DE3000902A1 - Datensammelsystem fuer das flussaufzeichnungssystem eines kernreaktors - Google Patents

Description

Datensammelsystem für das Flußaufzeichnungssystem eines Kernreaktors

Die Erfindung betrifft ein Datensammelsystem zur Verwendung in einem Flußaufzeichnungssystem für Kernreaktoren mit einem oder mehreren Neutronendetektoren, welche mit Hilfe einer mechanischen Antriebseinrichtung und einer Antriebssteuerung längs einer Vielzahl von vorgegebenen Wegen in den Reaktorkern und aus dem Reaktorkern verschiebbar sind, wobei jeder Detektor elektrische, die Neutronenaktivität im Reaktorkern charakterisierende Signale liefert.

Bei kommerziellen Kernreaktoren ist es notwendig, periodisch über den gesamten Kern die axiale Flußverteilung direkt zu messen, damit man sowohl die Brennstoffversorgung als auch andere Betriebsbedingungen optimieren kann. Diese Aufgabe wird rationell .mit einem Flußaufzeichnungssystem erfüllt, das in verhältnismäßig großem Umfang eine B edienungs steuerung und Datenverdichtung durch Bedienungspersonal erfordert. Ein derartiges Flußsystem ist bereits bekannt (DE-OS 29 41 477 und 29 41 478). Dieses Fluß-Fs/ai auf-

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aufzeichnungssystem verwendet Mikroprozessorschaltungen und damit zusammenarbeitende Speicher , um die Detektoren im Kern zu positionieren und die Fluß verteilung aufgrund der gesammelten Daten festzustellen.

Grundsätzlich besteht das automatische Flußaufzeichnungssystem aus einer Überwachungsstation mit einem Antriebssystem für die Detektoren. Dieses Antriebssystem für die Detektoren umfaßt typischerweise mehrere Antriebseinheiten, von welchen jede aus einem verschiebbaren Detektor an einem flexiblen Kabel besteht. Mit jeder Antriebseinheit ist ein drehbarer Mechanismus für die Wegverzweigung und eine Anzahl von Tauchhülsen verbunden, welche in den Reaktorkern verschoben werden können. Diese drehbare Wegverzweigung funktioniert als mechanischer Multiplexer und ermöglicht jeden möglichen Weg im Reaktorkern mit jedem der Detektoren abzutasten. Die Einzelheiten der Antriebseinheiten und der Detektoren sind in den US-PS 3 858 191 und 3 932 211 beschrieben. Entsprechend der Darstellung in der US-PS 3 932 211 werden die Detektoren in den Reaktorkernbereich während normaler Betriebsbedingungen nach einem vorgegebenen intermittierenden Zeitprogramm eingeführt. Nach der Einführung werden die Detektoren automatisch durch den Kernbereich entlang fest vorgegebener Wege verschoben. Die Ausgangs Signale der Detektoren werden als Funktion des Ortes aufgezeichnet und geben die Verteilung der Reaktorleistung wieder.

Ein bekanntes Grundsystem zum Einführen von verschieblichen Miniaturdetektoren, z.B. von In-Kern-Neutronendetektoren ist in Fig. 1 dargestellt. Die zurückaiehbaren Tauchhülsen, in welchen Miniaturdetektoren 12 verschoben werden,

verlaufen

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verlaufen in der angedeuteten Weise und werden in den Reaktorkern 14 über Leitungen eingeführt, welche vom Boden des Reaktorkessels durch den Betonschirm 18 zu einer Tauchhülsenschleuse 20 verlaufen. Da die verschiebbaren Tauchhülsen am vorderen reaktorseitigen Ende verschlossen sind, dringt keine Flüssigkeit in diese ein. Die Tauchhülsen wirken daher auch als Druckbarriere zwischen dem Wasserdruck im Reaktor, der in der

2 Größenordnung von beispielsweise 175 kg/cm liegen kann, und der Außenatmosphäre. Die mechanische Abdichtung der zurückziehbaren Tauchhülsen und der Leitungen erfolgt an der Tauchhülsenschleuse 20. Die Leitungen 22 sind im wesentlichen Verlängerungen des Reaktorkessels 16, wobei die Tauchhülsen die Einführung der Detektoren durch diese Leitungen ermöglicht. Im Betrieb verbleiben die Tauchhülsen 10 stationär im Kern und werden nur zurückgezogen, wenn beim Brennstoffnachfüllen oder bei der Wartung Unterdruckbedingungen vorherrschen. Die Tauchhülsen können auch bis zum Boden des Reaktorkessels zurückgezogen werden, wenn Arbeiten im Innern des Kessels notwendig sind.

