CN113972018A - 基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，通过对控制棒全行程范围内每一机械步棒位的五位(或者六位)格雷码调理信号电压的采样、分析，建立五位(或者六位)格雷码棒位测量系统的A位的循环模型，统计确定循环模型中每一棒位的A位格雷码调理信号电压预设参数及对应其他一位格雷码调理信号电压修正参数的方法。其有益效果在于：根据本发明的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法能够很好地实现五位(或者六位)格雷码棒位测量系统232步(或者280步)的全行程棒位测量与显示，在试验台架上实测六位格雷码棒位测量系统的280步全行程棒位显示不确定度达到了±1步。
Description
技术领域
本发明属于压水堆棒位测量技术领域，具体涉及一种基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法。
背景技术
压水堆通过移动含有中子吸收体的控制棒在堆芯的位置来控制反应性，确保反应堆在设定的条件下安全、稳定运行，棒位测量系统提供反应堆所有控制棒组的实际棒位显示，用于操纵员监控和为堆芯运行跟踪及后续循环的换料设计提供输入数据。棒位测量系统通过对棒位探测器输出的五位(或者六位)格雷码交流信号的调理与整定，计算每一束控制棒的实际位置，典型的六位格雷码整定输出与棒位关系如表1。
表1.六位格雷码整定输出与棒位关系表
根据五位(或者六位)格雷码棒位测量技术确定的实测棒位结果的不确定度为±8(或者±7)个机械步，进而确定的同一棒组内两个控制棒束实测位置超差报警能力是16步(或者14步)，同一个子组内任何两束棒的实测棒位失步报警能力是8步(或者7步)，同一个子组内任何一束棒的实测棒位与该子组的要求棒位失步报警能力是16步(或者14步)。
受格雷码棒位测量技术确定的棒位指示分辩能力的限制，导致反应堆控制的给定棒位与实际棒位可能会存在一定的偏差，进而导致设置的控制棒提升限、插入限与实际需求值也存在一定偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，通过对控制棒全行程范围内每一机械步棒位的五位(或者六位)格雷码调理信号电压的采样、分析，建立五位(或者六位)格雷码棒位测量系统的A位的循环模型，统计确定循环模型中每一棒位的A位格雷码调理信号电压预设参数及对应其他一位格雷码调理信号电压修正参数的方法。在五位(或者六位)格雷码信号整定输出确定的8步(或者7步)间隔棒位结果的基础上，由嵌入式计算机通过将A位及其他一位格雷码调理信号电压与预设参数进行比较匹配，将棒位测量结果不确定度提高到±1步，实现全行程棒位的精确测量。
本发明的技术方案如下：基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，包如下步骤：
步骤1、在棒位测量系统试验台架上通过移动控制棒驱动杆，完成一根控制棒全行程每一机械步的各位格雷码调理信号电压的模/数转换与采样；
步骤2、对采样的每一机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定棒位测量系统的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果循环模型；
步骤3、计算步骤2确定的循环模型峰与谷各六步以外的每一步对应的所有机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果加权平均值；
步骤4、计算循环模型的每相临两步的模/数转换结果加权平均值的中值，以该中值为边界确定循环模型峰与谷各六步以外每一步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤5、根据实测0～6步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值，按步骤4的方法确定0～ 5步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤6、根据实测274～279步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值，按步骤4的方法确定275～279步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤7、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环波峰的6步其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显B位的作为判定位；
步骤8、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波峰各8步对应的B位调理信号电压模/数转换结果按步骤3、步骤4确定对应的波峰6步的B位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤9、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各6步的其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定A、B位以外的一位格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显的确定为判定位；
步骤10、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各8步对应步骤9确定的判定位调理信号电压模/数转换结果按步骤3、步骤4确定对应的波谷各6步判定范围预设参数。
本发明的有益效果在于：根据本发明的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法能够很好地实现五位(或者六位)格雷码棒位测量系统232步(或者280 步)的全行程棒位测量与显示，在试验台架上实测六位格雷码棒位测量系统的280步全行程棒位显示不确定度达到了±1步。
附图说明
图1为格雷码位调理信号电压模/数与整定阈值数字设置电路示意图；
图2为六位格雷码棒位测量系统的A位调理信号电压28步循环模型示意图；
图3为六位格雷码棒位测量系统的0～5步和275～279步A位判定模型示意图；
图4为六位格雷码棒位测量系统A位调理信号电压循环模型的B位判定模型示意图；
