸入板3上讀取自身地址值作為該棒位顯示單元的地址，同時根據讀取的地址值和對RS485通訊埠所發送來的輸入信號進行解析和處理，驅動LED燈發光指示，同時響應自檢按鈕35動作，使棒位指示裝置進入自檢狀態。由上，能保證各棒位顯示單元相互之間的獨立性和維修更換的方便性。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。

例如，在上述實施例中，每個插槽組件12由沿上下方向間隔並對齊設置的一對插槽121構成，單個插槽121的兩端開口沿上下方向貫通使所形成的插道沿上下方向延伸設置，然而並非局限於此，每個插槽組件12還可由一個插槽構成，這一個插槽的結構與圖6～7所示插槽121類似，只是前者的插道在上下方向上的長度大於後者。

表1數據傳輸格式

表2從站地址的十六進位編碼

表3 RS485通訊正常請求和響應的示例