Das Antriebssystem zum Einführen der Miniaturdetektoren umfaßt im wesentlichen eine Antriebseinheit 24, Endschalter 26, eine drehbare 5-Wegverzweigung 28, eine drehbare 10-Wegverzweigung 30 und Trennventile 32.

Jede Antriebseinheit verschiebt ein hohles, schraubenförmig gewickeltes Kabel in dem Kern, an dessen vorderem Ende ein Miniaturdetektor und ein Koaxialkabel befestigt ist, über welches der Signalaustausch nach außen erfolgt.

Beim

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Beim Einführen einer Gruppe von Detektoren in den Kern wird dies von der Elektronik ausgelöst, welche kontinuierlich das Verhalten der Detektoren während des gesamten Abtastvorganges überwacht. Die Funktion der Flußabtastung besteht im automatischen Überprüfen aller erforderlichen Wege durch den Kern, dem Aufzeichnen der Meßwerte von den Detektoren und dem zur Verfügungstellen dieser Information der Betriebsüberwachung für den Betriebsrechner.

Bei dem herkömmlichen, halb automatischen Flußaufzeichnungssystem werden die Detektoren zur Ermittlung der Neutronenaktivität mit einer konstanten Geschwindigkeit in die Tauchhülsen eingeführt. Die vom Detektor gelieferte Information wird anschließend verstärkt und mit Hilfe eines Streifenschreibers aufgezeichnet, der mit einer konstanten Geschwindigkeit läuft. Man erhält dadurch eine analoge Aufzeichnung, die die Kernaktivität als Funktion der axialen Position des Detektors annähert. Diese analogen Daten werden anschließend digitalisiert. Da die Detektorinformation konventionellerweise als Funktion der Zeit und nicht als Funktion der Position gemessen wird, muß der Betriebsrechner die Vielzahl der in den Kern eingeführten Detektoren zur Istzeit abtasten, womit an die zeitliche Verfügbarkeit des Betriebsrechners hohe Anforderungen zu stellen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Flußaufzeichnungssystem Maßnahmen zu finden, welche keine Ist-Zeitaufzeichnung erforderlich machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Datensammelsystem eine Wandlerstufe umfaßt, um die elektrischen Signale in eine die gemessene Neutronenaktivität kennzeichnende Impulsfolge umzuwandeln, daß Steuereinrichtungen ein die Position des jeweiligen Detektors kennzeichnendes Signal liefern,

daß

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daß ein programmierbarer Zeitgeber mit einem ersten Takteingang an einen Bezugsfrequenzgeber angeschlossen ist, daß der Ausgang der Steuereinrichtungen mit einem ersten Gate-Eingang des programmierten Zeitgebers verbunden ist, daß der programmierte Zeitgeber ein Datenfenster vorgegebener Länge erzeugt, daß der programmierte Zeitgeber mit einem zweiten Takteingang an den Ausgang der Wandlerstufe angeschlossen ist und mit der von dieser Wandlerstufe gelieferten Impulsfolge beaufschlagt wird, daß das Datenfenster an einen zweiten Gate-Eingang des programmierten Zeitgebers anlegbar ist, daß der programmierte Zeitgeber aus den angelegten Signalen eine Meßgröße für die Neutronenaktivität während des Datenfensters in Abhängigkeit von der Detektorposition im Reaktorkern erzeugt, und daß Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen die Maßgröße für die Neutronen aktivität abgreifbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Das Datensammelsystem gemäß der Erfindung verwendet in vorteilhafter Weise einen Mikroprozessor für die Steuerung und die Datenverarbeitung, wobei Spannungssignale von den im Kern befindlichen Detektoren in korrespondierende Frequenzsignale umgewandelt werden und für den Mikroprozessor über einen programmierenden Zeitgeber zur Verfügung stehen, welcher die während einer definierten Zeitdauer, und zwar einem Datenfenster auftretende Impulsfrequenz immer dann auszählt, wenn der Detektor eine gewisse Wegstrecke zurückgelegt hat. Am Ende des Datenfensters wird der Zählstand durch den Zeitgeber festgehalten und kann vom Mikroprozessor nach Wahl abgerufen werden. Durch diese Anordnung läßt sich die Inan-

s pruch-

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spruchnahme des Mikroprozessors auf ein Minimum reduzieren, so daß dieser für andere Aufgaben länger zur Verfügung steht. Das Datensammelsystem ermöglicht eine Technik zur Messung variabler Frequenzdaten mit einem Minimum an Hardware und mit einer kristallfrequenzgeregelten Genauigkeit. Die Frequenzleitungen übertragen die Daten mit hoher Genauigkeit und hoher Stördämpfung, wobei nur ein einziger programmierter Zeitgeber die Leistung des Mikroprozessors stark verbessert.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Flußaufzeichnungssystems in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. I eine schematische Darstellung eines Flußaufzeichnungssystems;

Fig. 2 eine F unkt ions schaltung eines Datensammelsystems, welches im Flußaufzeichnungssystems gemäß Fig. 1 Verwendung findet;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Datensammelsystems gemäß Fig. 2.

