CN1103504A - 临界热流密度判断和切除功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核反应堆热工程实验中 临界热流密度判断和切除功率控制系统。本系统由 中央处理器及相应的外围设备组成。采集器模板接 收由设置在实验元件上的温度传感器输入的温度信 号、电流信号、电压信号和流量信号，采集器模板由S 网络通过接口与中央处理器相连接，由中央处理器自 动判断临界热流密度，并实时自动切除实验元件的功 率。

Description

本发明属于核反应堆监视、测试领域，具体涉及一种核反应堆热工实验中临界热流密度自动判断和切除功率控制系统。

临界热流密度是反应堆热工设计的重要限制参数之一，它对反应堆的安全性和经济性都有十分重要的意义。现有装置的主要结构为，用镍铬-镍铝热电偶设置在容易发生传热恶化引起元件壁温突跃的加热元件内壁，热电偶通过细瓷套管引出实验本体。经传输线接至多笔记录仪上。多笔记录仪可以直接记录元件内壁温度变化的模拟量信号，由人工肉眼跟踪监督临界，手动切除功率，实验参数从表盘上人工读数并做记录，再输入到计算机上计算结果，从而得到一个临界点的一组实验数据，该装置的主要缺点是采用多笔记录仪人工判断临界，手动切除功率，从仪表盘上人工读数并记录，然后再输入到计算机上计算实验结果，整个过程自动化程度不高。另外，该装置的安全可靠性较差，容易发生烧毁实验元件的事故。另外，多笔记录仪抗干挠能力差，易受外界干挠，如实验本体绝缘不良引起干挠、电气开关频繁操作引起干挠，加之仪表本身的故障率较高，往往造成误切除功率，使临界判断准确性下降，延误实验时间。

本发明目的在于克服已有技术之不足，提供一种操作简单，性能可靠的自动判断临界和切除功率控制系统。

本发明目的通过以下技术方案实现：采集器模板接收至少一路由设置在实验元件上的温度传感器输入的温度信号、一路电流信号、一路电压信号和一路流量信号，采集器模板通过S网络与输入/输出模板相连接，输入/输出模板与控制器和中央处理器相连接，在中央处理器中设有判断和控制程序，中央处理器在程序运行下，将瞬间检测到的温度信号与预置在程序中的差值报警（差报）或者高限报警（高报）值进行比较，当信号超过差报值或高报值时，中央处理器发出切除功率的命令，通过控制器切除功率，同时将实验参数和计算结果由输出设备输出，从而完成一次临界判断，得到一个实验数据点。测试结果和实验数据还可以通过显示器显示，预设的差报值和高报值等数据可以通过键盘进行输入。

采集器模板可以用二块35951C型IMP模拟量输入板，每块板带有20个三端输入干簧继电器切换通道。

控制器由一组连续可调（0～20V）直流稳压电源和两对干簧继电器常开触点组成。

本发明的优点：由于本系统具有数据自动采集、自动判断临界、切除功率和较强的数据处理能力，大大地节省了人力和物力，提高了实验效率;本系统合理地选配了硬件设备，使测量精度大大提高，抗干挠能力强，系统工作稳定可靠，使用方便灵活，通过实验表明，完全能满足各种棒束临界热流密度实验中的临界判断要求。

本发明有如下附图：

图1    系统原理框图

图2    程序流程图（1）

图3    程序流程图（2）

图4    程序流程图（3）

实施例：

本系统的中央处理器1选用AST286微机，配40MB硬盘，1.2MB和360MB驱动器各1个，主频10MHz，与其相连接的显示器3为高密彩显，输出设备4为M-1570宽行打印机，还配置有输入键盘2。与中央处理器1相连的双向通讯模块5选用35954A接口板，安装在主机箱扩展槽内，通讯模块5通过S网络6与采集模块7相连接，采集模块7选用两块35951C型IMP模拟量输入板组成，每块带有20个三端输入干簧继电器切换通道，用于检测实验元件壁温热电偶信号及需要测量的临界实验参数，分别与实验元件壁温传感器10、实验元件出入口回路水温传感器11、测量电流的霍尔变送器12、测量电压的总场电压分压器13和测量流量的流量差压变送器14相连接，采集模板7还通过S网络与输入/输出模板8相连接，该模板选用35952A型IMP开关量输入/输出板，带有20个变压器隔离通道，采用逻辑电平输出，并与控制器9相连接，控制器9可提供1组连续可调（0～20V）直流稳压电源和两对干簧继电器常开触点输出，用于自动切除加热功率电路。

在中央处理器1内设有临界判断和切除功率的程序，程序流程图见附图2至附图4，其功能为：

本程序由BASIC语言编制而成，经过编译和连接直接生成可在DOS环境下可执行的目标程序，使用很方便。当顺序打开中央处理器和外设备电源后，经键盘输入有关命令，命令机器进入本程序在特定的一个子目录下，此时，机器仍处于DOS状态，再输入程序名和按回车键，程序立即被执行。程序投入运行后先进行初始化。然后显示菜单进入人机对话，在该菜单中可选择4个功能：①和②是选择预置在程序中的差值报警和高限报警数值，在程序中给出根据经验积累的数据，因为这两个数据是判断临界的主要参数，所以必须正确地选择并加以确认，该程序中设置的差值报警数值为0.147～0.985毫伏，高限报警数值为16.585～19.585毫伏，③是给使用者从键盘上输入新的差值报警和高限报警数值，以适应实验的需要，④是退出本程序的运行，结束实验或修效等操作。

当程序执行到调用字符串发送子程序时，其作用是向采集器模板和输入/输出模板发送一个字符串。如果中央处理器通过接口板第一次向某模板发送的字符串命令未被接收，将再重发三次，若再不成功则返回一个出错标记，立即进入调用字符串接收子程序，用它来清除由于查询中断而产生的错误标识，即让该子程序从给出出错标识的模板数据流中读取零字符，模板即可恢复正常工作。

