CN101777241A - 核反应堆地震保护报警系统及监测控制方法 - Google Patents
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Abstract
核反应堆地震保护报警系统及监测控制方法，系统包括智能传感器模块和主控制单元，由双绞线将其连接成数据通信网络。智能传感器模块由依次连接的三轴加速度传感器、A/D转换器、单片机、通信芯片、通信接口组成；主控制单元包括主控模块和与其连接的显示器、声光报警器、键盘、核反应堆紧急停堆开关电路、通信接口电路。系统的安装和控制方法包括：A、按分布式网络拓扑结构的原理和力求得到最大监测面积的原则埋布若干智能传感器模块，B、向核反应堆地震保护报警系统的主控模块输入控制参数，C、在主控单元中将智能传感器模块采集到的信号与控制参数进行比较，D、判断是否发生地震及强震下自动停止反应堆工作，指示工作人员逃生等步骤。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆的地震保护报警系统及其监测控制方法，尤其是能够在地震发生时快速关闭核反应堆的地震保护报警系统及该系统的监测控制方法。
背景技术
核反应堆正常运行时，产生巨大能源，为人类带来巨大财富。但如果核反应堆在非正常状态下运行，则可能产生巨大的灾难。如：核反应堆运行时发生地震，如果强震持续过久，系统完整性极易受到破坏，控制棒无法顺利落入管道，可能导致核反应堆燃料元件烧毁，放射性外溢，污染环境，人员伤亡。当强震引起操作室倒塌，人员被困或遇难，将无法进行停堆操作，反应堆在持续震动中运行，将有巨大危险，后果不堪设想。所以在强震发生时正在运行的核反应堆需要立刻关闭。但是，目前关闭核反应堆的方式为手动控制紧急停堆按钮，值班长负责控制整个反应堆的运行情况，当出现地震或异常情况立刻手动控制关闭核反应堆。但是，如果发生地震时人无法站立，无法碰到紧急停堆按钮，或房屋局部倒塌出现障碍物，工作人员无法接触到紧急停堆按钮，将会出现重大事故。而且当地震发生对操作人员的心理素质和反应能力也是一个重大的考验，如果失误，也会造成重大损失，当工作人员努力设法停机后，又可能因时间延误而失去逃生的机会。
发明内容
本发明的目的，在于为了克服现有的核反应堆紧急关闭方式采用值班人员手动关闭，强震时因不可抗力原因无法操作，或操作人员反应时间长、易出现失误的不足，提供一种核反应堆地震保护报警系统，该地震保护报警系统不仅能在强烈地震发生时快速自动关闭核反应堆，而且能向工作人员发出地震报警，指导工作人员快速撤离房间，躲避到安全的地区。本发明的另一个目的，在于提供该系统的监测控制方法。
本发明的核反应堆地震保护报警系统所采用的技术方案是：本系统包括能传感器模块6和主控制单元7两部分；两部分间由双绞线14连接组成数据通信网络。
所述智能传感器模块6有若干个，安放在核反应堆周围，负责探测地震波，智能传感器模块6通过双绞线14与主控制单元7连接，智能传感器模块6包括：
——三轴加速度传感器1，用于探测地震的加速度信息，其输出为模拟信号，该传感器有三个输出端；
——A/D转换器2，其输入端与三轴加速度传感器1的输出端连接，用于将三轴加速度传感器1输出的模拟信号转换成数字信号；
——单片机3，其输入端与A/D转换器2的输出端连接，用于接收A/D转换器提供的数字信号，进行分析处理；其输出为TTL电平信号；
——通信芯片4，其输入端与单片机3的输出端连接，将单片机发送的TTL电平信号转换成485总线所需电平，用于和主控制单元7通信；
——通信接口5，其输入端与通信芯片4的输出端连接，用于连接双绞线14；
所述主控制单元7负责接收若干智能传感器模块6通过数据总线发送来的地震波数据，对每个智能传感器所发送来的数据进行多传感器信息融合，确定准确地震等级，来决定是否关闭核反应堆，主控制单元7包括：