Das in Fig. 2 dargestellte Funktionsdiagramm für die Datenmessung und die dem Flußaufzeichnungssystem zugeordneten Steuerfunktionen umfaßt einen Kerndetektor D, welcher Signale mit niederem Signalniveau an einen Trennverstärker A liefert. Nach der Verstärkung der Signale werden diese an einen Spannungs- Frequenzwandler VF weiterübertragen, um die Ausgangssignale des Detektors D in Impulssignale umzuwandeln. Der Spannung-Frequenzwandler VF ist mit einer Datensarmnelstufe DCS über eine optische Trennschaltung OC gekoppelt. An die Datensammelstufe DCS werden neben den Impulssignalen

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über einen zweiten Eingang Positionssignale angelegt, welche der Antriebsposition des Kerndetektors D entsprechen und von der Antriebseinheit 24 geliefert werden. Die Information der Antriebsposition, welche vom Schrittkodierer an die Datensammelstufe übertragen wird, hat die Form zweier um 90 phasenverschobener Rechteckschwingungen. Ein Mikroprozessor MP steht mit der Datensammelstufe DCS im Datenaustausch und liefert eine Steuerinformation an die Antriebseinheit DD für den Kerndetektor.

Die gerätemäßige Verwirklichung der Datensammelstufe DCS im Zusammenwirken mit dem Mikroprozessor MP ist im Blockdiagramm gemäß Fig. 3 dargestellt. In dieser Schaltung findet ein programmierbarer Zeitgeber 50 Verwendung, um ein Datenfenster zu erzeugen und um die vom Wandler VF gemäß Fig. 2 während eines Datenfensters erzeugten Impulse genau auszuzählen. Ein derartiger programmierbarer Zeitgeber steht unter der Typenbezeichnung Intel Timer 8253 zur Verfügung. Dieser Zeitgeber umfaßt drei Stufen bzw. Abschnitte, von denen jeder einen eigenen Takteingang sowie einen Gate-Eingang und einen separaten Ausgang hat. Bei der in Fig. 3 dargestellten Anwendung sind nur zwei dieser drei Stufen verwendet. Eine genaue Bezugsfrequenz wird von einer kristallgesteuerten Frequenzquelle FS an einen Takteingang einer Fensterstufe WS des Zeitgebers 50 angelegt. Wenn die Fensterstufe WS im Einzelschrittbetrieb verwendet wird, entstehen ausgangs se it ig Signale, die den Anfang und das Ende eines Datenfensters kennzeichnen. Vorzugsweise wird das Datenfenster derart ausgewählt, daß es ein Vielfaches der Periode der Netzversorgung des Systems ist, um dadurch auf den Netzleitungen auftretende Rauscheffekte auf einem Minimum zu halten. Die Grenzen des in der Fensterstufe

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stufe WS festgelegten Datenfensters werden an den Gate-Eingang der Datenstufe DS des programmierbaren Zeitgebers 50 übertragen.

Die Datenstufe des programmierbaren Zeitgebers 50 wird in einem ereignisorientierten Zählbetrieb betätigt, um die Impulsfrequenz der Eingangsinformation auszuzählen, welche über die optische Trennschaltung OC gemäß Fig. 2 während des Datenfensters durch die Fenster stufe übertragen wird.

Bevor das Datenfenster eingestellt wird und die Auszählung der Impulsfrequenz beginnt, wird der Zähler der Datenstufe DS auf einen maximalen binären Wert, d. h. in allen Stellen auf den Binärwert 1 eingestellt, von welchem aus der Zahler während eines Datenfensters nach unten zählt. Wenn durch ein Endsignal von der Fensterstufe WS das Datenfenster geschlossen wird, wird der Zählstand durch die Datenstufe DS für den Zugriff durch den Mikroprozessor MP festgehalten. Der in der Dptenstufe DS vorhandene Zähl wert wird vom anfänglichen Maximalwert abgezogen, womit man einen Zählwert erhält, der der Impulsfrequenz information entspricht, welche vom Spannung-Frequenzwandler VF erzeugt und über die optische Trennschaltung OC an den Zeitgeber 50 angelegt wird. Da bei der Zählung von einem maximalen binären Wert ausgegangen wird, kann die Maßinformation vom Kerndetektor D durch eine einfache Komplimentbildung des in der Datenstufe DS gespeicherten Zählwertes bestimmt werden.

