CN106371125A - 一种基于plc的辐射监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于PLC的辐射监测系统及监测方法，监测系统包括数据采集平台和信息管理显示系统，该数据采集平台采用可编辑逻辑控制器，包括处理器和与其连接的多个数据采集模块；数据采集模块通过电缆分别与各厂房辐射监测设备连接，用于对辐射监测设备以循环问询的方式进行测量值、测量值超阈值、预设报警阈值、仪表故障报警信息及状态字的数据采集，并将采集数据传输给信息管理显示系统。本发明采用独立的可编程逻辑控制数据采集平台，将信息管理服务器存储处理和采集功能分开，直接集中读取现场辐射监测设备数据，有效避免信息管理服务器易死机和无线信号干扰问题，实现了厂房辐射监测系统数据采集的准确性，同时减少数据接口，优化数据流程。

Description

一种基于PLC的辐射监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于核设施厂房辐射监测领域，具体涉及一种基于PLC的辐射监测系统及监测方法，可用于对核电厂和核燃料后处理厂厂房工艺辐射、区域辐射及流出物辐射的监测。

背景技术

核电厂通过堆芯核燃料的可控核裂变实现核能发电，核燃料后处理厂的主要功能是对核电厂运行使用的乏燃料进行处理。核电厂和后处理厂在运行和处理过程中都会产生大量的放射性物质。这些物质在厂房内必须按照设计的工艺流程处理、净化、收集，最终合理处置。

如果在工艺流程中发生事故，导致放射性物质泄漏，同时泄漏又没有及时被发现并采取应对措施，厂房内的工作人员将受到过高的放射性照射，相关的工艺设施也会受到损害；如果放射性物质大量释放到环境，将导致周围环境、人群和生物受到辐射危害。

近年来，日本福岛核电站和韩国核电站相继发生核事故和核泄漏，造成人员伤亡，核泄漏事故已经越来越受到社会密切关注。如果事故不能在第一时间被监测到，有可能会愈演愈烈，造成更大事故和伤亡事件。因此，厂房内辐射监测系统对放射性探测数据采集和数据处理的有效性和可靠性就非常重要。

厂房内辐射监测系统与环境辐射监测不同。厂房内通常有厚重的混凝土墙壁，对无线信号传输具有很强阻挡效应，并且厂房内电气设备繁多，射频信号干扰效应极大。为保证放射性测量数据能够及时、有效的送达运行人员工作站处理应对，厂房内必须采用电缆而应尽量避免使用无线技术，同时，数据采集系统必须准确、可靠、及时。因此，专利《CN101452079A基于混杂式传感器网络的核监测系统及方法》、《CN 201535825U基于3GS的和数据采集及处理系统》中所描述的无线监测方式无法应用于厂房内辐射监测系统。

我国目前绝大多数厂房内辐射监测系统存在的普遍问题是，虽然应用电缆作为传输实体，但是辐射监测系统的数据采集结构和采集方式不甚合理，主要问题如下：

1)采用大量现场仪表设备直接接入服务器或操作站的方式，这种方式数据采集和处理分析混杂在一起，经常出现死机现象，影响系统正常工作，不能及时监测事故数据。数据采集准确性、有效性差。

2)采用监测数据从就地仪表设备直接上传到全厂仪控系统采集机柜，再传送到辐射监测信息服务器的方式。专利《CN 104217774核电站工艺监测方法和系统》描述的即是这种传统数据采集方式。这种方式存在大量系统间数据硬点软点接口，数据流程繁杂，不便于数据集中管理，运行效率低，成本高。