——主控模块11，用于存储控制参数，接收智能传感器模块6所发送的地震数据，并将这些数据与控制参数进行比较，作出是否停止核反应堆运行的指令；控制声光报警器9和核反应堆紧急停堆开关电路12的启动；其输入端有键盘接口、通信接口电路接口，其输出端有显示器接口、声光报警器接口、核反应堆紧急开关电路接口；
——显示器8，用于显示系统的运行状态与参数，其输入端与主控模块11的输出端显示器接口连接；
——声光报警器9，用于在发生地震时进行语音提示和光信号报警，向工作人员发送语音指令，并用灯光指导工作人员逃生路线，其输入端与主控模块11的声光报警器接口连接：
——键盘10，用于向核反应堆地震保护报警系统输入控制参数，其输出端与主控模块11的输入端键盘接口连接；
——核反应堆紧急停堆开关电路12，用于快速关闭核反应堆，其开关连接核反应堆紧急停堆按钮，其输入端与主控模块11的核反应堆紧急开关电路接口连接；
——通信接口电路13，用于接收智能传感器模块6通过数据总线传输的地震数据，该电路负责将485总线电平转换成TTL电平，再传送给主控模块11，其输入端连接双绞线14，输出端与主控模块输入端的通信接口电路接口连接。
本发明核反应堆地震保护报警系统的监测控制方法包括以下步骤：
A、以智能传感器模块6、主控制单元7为硬件载体，视核反应堆建筑为一个监测整体，根据建筑物结构的特点，按分布式网络拓扑结构的原理和力求得到最大监测面积的原则，在核反应堆建筑周围承重结构体上埋布若干智能传感器模块，组成智能传感器网络；并用双绞线14将智能传感器网络与监控室的主控制单元7连接；
B、用键盘10向核反应堆地震保护报警系统的主控模块输入控制参数，该控制参数包括白噪声模型参数、有色噪声模型参数、Kalman滤波算法模型参数；
C、智能传感器模块6将采集到的承重结构体上受到的震动数据传送给主控制单元7，主控制单元7接收各个智能传感器模块6所发送的数据信息进行多传感器信息融合，经主控模块用Kalman滤波算法对数据进行处理，并分析数据是否为白噪声、有色噪声干扰，还是地震波，若为干扰，则不予与理会，若为地震波，则将其强度和烈度与主控模块中存储的数据进行比较，得到精确的地震等级信息；
D、当强震发生时，比较数据大于存储的指令数值时，主控模块发出指令，启动核反应堆紧急停堆开关电路12，快速关闭核反应堆，在快速关闭核反应堆的同时，主控制单元7中的声光报警器9开始报警，声音报警器开始播报语音逃生提示信息，灯光闪烁提示工作人员逃生路线。如果地震等级不强，不需要立即关闭核反应堆，主控制单元7中的声光报警器9的声音报警器播报当前所测地震等级，对值班人员进行下一步操作提供决策依据。
本发明的有益效果是，可以在地震发生时快速检测到地震烈度与等级，根据所得数据来决定是否立即关闭核反应堆，其反应决策速度远远高于值班人员的反应速度，防止了值班人员在强震发生时因不可抗力原因无法操作，或因恐慌而产生的失误，提高了核反应堆在发生地震时的安全系数，并且可以实现语音和灯光提示报警，指导工作人员逃生，提高了在强震下工作人员的逃生几率。
附图说明
图1是本发明的系统总体结构框图；
图2是智能传感器模块结构框图；
图3是智能传感器模块电路图；
图4是主控制单元电路图。
图中，1、三轴加速度传感器，2、A/D转换器，3、单片机，4、通信芯片，5、通信接口，6、智能传感器模块，7、主控制单元，8、显示器，9、声光报警器，10、键盘，11、主控模块，12、核反应堆紧急停堆开关电路，13、通信接口电路，14、双绞线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但实施例不是对本发明的限定。
实施例：为了完整描述，本实施例同时包括了核反应堆地震保护报警系统及其方法。
在图1中，智能传感器模块6通过双绞线14连接主控制单元7中的通信接口电路13，通信接口电路13连接主控模块11输入端的通信接口电路接口，主控模块采用凌阳公司生产的型号为SPCE061A精简开发板。键盘10与主控模块11的键盘接口连接，显示器8、声光报警器9、核反应堆紧急停堆开关电路12分别连接主控模块11的显示器接口、声光报警器接口、核反应堆紧急开关电路接口。