Der Mikroprozessor MP muß die Information vom Kerndetektor D nicht zur Istzeit empfangen und verarbeiten, vielmehr ist ein Zugriff zur gespeicherten Zählinformation der Datenstufe DS zu jeder Zeit während eines Datenfensters möglich. Dadurch wird es für den Mikroprozessor MP möglich, die Ausgänge von

einer

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einer Vielzahl von Detektoren zu überwachen und auch andere Funktionen auszuführen.

Die um 90 phasenverschobenen Rechteckschwingungen vom Schrittkodierer E gemäß Fig. 2 werden an eine Detektorschaltung 60 gemäß Fig. 3 angelegt, welche auf die Rechteckschwingungen anspricht und Impulse erzeugt, deren Polarität der Bewegungsrichtung der Antriebseinheit DD für den Detektor entspricht. Ein Vorwärts- und Rückwärtszähler 62 akkumuliert die ausgangsseitigen Impulse des Phasendetektors 60 und liefert auf Befehl eine gespeicherte Zählanzeige über die Position des Kerndetektors D an den Mikroprozessor MP. Da die kodierten Signale in Schrittfolge auftreten, ist es notwendig, Einrichtungen vorzusehen, um die absolute Position des Kerndetektors D richtig zu registrieren. Zu diesem Zweck wird das Schließen des Endschalters 26 dem Mikroprozessor MP als Informationssignal zur Verfügung gestellt. Die Registrierung der absoluten Position desDetektors kann man dadurch erhalten, daß die Antriebseinheit DD so lange betätigt wird, bis der Endschalter 26 schließt und dann den Vorwärts- und Rückwärtszähler 62 zurückstellt. Die Ausgangsimpulse vom 90 -Phasendetektor 60 werden auch über ein ODER-Gatter 64 an eine N-Teilerschaltung 66 übertragen, wobei N das Teilungsverhältnis entsprechend dem gewünschten Abstand zwischen Datenpunkten ist, die dem Anfang und dem Ende eines Datenfensters entsprechen. Somit wird nach jedem Nten Impuls das Ausgangs signal der N-T eiler schaltung 66 über das ODER-Gatter 68 übertragen und ein Datenfenster-Anfangs signal erzeugt, welches zum Gate-Impuls der Fensterstufe WS des Zeitgebers 50 übertragen wird.

Eine Schnittstellenschaltung 72 zum Mikroprozessor, welche durch eine Intel-P ort-Schaltung 8255 verwirklicht werden kann, ermöglicht einer Bedienungsperson über den Mikroprozessor ein Startsignal von Hand durch das Anlegen eines Signals an das

ODER-

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ODER-Gatter 68 auszulösen. Eine Steuerschaltung 70, welche aus zwei miteinander verbundenen Flip-Flop-Schaltungen 72 und 74 sowie einem logischen Gatter 76 besteht, steht im Datenaustausch mit dem Mikroprozessor MP über die Schnittstellenschaltung 72, um den Mikroprozessor von der Verfügbarkeit neuer Daten an der Datenstufe DS zu informieren. Der Flip-Flop 72 wird als Eingangssignal mit dem Startsignal für das Datenfenster vom. Ausgang des ODER-Gatters 68 beaufschlagt, während der Flip-Flop 64 als Eingangssignal das Ausgangs signal der Fensterstufe WS erhält, mit welchem das Ende eines Datenfensters angezeigt wird. Das Ausgangs signal der miteinander verbundenen Flip-Flops 72 und 74 stellt ein neues Datensignal dar, das über die Schnittstellenschaltung 72 dem Mikroprozessor MP zur Verfügung gestellt wird. Dieser Mikroprozessor erkennt das neue Datensignal und sendet ein Rückstellsignal über die Schnittstellenschaltung 72 zum logischen Gatter 76, um die Flip-Flops 72 und 74 der Steuerschaltung 70 zurückzustellen. Ein weiteres Informationssignal, welches dem Mikroprozessor MP über die Schnittstellenschaltung 72 zur Verfügung gestellt wird ist ein Datenübertrags signal von der Datenstufe DS. Die Flip-Flops 72 und 74 sowie die logische Schaltung 76 können durch bekannte kommerzielle Elemente verwirklicht werden.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Datensammelsystem zur Verwendung in einemFlußaufzeichnungssystem für Kernreaktoren mit einem oder mehreren Neutronendetektoren;, welche mit Hilfe einer mechanischen Antriebseinrichtung und einer Antriebssteuerung längs einer Vielzahl von vorgegebenen Wegen in den Reaktorkern und aus dem Reaktorkern verschiebbar sind, wobei jeder Detektor elektrische, die Neutronenaktivität im Reaktorkern charakterisierende Signale liefert, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Datensammelsystem eine Wandlerstufe umfaßt, um

die elektrischen Signale in eine die gemessene Neutronenaktivität kennzeichnende Impulsfolge umzuwandeln,

