一種數字反應性儀的製作方法
2023-11-30 22:39:21
本發明涉及反應堆在線核儀表、在線反應堆核數據測量領域，具體地，涉及一種具有與核電廠數位化儀控系統通信能力的反應性儀。
背景技術：
反應性是指示反應堆內部中子有效增值係數Keff對臨界值的相對偏離量，是反應堆物理啟動時反映反應堆運行情況的重要參數。它的準確測量對於反應堆的安全運行和發揮其經濟效益有重要意義。反應性儀是直接測量反應堆反應性的唯一設備，也是核電廠反應堆物理啟動及零功率物理實驗的關鍵設備。
隨著反應堆核測量技術和電子技術的發展，反應性儀的研製也有了較大進步。目前國內外有雙通道可實現實時、在線測量的反應性儀，有用於壓水堆零功率物理試驗等溫溫度係數、控制棒價值測量的反應性儀，有可測多種參數和多樣化顯示記錄的反應性儀等。但這些反應性儀均獨立於核電廠數位化儀控系統之外，無法與數位化儀控系統(DCS)通信，無法實現同步實時讀取數位化儀控系統的多個物理試驗參數的功能。
現有的反應性儀一般僅通過測量探測器電流實現反應性測量，無法同時讀取反應堆物理試驗的多個參數，或者僅通過硬接線方式讀取個別參數，無法實現大數據量的同步讀取。反應堆零功率物理試驗時，一般通過多筆記錄儀實現反應性與其他物理參數的記錄，但這種方法記錄數據有限，且無法進行數位化處理。
現有的反應性儀為獨立設備，無法與核電廠數位化儀控系統通信，不能獲取物理試驗過程中大量的試驗參數，即不能使這些參數直接參與反應性計算、溫度係數測量和棒價值測量等功能。
綜上所述，本申請發明人在實現本申請實施例中發明技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：
在現有技術中，現有的反應性儀存在無法與數位化儀控系統通信，無法實現同步實時讀取數位化儀控系統的多個物理試驗參數，無法實現大數據量的同步讀取的技術問題。
技術實現要素：
本發明提供了一種數字反應性儀，解決了現有的反應性儀存在無法與數位化儀控系統通信，無法實現同步實時讀取數位化儀控系統的多個物理試驗參數，無法實現大數據量的同步讀取的技術問題，實現了數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統的網絡通信，實現了同步讀取多達256個物理試驗數據，讀取到的物理試驗數據可以進行數位化處理和輸出，保證了物理試驗數據的同步讀取和記錄保存的技術效果。
為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種數字反應性儀，所述數字反應性儀基於TCP/IP的Modbus通信協議與核電廠數字儀控系統進行網絡通信，由數字反應性儀以固定通信協議封裝，向核電廠數字儀控系統發出數據讀取請求，核電廠數字儀控系統接收該請求後發出響應報文，數字反應性儀接收響應報文，讀取需要的數據。
其中，基於應用層報文傳輸協議Modbus，實現網絡連接客戶機與伺服器之間的通信，基於TCP/IP的Modbus協議封裝格式為：MBAP報文頭和協議數據單元；所述MBAP報文頭用於識別Modbus應用數據單元，所述協議數據單元包括功能碼和數據，功能碼向核電廠數字儀控系統進行操作指示。
其中，數字反應性儀將通過Modbus通信讀取到的1024個字節，通過每4個字節的強制類型轉換，轉換為256個浮點型數據，每個數據代表一個物理試驗參數，物理試驗參數包括：源量程中子通量、中間量程中子通量、功率量程中子通量、冷熱腿平均溫度、壓力、水位、各組棒棒位。
其中，數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統Modbus通信採用讀寫保持寄存器方式，功能碼為03，使用該功能碼從核電廠數位化儀控系統中讀保持寄存器連續塊的內容；請求PDU指定了起始寄存器地址和寄存器數量，起始地址為0，讀取寄存器數量為1024，讀取數據類型為二進位；數字反應性儀以1秒1次的頻率從核電廠數位化儀控系統讀取數據。
其中，所述數字反應性儀由顯示器、工控機、信號調理器和高壓機箱四部分組成，所述數字反應性儀能夠同時採集兩路探測器電流信號和兩路堆外核測電壓信號，測量結果用於反應性計算。
其中，所述測量結果用於反應性計算具體為：數字反應性儀通過電纜採集探測器電流信號，通過逆動態法計算出反應性。