3)核辐射监测数据不同于常规温湿度数据，其组成较复杂，包含大量仪表信息，简单硬接线仅能提供一部分数据，无法提供完整监测数据和状态数据。

4)监测系统人机界面功能较弱不完善，显示过于简单，人机界面不友好，不便于工作人员管理数据，采集方法不成熟稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于PLC的辐射监测系统，解决无线信号无法在厚重厂房建筑内传输，传统有线传输采集系统易死机，传统采集结构接口多，信号数据缺失以及人机客户端功能简单的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于PLC的辐射监测系统，包括数据采集平台和信息管理显示设备，该数据采集平台采用可编辑逻辑控制器，其包括处理器和与其连接的多个数据采集模块；多个数据采集模块通过电缆分别与各厂房辐射监测设备相连接，用于对辐射监测设备以循环问询的方式进行测量值、预设报警阈值、故障信息、报警信息及状态字的数据采集；处理器用于对多个数据采集模块程序存储、逻辑运算执行、采集顺序控制，并将多个数据采集模块的数据通过交换机传输给信息管理显示设备处理显示。

进一步，各厂房辐射监测设备通过电缆方式将数据传输给基于PLC的辐射监测系统，基于PLC的辐射监测系统再将数据发送全厂仪控系统。

进一步，多个所述数据采集模块包括第一类通讯数据采集模块、第二类通讯数据采集模块及第三类通讯数据采集模块；第一类通讯数据采集模块用于对现场仪表通讯数据的采集、第二类通讯数据采集模块用于对硬接线测量信号的采集、第三类通讯数据采集模块用于对各个厂房监测仪表开关量报警信号采集；每类通讯数据采集模块包括多个数量的同类通讯数据采集模块。

进一步，所述信息管理显示设备包括信息管理服务器和辐射监测操作站；信息管理服务器用于接收数据采集平台传输的数据信息，并将该数据信息存储、分析、处理后传输给辐射监测操作站；辐射监测操作站接收传输的信息，并将该信息显示在操作屏上。

一种基于PLC的辐射监测方法，包括如下步骤：

a)利用数据采集平台分别以循环问询的方式对各厂房监测设备进行测量值、预设报警阈值、故障信息、报警信息及状态字的数据采集；

b)通过交换机将数据采集平台采集到的数据传输给信息管理显示设备和全厂仪控系统；

c)信息管理显示设备接收数据采集平台传输数据，并对该数据进行存储分析处理。

进一步，在步骤a)中，所述数据采集平台采集的步骤如下：

a1)主程序运行，调用数据采集平台中多类通讯数据采集模块，多类通讯数据采集模块包括第一类通讯数据采集模块、第二类通讯数据采集模块及第三类通讯数据采集模块；

a2)判断执行哪类通讯数据采集模块；

a3)在a2)步骤选择后，对第一类通讯数据采集模块，开始执行该模块中的发送功能块，从背景数据块中读取从站地址、寄存器地址，读取现场辐射监测仪表设备的监测数据、报警状态、报警阈值和仪表工作状态信息；

a4)如果满足发送条件，执行读取程序；

a5)现场辐射监测设备收到读取命令，返回对应数据；

a6)调用第一类通讯数据采集模块中的接收功能块，保存从站返回的数据到背景数据块中；

a7)如果数据采集成功，第一类通讯数据采集模块执行下一条采集命令，读取本链路上下一从站的数据信息，直至本链路从站采集一遍后，循环从链路初始从站开始采集，完成一个链路循环；

a8)在a2)步骤选择后，执行第二类通讯数据采集模块中模拟量采集程序或第三类通讯数据采集模块中开关量采集程序，各模拟量模块或各开关量模块分别采集一个或多个模拟量或开关量，并按照预设的硬件编程位置存储相应数据，然后对各个模拟量模块或各开关量模块按照预定周期循环采集。

进一步，在步骤a1)中，第一类通讯数据采集模块、第二类通讯数据采集模块及第三类通讯数据采集模块可以同时执行循环程序、采集数据。

进一步，在步骤a4)中，如果不满足发送条件，重复执行至预设周期结束，返回读取状态，然后再采集本模块下的下一从站下一组监测数据。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明的辐射监测系统，采用独立的可编程逻辑控制数据采集平台，将信息管理服务器存储处理和采集功能分开，有效避免服务器易死机的问题；