如果字符串发送子程序的命令成功，则调用数据测试子程序，它的作用是用于检查采集器模板，输入/输出模板的数据返回状态和数据流种类，如果在执行过程中出错，通过调用字符串接收子程序来消除出错标识，使程序继续运行。

如果调用数据测试子程序命令成功，则进入调用数据接收子程序，该子程序的作用是接收系统中模板发回的数据类数据。如果在取数据过程中出错。通过调用字符串接收子程序，可清除出错标识，使程序继续往下执行。连续采集3次，将3次结果存入数组中，目的在于暂保留这3轮的数据，并把第3轮的数据即时显示在显示器上，供使用者监督当前的实验参数。

当程序执行到显示器上显示第一个子菜单时，该菜单上有4个功能：⑤是子进入临界判断状态，⑥是更换显示器上的当前数据（即又采集数据一次）。⑦是进入热平衡计算，其目的在于全面检查从回路运行到测量仪表或者计算机系统的运行情况的总的评价。经计算核实符合热平衡指标（±5%）的才能允许进入临界判断，否则必须分析原因，找出问题加以排除。⑧是返回主菜单，执行主菜单的功能。

当选择⑤时，并不马上进入临界判断，而执行热电偶故障自诊断报警功能，这是为了确保临界判断的可靠性而采取的一个重要措施，对实验元件壁温热电偶进行一次全面的故障检查，在程序中预置了热电偶故障自诊断报警数值，其取值范围为9.985～12.585毫伏。经检查如有故障（包括脱焊、开路、短路）则中断程序的执行，在显示器上显示出故障的性质，待排除故障后即可重新运行本程序。如果没有故障则进入临界判断，调用数据测试子程序，如有出错标识转入调用字符串接收子程序可清除出错标识，再调用数据接收子程序，如有出错标识转入调用字符串接收子程序可清除出错标识，将第4轮数据存入数组内。这期间再次检查热电偶的故障，防止临界信号出来之前的时间内（判断一个临界点的时间一般约15分钟至20分钟）热电偶故障有可能发生而采取的又一个安全措施。随着加热功率逐渐增加，在实验元件的下部会发生局部壁温突变而导致热电偶信号阶跃，利用这个阶跃信号与预置在程序中的差报和高报数值进行比较判断，如果超过差报数值则中央处理器立即发出调用字符串发送子程序使继电器同时吸合，将功率迅速切除;如果第4轮的数据超过高报数值则中央处理器也同样立即发出调用字符串发送子程序，使继电器同时吸合，将功率迅速切除，保护实验元件不被物理烧毁：如果既没有超过差报数值，也没有超过高报数值，则把第4轮的数据经移位处理后，又重复执行进入临界判断。

当判断出临界信号后，经过数据移位操作，又连续采集5次，将结果存入数组内，这是为了在显示器上绘制临界跳跃曲线而设计的，与此同时，把所有的测量参数，计算结果由输出设备输出。如要继续做实验，需将继电器恢复，仪表盘上的仪表才能投入使用，否则因电气控制上的连锁盘上仪表被自锁，而不能继续工作。

当显示器上显示出第2个子菜单时，在这个菜单上有5个功能：⑨将实验元件管壁温度显示在显示器上，⑩是立即显示达到临界的那付热电偶信号的跳跃曲线，（11）是为了准确选择发生临界时刻的那点的实验参数，（12）是进入实验结果计算，（13）是立即返回到主菜单。

当显示器上显示第3个子菜单时，这个子菜单上有2个功能：（15）是进入数据处理，实验结果计算，（16）是进入热平衡计算。无论选择哪种计算，都需健入一些别的参数，如：压力（PR）、发生临界的那根元件的号（NR）、发生临界的部位（LC）、取临界点序号（NO）、实验元件束编号（NS）、和取临界点某轮数据序号（J%）。当健入上述参数后，计算机完成接照计算步骤及要求将结果计算出来，并由输出设备输出，获得了一个临界点的一组实验数据，完成一次临界判断工作。如果暂不结束本次实验，将数据存入盘内后立即返回到程序的初始化部分，又开始重复上述判断过程，为第二次临界判断作准备。

Claims (3)

1、一种用于核反应堆热工实验中临界热流密度判断和切除功率控制系统，包括中央处理器(1)、显示器(3)、输出设备(4)和输入键盘(2)，其特征在于采集器模板(7)通过双向通讯模板(5)与中央处理器(1)相连接，采集器模板(7)接收至少一路由设置在实验元件上的温度传感器输入的温度信号、一路电流信号(12)、一路电压信号(13)和一路流量信号，采集器模板(7)通过S网络(6)与输入/输出模板(8)连接，输入/输出模板(8)与控制器(9)相连接，在中央处理器(1)中设有判断和控制程序，中央处理器(1)在程序运行下，将瞬间检测到的温度信号与预置在程序中的差值报警(差报)或者高限报警(高报)值进行比较，当信号超过差报值或高报值时，中央处理器(1)发出切除功率的命令，通过控制器(9)切除功率，同时将实验参数和计算结果由输出设备(4)输出，从而完成一次临界判断，得到一个实验数据点。

2、如权利要求1所述的临界热流密度判断和切除功率控制系统，其特征在于所述的采集器模板（7）是二块35951C型IMP模拟量输入板，每块板带有20个三端输入干簧继电器切换通道。

3、如权利要求1所述的临界热流密度判断和切除功率控制系统，其特征在于所述控制器（9）由一组连续可调（0～20V）直流稳压电源和两对干簧继电器常开触点组成。

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