- daß Steuereinrichtungen ein die Position des jeweiligen Detektors kennzeichnendes Signal liefern,

- daß ein programmierbarer Zeitgeber (50) mit einem ersten Takteingang an einen Bezugsfrequenzgeber (FS) angeschlossen ist,

- daß der Ausgang der Steuereinrichtungen mit einem ersten Gate-Eingang des programmierten Zeitgebers verbunden ist, •daß der programmierte Zeitgeber ein Datenfenster vorgegebener Länge erzeugt,

- daß der programmierte Zeitgeber mit einem zweiten Takteingang an den Ausgang der Wandlerstufe (VFOC) angeschlossen ist und mit der von dieser Wandlerstufe gelieferten Impulsfolge

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beaufschlagt wird,

- daß das Datenfenster an einen zweiten Gate-Eingang des programmierten Zeitgebers anlegbar ist,

- daß der programmierte Zeitgeber aus den angelegten Signalen eine Maßgröße für die Neutronenaktivität während des Datenfensters in Abhängigkeit von der Detektorposition im Reaktorkern erzeugt, und

- daß Einrichtungen vorhanden sind, mit welchen die Maßgröße für die Neutronenaktivität abgreifbar ist.

2. Datensammelsystern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wandlerstufe (VF) ein Spannungs-Frequenzwandler ist, welcher das elektrische, vom Detektor gelieferte Spannungssignal in ein Frequenz signal umwandelt, und

- daß die Wandler stufe ferner eine optische Trennschaltung (OC) umfaßt, über welche die vom Wandler gelieferte Impulsfolge an den programmierten Zeitgeber (50) anlegbar ist.

3. Datensammelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Schrittkodier er (E) zwischen die mechanische Antriebseinrichtung des Detektors und die Antriebssteuerung geschaltet ist, um 90 gegeneinander verschobene Rechteckschwingungen zu liefern, welche die Position des Detektors kennzeichnen, daß die Steuereinrichtungen einen Phasendetektor (60) für die um 90 verschobenen Schwingungen umfassen, welcher Wechselimpulse entsprechend der Bewegungsrichtung des Detektors erzeugt, und

- daß der Phasendetektor (60) über eine logische Schaltung mit dem ersten Gate-Eingang des programmierbaren Zeitgebers (50)

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verbunden ist, um ein Startsignal auszulösen, welches den Beginn des Datenfensters kennzeichnet.

4. Datensammelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Bezugsfrequenzgeber (FS) eine kristallgesteuerte Frequenzquelle ist.

5. Datensammelsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuereinrichtungen mit dem ersten Gate-Eingang des programmierbaren Zeitgebers verbundene Logikschaltungen umfassen, welche auf einen Steuerbefehl ansprechen, um das Startsignal für die Auslösung des Datenfensters zu übertragen.

6. Datensammelsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß der programmierbare Zeitgeber einen Binärzähler umfaßt, der einen Zählwert entsprechend der an den Takteingang angelegten Impulsfolge während des durch den programmierbaren Zeitgeber festgelegten Datenfensters erzeugt, und

- daß der Zählwert als Maßgröße für die von dem Detektor in einer bestimmten Position im Kernreaktor gemessene Neutronenaktivität durch die Steuereinrichtungen gespeichert wird.

7. Datensammelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einrichtungen, mit welchen die Maßgröße für die Neutronenaktivität abgreifbar ist, ein Mikroprozessor ist.

8. Datensammelsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Schnittstellenschaltung (72) zwischen den programmierbaren Zeitgeber (70) und den Mikroprozessor (MP) geschaltet

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ist, daß der programmierbare Zeitgeber ein das Ende des Datenfensters kennzeichnendes Signal liefert, um dem Mikroprozessor anzudeuten, daß die Maßgröße für die Neutronenaktivität verfügbar ist, und

- daß der Mikroprozessor nach seinem Zugriff auf die Maßgröße für die Neutronenaktivität ein Löschsignal zum Binärzähler überträgt.

9. Datensammelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Folge, mit welcher Datenfenster erzeugt werden, ein Vielfaches der Periode der Netzversorgung ist.

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