(2)采用电缆传输方式，解决在建筑物中，尤其是厚重混凝土厂房中无线信号无法传输的问题，提高了厂房辐射监测系统数据采集的可靠性；

(3)将数据采集信号直接从就地辐射监测设备直接采集到数据采集平台的系统结构，不需要借助全厂仪控系统的数据采集机柜，系统间硬件接口和软件点位大大减少，数据流向合理，直接节省成本，提高经济效益；

(4)信息管理系统人机交互功能完善，提高数据有效性，增加效益，对整个系统运行检修带来极大方便；

(5)系统界面多样、功能完整，人机界面友好，有助于操作员管理查看厂房放射性水平，及时发现、应对设备故障和放射性泄漏事故；

(6)本发明的辐射监测方法，简便易行。

附图说明

图1是本发明辐射监测系统的结构示意图；

图2是本发明人机交互端的屏幕显示界面；

图3是本发明辐射监测方法的流程图。

图中：

1-信息管理服务器 2-辐射监测操作站 3-交换机

4-数据采集平台 5-各厂房辐射监测设备 6-全厂仪控系统

401-处理器 402-第一类通讯数据采集模块

403-第二类通讯数据采集模块 404-第三类通讯数据采集模块

405-以太网模块

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是本发明提供的基于PLC的辐射监测系统，该系统包括信息管理服务器1、辐射监测操作站2、交换机3、数据采集平台4，该系统与全厂仪控系统6连接。数据采集平台4通过电缆与各厂房辐射监测设备5连接，用于对各厂房监测设备5以循环问询的方式进行测量值、测量值超阈值、预设报警阈值、仪表故障报警信息及仪表工作状态的数据采集，然后统一将采集的数据通过TCP/IP网络和交换机3传输给信息管理服务器1。信息管理服务器1接收数据采集平台传输数据并将该数据存储、分析、处理，也可以根据需要进行显示，然后通过网络传输给辐射监测操作站2和全厂仪控系统6进行显示和控制，其中，网络通讯采用TCP/IP协议。

本发明的辐射监测系统以西门子可编程逻辑控制器PLC为例进行说明，首先可编程逻辑控制器作为独立数据采集平台4，该数据采集平台4优选S7-300系列PLC。该数据采集平台4包括处理器401、型号CPU315-2DP，第一类通讯数据采集模块402、型号CP341MODBUS，第二类通讯数据采集模块403、型号CP331，第三类通讯数据采集模块404、型号CP321及以太网模块405、型号CP343-1。第一类通讯数据采集模块CP341MODBUS从现场仪表设备采集通讯数据；第二类通讯数据采集模块CP331采集硬接线测量信号；第三类通讯数据采集模块CP321采集开关量报警信号；通过以太网405实现编程调试连接。各个通讯数据采集模块与PLC处理器CPU315-2DP通过背板连接。PLC采集平台通过交换机3与信息管理服务器1上位机连接。每类通讯数据采集模块采集多个现场仪表设备数据，每个数据采集模块以循环问询方法实现采集。采集数据包括：现场辐射监测仪表设备的测量值(剂量率、活度或泄漏率信息)，测量值超阈值报警信息，预设报警阈值，仪表故障报警信息，仪表工作状态(源检、超阈值、低流量、参数改变)。

需要说明的是，数据采集平台4中选配的具体模块类型和数量并不局限于上述情况，类型和数量可以根据厂房实际现场辐射监测仪表设备5的情况确定。此外，通讯数据采集模块还可以分布在多个机柜上，此时需要加装通信处理模块。