在图2中，三轴加速度传感器1、A/D转换器2、单片机3、通信芯片4依次串联。选用的加速度传感器型号为ADXL330，为X、Y、Z三轴加速度传感器，16引脚芯片；A/D转换器2型号为TLC2543，12位转换精度，20引脚芯片；单片机3型号为89C2051，20引脚芯片；通信芯片4型号为MAX485，8脚芯片。
在图3中，三轴加速度传感器1，负责探测地震的加速度信息，其输出为模拟信号，其三个输出端与A/D转换器的三个输入端连接。A/D转换器2，用于将三轴加速度传感器1输出的模拟信号转换成数字信号，其输出端与单片机3的输入端连接。单片机3，用于接收A/D转换器提供的数字信号，进行分析处理，其输出端连接通信芯片的输入端。通信芯片4，将单片机发送的TTL电平信号转换成485总线所需电平，用于和主控制单元7通信，其输出端口连接通信接口5的输入端。通信接口5，用于连接双绞线14，其输出端连接双绞线14。
在图4中，显示器8，用于显示这个系统的运行状态与参数，其输入端连接主控模块11的显示器接口。声光报警器9，用于在发生地震时进行语音提示报警，向工作人员发送语音指令和灯光信号，指导工作人员逃生，其输入端连接主控模块11的声光报警器接口。键盘10，用于向核反应堆地震保护报警系统输入控制参数，其输出端连接主控模块11的键盘输入接口。主控模块11，用于存储控制参数，接收智能传感器模块6所发送的地震数据，并将这些数据与控制参数进行比较，作出是否停止核反应堆进行的指令，控制声光报警器9和核反应堆紧急停堆开关电路12的启动；主控模块11的输入端分别连接键盘10、通信接口电路13，其输出端分别连接显示器8、声光报警器9、核反应堆紧急开关电路12。核反应堆紧急停堆开关电路12，用于快速关闭核反应堆，其开关连接核反应堆紧急停堆按钮，其输入端连接主控模块11的核反应堆紧急开关电路接口。通信接口电路13，用于接收智能传感器模块6通过数据总线传输的地震数据，该电路负责将485总线电平转换成TTL电平，再传送给主控模块11，其输入端连接双绞线14，输出端连接主控模块的通信接口电路接口。
所述地震保护报警方法是利用所设计的智能传感器模块6、主控制单元7为硬件载体。视核反应堆建筑为一个监测整体，根据建筑物结构特点，系统按分布式网络拓扑结构的原理和力求得到最大监测面积的原则，在核反应堆建筑周围承重结构体上埋布若干智能传感器模块，组成智能传感器网络。如果安放不当出现探测盲区或重复探测区域会影响数据融合效果，在出现剧烈干扰时会使系统产生误操作。埋布完成后，用双绞线14将智能传感器网络与监控室的主控制单元7连接；每个智能传感器模块6和主控制单元7均配置有485总线控制器，智能传感器模块6与主控制单元7通过485通信网络构成分布式网络结构。
用键盘10向核反应堆地震保护报警系统的主控模块输入控制参数，该控制参数包括白噪声模型参数、有色噪声模型参数、Kalman滤波算法参数；
智能传感器模块6负责采集建筑物承重结构体上所受到震动数据，通过Kalman滤波算法对数据进行处理，并分析数据是否为白噪声、有色噪声或其它干扰；主控制单元7接收各个智能传感器模块6所发送的数据信息进行多传感器信息融合，融合后得到精确的地震等级信息，若为地震波数据，则将其强度和烈度数据通过网络传送给主控制单元7，与主控模块中存储的数据进行比较，得到精确的地震等级信息，并决策是否快速关闭核反应堆。当强震发生时，在快速关闭核反应堆的同时，主控制单元7中的声光报警器9开始报警，声音报警器开始播报语音逃生提示信息，光报警器发出闪烁灯光以对工作人员提示加速逃生并指引逃生路线。如果地震等级不强，不需要立即关闭核反应堆，主控制单元7中的声光报警器9的声音报警器播报当前所测地震等级，对值班人员进行下一步操作提供决策依据。
Claims (2)
1.核反应堆地震保护报警系统，其特征在于：本系统包括智能传感器模块(6)和主控制单元(7)两部分；两部分间由双绞线(14)连接组成数据通信网络；
所述智能传感器模块(6)有若干个，安放在核反应堆周围，用于探测地震波，各智能传感器模块(6)通过双绞线(14)与主控制单元(7)连接，智能传感器模块(6)包括：