其中，反應性和中子通量的關係在點堆模型中由下列中子動力學方程確定：
式中：ρ—反應性，n—反應堆的平均中子密度，L—瞬發中子平均壽命，β—緩發中子有效份額，βi—第i組緩發中子份額，Ci—第i組緩發中子發射體的密度，λi—第i組緩發中子發射體的衰變常數，i—緩發中子發射體組號，S—源項，M—緩發中子組數，dn為平均中子密度的微分值，dt為採樣時間間隔，dCi為第i組中子發射體密度的微分值，M為緩發中子組數，其中，由(1)和(2)式變換整理後得出反應性：
(3)式中I表示反應堆功率電流信號。
本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
由於採用了將數字反應性儀設計為：所述數字反應性儀基於TCP/IP的Modbus通信協議與核電廠數字儀控系統進行網絡通信，由數字反應性儀以固定通信協議封裝，向核電廠數字儀控系統發出數據讀取請求，核電廠數字儀控系統接收該請求後發出響應報文，數字反應性儀接收響應報文，讀取需要的數據的技術方案，通過分析核電廠數位化儀控系統的通信協議和數據協議，實現反應性儀與數位化儀控系統的網絡通信功能，實現物理試驗多個參數的實時、同步讀取；同時將該功能整合在現有反應性儀功能中，實現從數位化儀控系統讀取的大量試驗參數直接參與到反應性計算、溫度係數測量和棒價值測量等功能中；通過基於TCP/IP的Modbus通信方式，解決了數字反應性儀與數位化儀控系統無法通信交互的問題，實現了數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統的網絡通信，實現了同步讀取多達256個物理試驗數據，並將這些物理參數直接應用於溫度係數測量、棒價值測量等功能中；讀取到的物理試驗數據可以進行數位化處理和輸出，保證了物理試驗數據的同步讀取和記錄保存。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定；
圖1是本申請中Modbus客戶機/伺服器模型示意圖；
圖2是本申請中Modbus TCP/IP在網絡上進行Modbus請求或響應的封裝示意圖。
具體實施方式
本發明提供了一種數字反應性儀，解決了現有的反應性儀存在無法與數位化儀控系統通信，無法實現同步實時讀取數位化儀控系統的多個物理試驗參數，無法實現大數據量的同步讀取的技術問題，實現了數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統的網絡通信，實現了同步讀取多達256個物理試驗數據，讀取到的物理試驗數據可以進行數位化處理和輸出，保證了物理試驗數據的同步讀取和記錄保存的技術效果。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
下面結合具體實施例及附圖，對本發明作進一步地的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例一：
參見圖1-圖2，反應性儀由顯示器、工控機、信號調理器和高壓機箱四部分組成。可同時採集兩路探測器電流信號和兩路堆外核測電壓信號，測量結果用於反應性計算。同時反應性儀可通過乙太網通信方式與核電廠數字儀控系統連接，實時讀取多達256個物理試驗參數，讀取結果同時用於反應性、溫度係數、棒價值等的計算。
反應性計算：
數字反應性儀通過電纜採集探測器電流信號，通過逆動態法計算出反應性。反應性和中子通量的關係在點堆模型中由下列中子動力學方程確定：
式中：ρ—反應性，n—反應堆的平均中子密度，L—瞬發中子平均壽命，β—緩發中子有效份額，βi—第i組緩發中子份額，Ci—第i組緩發中子發射體的密度，λi—第i組緩發中子發射體的衰變常數，i—緩發中子發射體組號，S—源項，M—緩發中子組數，dn為平均中子密度的微分值，dt為採樣時間間隔，dCi為第i組中子發射體密度的微分值，M為緩發中子組數，其中，由(1)和(2)式變換整理後得出反應性：
(3)式中I表示反應堆功率電流信號。網絡通信：