如图2所示，信息管理服务器和辐射监测操作站的人机界面客户端具备软件权限管理、历史记录和趋势图显示、多种数据显示方式和界面、报警信息弹出及确认、报表输出和通讯功能。人机显示界面包括以下几种监视方式：厂房辐射监测设备探测器分布及实时数据界面、监测道分类实时数据界面、安全级监测道数据显示界面、非安全级监测道拓扑结构显示界面、报警阈值显示界面、监测值(剂量率、活度或泄漏率)趋势图界面、报表输出界面。另外，辐射监测操作站人机交互客户端通过WINCC软件进行组态。

本发明还提供一种辐射监测方法，包括如下步骤：

a)利用数据采集平台分别以循环问询的方式对各个厂房监测仪表进行测量值、测量值超阈值、预设报警阈值、仪表故障报警信息及仪表工作状态的数据进行采集；

b)通过交换机将数据采集平台采集到的数据传输给信息管理显示系统；

c)信息管理显示硬件系统接收PLC数据采集平台的传输数据，并对该数据进行存储分析处理。

在上述步骤a中，PLC数据采集平台执行流程如下，如图3所示，

a1、主程序开始运行，调用采集程序功能块；

a2、判断执行哪种循环，模拟量采集程序、开关量采集程序还是MODBUS采集程序循环；

a3、判断执行模拟量和开关量程序循环时，各模拟量(开关量)模块可以分别采集一个或多个模拟量(开关量)，并按照预设的硬件编程位置存储相应数据，对各个按照预定周期循环采集；

a4、如果判断执行MODBUS循环时，MODBUS各模块对与其连接的每个物理链路中的各个辐射监测设备分别按照预定周期循环采集，依次对链路中所有设备的数据采集；

a5、MODBUS采集循环开始后，调用MODBUS发送函数功能块；

a6、发送函数功能块从背景数据块中读取从站地址、寄存器地址，读取现场辐射监测仪表设备的监测数据、报警状态、报警阈值和状态字信息；

a7、判断上述条件是否满足，能否成功发送；

a8、如果满足发送条件，PLC发出读取命令；如果不满足，报错提示，重复执行至预设周期结束，返回状态，采集下一组监测数据；

a9、现场辐射监测仪表收到读取命令，返回对应数据；

a10、PLC采集功能块执行接受函数功能块，保存从站返回的相应数据到背景数据块中；

a11、判断采集是否成功；

a12、如果成功采集数据，数据存储，以供CPU控制器将数据上传，采集模块执行下一条采集命令；如果采集失败，采集程序报错，重复执行至预设扫描周期结束，然后采集下一组监测数据；

a13、判断本链路下从站是否已经循环采集一遍；

a14、如果未全部采集一遍，采集下一从站数据；如果已经全部采集一遍；从站计数重置，进入新一轮采集循环。

上述循环应该在系统正常运行时连续采集并存储，如果不出现系统掉电情况，程序不中断，实现系统对现场设备的连续采集。

上述采集的所有数据全部上传到信息管理服务器中存储、分析、处理，供辐射监测操作站显示。

综上所述，本发明基于PLC的辐射监测信息管理系统及方法，采用独立的可编程逻辑控制数据采集平台，将服务器存储处理和采集功能分开，有效避免服务器易死机和无线信号干扰问题，实现了厂房辐射监测系统数据采集的准确性。系统间接口点位大大减少，数据流向合理，信息管理系统人机交互功能完善，提高数据有效性，增加效益，对整个系统运行检修带来极大方便。系统软件界面多样、功能完整，人机界面友好，有助于操作员管理查看厂房放射性水平，及时发现、应对设备故障和放射性泄漏事故。

本发明的基于PLC的辐射监测系统及监测方法并不限于上述具体实施方式，也可以采用其他品牌和种类的可编程逻辑控制器PLC。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种基于PLC的辐射监测系统，包括数据采集平台(4)和信息管理显示设备，其特征是：该数据采集平台(4)采用可编辑逻辑控制器，其包括处理器(401)和与其连接的多个数据采集模块；多个数据采集模块通过电缆分别与各厂房辐射监测设备(5)相连接，用于对辐射监测设备以循环问询的方式进行测量值、预设报警阈值、故障信息、报警信息及状态字的数据采集；处理器(401)用于对多个数据采集模块程序存储、逻辑运算执行、采集顺序控制，并将多个数据采集模块的数据通过交换机(3)传输给信息管理显示设备处理显示。