-三轴加速度传感器(1)，用于探测地震的加速度信息，其输出为模拟信号，该传感器有三个输出端；
-A/D转换器(2)，其输入端与三轴加速度传感器(1)的输出端连接，用于将三轴加速度传感器(1)输出的模拟信号转换成数字信号；
-单片机(3)，其输入端与A/D转换器(2)的输出端连接，用于接收A/D转换器提供的数字信号，进行分析处理；其输出为TTL电平信号；
-通信芯片(4)，其输入端与单片机(3)的输出端连接，将单片机发送的TTL电平信号转换成485总线所需电平，用于和主控制单元(7)通信；
-通信接口(5)，其输入端与通信芯片(4)的输出端连接，用于连接双绞线(14)；
所述主控制单元(7)用于接收若干智能传感器模块(6)通过数据总线发送来的地震波数据，对每个智能传感器所发送来的数据进行多传感器信息融合，排除地震或准确确定地震等级，控制是否关闭核反应堆，主控制单元(7)包括：
-主控模块(11)，用于存储控制参数，接收智能传感器模块(6)所发送的地震数据，并将这些数据与控制参数进行比较，作出是否停止核反应堆运行的指令；控制声光报警器(9)和核反应堆紧急停堆开关电路(12)的启动；其输入端有键盘接口、通信接口电路接口，其输出端有显示器接口、声光报警器接口、核反应堆紧急开关电路接口；
-显示器(8)，用于显示系统的运行状态与参数，其输入端与主控模块(11)的输出端显示器接口连接；
-声光报警器(9)，用于在发生地震时进行语音提示和光信号报警，向工作人员发送语音指令，并用灯光指导工作人员逃生路线，其输入端与主控模块(11)的声光报警器接口连接；
-键盘(10)，用于向核反应堆地震保护报警系统输入控制参数，其输出端与主控模块(11)的输入端键盘接口连接；
-核反应堆紧急停堆开关电路(12)，用于快速关闭核反应堆，其开关连接核反应堆紧急停堆按钮，其输入端与主控模块(11)的核反应堆紧急开关电路接口连接；
-通信接口电路(13)，用于接收智能传感器模块(6)通过数据总线传输的地震数据，该电路负责将485总线电平转换成TTL电平，再传送给主控模块(11)，其输入端连接双绞线(14)，输出端与主控模块输入端的通信接口电路接口连接。
2.权利要求1所述核反应堆地震保护报警系统的监测控制方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
A、以智能传感器模块(6)、主控制单元(7)为硬件载体，视核反应堆建筑为一个监测整体，根据建筑物结构的特点，按分布式网络拓扑结构的原理和力求得到最大监测面积的原则，在核反应堆建筑周围承重结构体上埋布若干智能传感器模块，组成智能传感器网络；并用双绞线(14)将智能传感器网络与监控室的主控制单元(7)连接；
B、用键盘(10)向核反应堆地震保护报警系统的主控模块输入控制参数，该控制参数包括白噪声模型参数、有色噪声模型参数、Kalman滤波算法模型参数；
C、智能传感器模块(6)将采集到的承重结构体上受到的震动数据传送给主控制单元(7)，主控制单元(7)接收各个智能传感器模块(6)所发送的数据信息进行多传感器信息融合，经主控模块用Kalman滤波算法对数据进行处理，并分析数据是白噪声、有色噪声干扰，还是地震波，若为干扰，则不予与理会，若为地震波，则将其强度和烈度与主控模块中存储的数据进行比较，得到精确的地震等级信息；
D、当强震发生时，比较数据大于存储的指令数值时，主控模块发出指令，启动核反应堆紧急停堆开关电路(12)，快速关闭核反应堆，在快速关闭核反应堆的同时，主控制单元(7)中的声光报警器(9)开始报警，声音报警器开始播报语音逃生提示信息，灯光闪烁提示工作人员逃生路线；如果地震等级不强，不需要立即关闭核反应堆，主控制单元(7)中的声光报警器(9)的声音报警器播报当前所测地震等级，对值班人员进行下一步操作提供决策依据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100714 |