請參考圖1，數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統(DCS)通信是基於TCP/IP上的Modbus報文傳輸協議。Modbus是OSI模型第7層上的應用報文傳輸協議，它在連接至不同類型總線或網絡設備之間提供客戶機/伺服器通信。即設備連接在同一個TCP/IP乙太網絡上，如圖2所示該模型基於4種報文類型：
Modbus請求——客戶機在網絡上發送用來啟動事務處理的報文；
Modbus證實——伺服器側接收的請求報文；
Modbus指示——伺服器發送的響應報文；
Modbus響應——客戶機側接收的響應報文；
本發明中，數字反應性儀作為客戶機，核電廠數位化儀控系統(DCS)作為伺服器，由客戶機以固定通信協議封裝，向伺服器發出數據讀取請求，伺服器接收該請求後發出響應報文，客戶機接收響應報文，讀取需要的數據。Modbus TCP/IP在網絡上進行Modbus請求或響應的封裝如圖2所示，TCP/IP使用一種專用報文頭來識別Modbus應用數據單元，將這種報文頭成為MBAP報文頭，其後為Modbus協議定義的一個與基礎通信層無關的協議數據單元(PDU)，其中功能碼向伺服器指示將執行哪種操作。
數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統(DCS)Modbus通信採用的讀保持寄存器方式，功能碼為03，使用該功能碼從DCS中讀保持寄存器連續塊的內容；請求PDU指定了起始寄存器地址和寄存器數量，起始地址為0，讀取寄存器數量為1024，讀取數據類型為二進位；數字反應性儀以1秒1次的頻率從伺服器讀取數據。
讀取物理試驗參數參與計算：
數字反應性儀將通過Modbus通信讀取到的1024個字節，通過每4個字節的強制類型轉換，轉換為256個浮點型數據，每個數據代表一個物理試驗參數包括：源量程中子通量、中間量程中子通量、功率量程中子通量、冷熱腿平均溫度、壓力、水位、各組棒棒位等；將這些物理參數應用於溫度係數測量和棒價值測量過程。如棒價值測量中，與計算反應性同步讀取棒位數據，經過修正因子計算即可得到控制棒積分價值和微分價值。
本發明被應用于田灣核電廠1#機組先進刻棒試驗中，試驗過程中將本發明的數字反應性儀通過網線與核電廠數位化儀控系統(DCS)連接，數字反應性儀以Modbus通信方式同步讀取控制棒棒位數據。數字反應性儀通過電纜採集探測器電流信號，通過逆動態法計算反應性；將控制棒棒位、修正因子和計算反應性結合起來即得到測量控制棒積分和微分價值。
傳統的反應性儀為獨立設備，無法與核電廠數位化儀控系統通信，不能獲取物理試驗過程中大量的試驗參數；本發明利用基於TCP/IP的Modbus通信協議，實現了數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統的網絡通信，實現了大量物理試驗數據的同步讀取，並將讀取到的試驗數據直接應用於反應性計算、溫度係數測量和棒價值測量等功能中，實現物理試驗數據的數位化處理和記錄輸出。
上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優點：
由於採用了將數字反應性儀設計為：所述數字反應性儀基於TCP/IP的Modbus通信協議與核電廠數字儀控系統進行網絡通信，由數字反應性儀以固定通信協議封裝，向核電廠數字儀控系統發出數據讀取請求，核電廠數字儀控系統接收該請求後發出響應報文，數字反應性儀接收響應報文，讀取需要的數據的技術方案，通過分析核電廠數位化儀控系統的通信協議和數據協議，實現反應性儀與數位化儀控系統的網絡通信功能，實現物理試驗多個參數的實時、同步讀取；同時將該功能整合在現有反應性儀功能中，實現從數位化儀控系統讀取的大量試驗參數直接參與到反應性計算、溫度係數測量和棒價值測量等功能中；通過基於TCP/IP的Modbus通信方式，解決了數字反應性儀與數位化儀控系統無法通信交互的問題，實現了數字反應性儀與核電廠數位化儀控系統的網絡通信，實現了同步讀取多達256個物理試驗數據，並將這些物理參數直接應用於溫度係數測量、棒價值測量等功能中；讀取到的物理試驗數據可以進行數位化處理和輸出，保證了物理試驗數據的同步讀取和記錄保存。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。