图5为六位格雷码棒位测量系统A位调理信号电压循环模型的C、D、E、 F位判定模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步详细说明。
本发明是基于格雷码技术的压水堆全行程棒位测量方法，通过对控制棒全行程范围内每一机械步棒位的五位(或者六位)格雷码调理信号电压的模/数转换与采样分析，建立五位(或者六位)格雷码棒位测量系统的A位的循环模型，统计确定循环模型中每一棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定预设参数及循环中峰谷各6步对应其他一位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定预设参数。在五位(或者六位)格雷码信号整定输出确定的8步(或者7步)间隔棒位结果的基础上，由嵌入式计算机通过将A位或其他一位格雷码调理信号电压模/数转换结果与预设参数进行比较匹配，将棒位测量结果不确定度提高到±1步，实现全行程棒位的精确测量。
如图1所示，本发明以格雷码信号整定阈值电路的集成电压基准芯片+带EEPROM的串行通讯DAC芯片的数字化设计提高格雷码整定信号准确性为基础，由嵌入式计算机通过模/数转换器分别对控制棒每一机械步的各位格雷码调理信号进行采样，建立格雷码棒位测量系统格雷码A位的循环模型，统计确定循环模型中每一棒位的A位格雷码调理信号电压预设参数。以格雷码整定信号确定初步棒位结果后，通过将A位格雷码调理信号模/数转换结果与A位格雷码调理信号循环模型的各步棒位电压判定范围预设参数比较，确定实际棒位，将棒位测量结果不确定度提高到±1步。
图1中的嵌入式计算机可以选用内置主控同步串口(MSSP)模块，通过串行总线接口硬件实现与串行数/模转换模块的通讯。电压基准模块选用合适的芯片可以配置+5.0V±10mV的基准电压输出的芯片，温度系数达到15ppm/℃(最大)。数/模转换模块选用自带EEPROM的12位DAC(掉电保存且可以不依赖接口计算机工作)，通过I2总线与嵌入式计算机接口。
本方法的主要特点：
通过对控制棒全行程每一机械步棒位的各位格雷码调理信号电压采样，建立格雷码棒位测量系统的A位循环模型(六位格雷码棒位测量系统的A位调理信号电压28步循环模型示意见图2)，将模型中的每步A位调理信号电压数/模转换结果判定范围预设参数用于棒位的精确计算；
采用对应的A位调理信号电压数/模实际转换结果判定范围预设参数判定控制棒全行程中的起始和末尾几步(六位格雷码棒位测量系统的0～5步和275～ 279步A位修正模型见图3)，解决控制棒全行程中的起始和末尾几步的A位调理信号电压偏离循环模型的问题；
通过A位以外的一位格雷码调理信号电压数/模实际转换结果判定范围预设参数对循环模型中的峰、谷各6步棒位进行判定(六位格雷码棒位测量系统A位调理信号电压循环模型的B位模型见图4、六位格雷码棒位测量系统A位调理信号电压循环模型的C、D、E、F位模型见图5)，解决格雷码棒位测量系统A 位调理信号电压循环模型中的峰、谷各6步棒位的A位格雷码调理信号电压数/ 模实际转换结果差别较小的问题，使全行程棒位计算结果的不确定度达到±1 步。
基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，包括如下步骤：
步骤1、使用新设计的格雷码信号处理与棒位计算组件与棒位测量系统试验台架 设备连接，在棒位测量系统试验台架上通过移动控制棒驱动杆，完成一根控制棒全行程每一机械步的各位格雷码调理信号电压的模/数转换与采样；
步骤2、对采样的每一机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定棒位测量系统的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果循环模型(五位格雷码的32步循环模型或者六位格雷码的28步循环模型)；
步骤3、计算步骤2确定的循环模型峰与谷各六步以外的每一步(如28步循环模型中的第4-11步、第17-25步)对应的所有机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果加权平均值；
步骤4、计算循环模型的每相临两步的模/数转换结果加权平均值的中值，以该中值为边界确定循环模型峰与谷各六步以外每一步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数(六位格雷码棒位测量系统A位格雷码调理信号循环模型的各机械步的电压模/数转换结果判定范围预设参数见表2.)；
步骤5、根据实测0～6步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值，按步骤4的方法确定0～ 5步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤6、根据实测274～279步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值，按步骤4的方法确定275～279步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤7、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环波峰的6步其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显B位的作为判定位；
步骤8、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波峰各8步对应的B位调理信号电压模/数转换结果按步骤3、4确定对应的波峰6步的B 位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数；
步骤9、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各6步的其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析，确定A、B位以外的一位格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显的确定为判定位；
步骤10、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各8步对应步骤9确定的判定位调理信号电压模/数转换结果按步骤3、4确定对应的波谷各6步判定范围预设参数。