2.如权利要求1所述的一种基于PLC的辐射监测系统，其特征是：各厂房辐射监测设备(5)通过电缆方式将数据传输给数据采集平台，数据采集平台再将数据发送给所述信息管理显示设备。

3.如权利要求2所述的一种基于PLC的辐射监测系统，其特征是：多个所述数据采集模块包括第一类通讯数据采集模块(402)、第二类通讯数据采集模块(403)及第三类通讯数据采集模块(404)；第一类通讯数据采集模块用于对现场仪表通讯数据的采集、第二类通讯数据采集模块用于对硬接线测量信号的采集、第三类通讯数据采集模块用于对各个厂房监测仪表开关量报警信号采集；每类通讯数据采集模块包括多个数量的同类通讯数据采集模块。

4.如权利要求1所述的一种基于PLC的辐射监测系统，其特征是：所述信息管理显示设备包括信息管理服务器(1)和辐射监测操作站(2)；信息管理服务器(1)用于接收数据采集平台传输的数据信息，并将该数据信息存储、分析、处理后传输给辐射监测操作站(2)；辐射监测操作站(2)接收传输的信息，并将该信息显示在操作屏上。

5.一种基于PLC的辐射监测方法，包括如下步骤：

a)利用数据采集平台分别以循环问询的方式对各厂房监测设备进行测量值、预设报警阈值、故障信息、报警信息及状态字的数据采集；

b)通过交换机将数据采集平台采集到的数据传输给信息管理显示设备和全厂仪控系统；

c)信息管理显示设备接收数据采集平台传输数据，并对该数据进行存储分析处理。

6.如权利要求5所述的一种基于PLC的辐射监测方法，其特征是：在步骤a)中，所述数据采集平台采集的步骤如下：

a1)主程序运行，调用数据采集平台中多类通讯数据采集模块，多类通讯数据采集模块包括第一类通讯数据采集模块、第二类通讯数据采集模块及第三类通讯数据采集模块；

a2)判断执行哪类通讯数据采集模块；

a3)在a2)步骤选择后，对第一类通讯数据采集模块，开始执行该模块中的发送功能块，从背景数据块中读取从站地址、寄存器地址，读取现场辐射监测仪表设备的监测数据、报警状态、报警阈值和仪表工作状态信息；

a4)如果满足发送条件，执行读取程序；

a5)现场辐射监测设备收到读取命令，返回对应数据；

a6)调用第一类通讯数据采集模块中的接收功能块，保存从站返回的数据到背景数据块中；

a7)如果数据采集成功，第一类通讯数据采集模块执行下一条采集命令，读取本链路上下一从站的数据信息，直至本链路从站采集一遍后，循环从链路初始从站开始采集，完成一个链路循环；

a8)在a2)步骤选择后，执行第二类通讯数据采集模块中模拟量采集程序或第三类通讯数据采集模块中开关量采集程序，各模拟量模块或各开关量模块分别采集一个或多个模拟量或开关量，并按照预设的硬件编程位置存储相应数据，然后对各个模拟量模块或各开关量模块按照预定周期循环采集。

7.如权利要求6所述的一种基于PLC的辐射监测方法，其特征是：在步骤a1)中，第一类通讯数据采集模块、第二类通讯数据采集模块及第三类通讯数据采集模块可以同时执行循环程序、采集数据。

8.如权利要求6所述的一种辐射监测方法，其特征是：在步骤a4)中，如果不满足发送条件，重复执行至预设周期结束，返回读取状态，然后再采集本模块下的下一从站下一组监测数据。