至此，包括0～5步、275～279步、循环模型峰与谷各六步以外的每一步对应的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数，循环模型中所有波峰各6步的B位格雷码位调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数，循环模型中所有波谷各6步的其他一位格雷码位调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数确定。
在实际棒位测量时，先由棒位探测器的各位格雷码整定结果按表1确定初步棒位，再将其A位格雷码调理信号模/数转换结果与0～5步、275～279步、循环模型峰与谷各六步以外的每一步对应的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数比较，确定实际棒位。对循环模型中峰与谷各6步不在A 位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数范围内的，按图4和图5确定的除A位以外的一位格雷码，通过该位格雷码调理信号电压模/数转换结果与对应的判定范围预设参数比较，确定实际棒位。通过以上分段比较判定实现全行程棒位测量，确保全行棒位计算结果的不确定度达到±1步。
表2.六位格雷码棒位测量系统A位格雷码调理信号循环模型的各电压预设参数表
使用该发明结合格雷码整定阈值电路数字化设计的格雷码处理组件(格雷码信号调理、整定输出电路及外部接口保持不变)可以直接替代所有二代及二代加压水堆核电厂的棒位测量系统格雷码处理组件，实现格雷码整定阈值的数字化设置和实测棒位的精确计算与显示。也可以应用于新建压水堆的全行程棒位测量系统。
精确计算与显示控制棒棒位有利于操纵员对反应性的精准控制、对堆芯运行跟踪及后续循环的换料设计提供更准确的输入数据，可以通过执行控制棒束完好可用性校对试验中减少移动控制棒步数降低操作风险。
Claims (10)
1.基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于，包如下步骤：
步骤1、在棒位测量系统试验台架上通过移动控制棒驱动杆；
步骤2、对采样的每一机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果进行分析；
步骤3、计算步骤2确定的循环模型峰与谷各六步以外的每一步对应的所有机械步A位格雷码调理信号电压模/数转换结果加权平均值；
步骤4、计算循环模型的每相临两步的模/数转换结果加权平均值的中值；
步骤5、根据实测全行程棒位起始6步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值；
步骤6、根据实测全行程棒位末尾6步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果计算相临两步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果中值；
步骤7、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环波峰的6步其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析；
步骤8、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波峰各8步对应的B位调理信号电压模/数转换；
步骤9、对A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各6步的其他位格雷码位调理信号电压模/数转换结果进行分析；
步骤10、将A位格雷码调理信号电压模/数转换结果所有循环中波谷各8步对应步骤9确定的判定位调理信号电压模/数转换。
2.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤1包括完成一根控制棒全行程每一机械步的各位格雷码调理信号电压的模/数转换与采样。
3.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤2包括确定棒位测量系统的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果循环模型。
4.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤4包括以该中值为边界确定循环模型峰与谷各六步以外每一步的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数。
5.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤5包括按步骤4的方法确定起始6步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数。
6.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤6包括按步骤4的方法确定末尾6步棒位的A位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数。
7.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤7包括确定格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显B位的作为判定位。
8.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤8的转换结果按步骤3、步骤4确定对应的波峰6步的B位格雷码调理信号电压模/数转换结果判定范围预设参数。
9.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤9确定A、B位以外的一位格雷码调理信号电压模/数转换结果随棒位变化最明显的确定为判定位。
10.如权利要求1所述的基于格雷码的压水堆全行程棒位测量方法，其特征在于：所述的步骤10的转换结果按步骤3、步骤4确定对应的波谷各6步判定范围预设参数。
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