核电站风管放射性气体活度监测系统数字化设计.docVIP

核电站风管放射性气体活度数字监测系统设计 (，郭伟，王旻 （中科华核电技术研究院，深圳 518124 摘要： 关键词：风管数字监测系统；数字化设计；PLC；HMI；状态参数监控 中图分类号：TL81 文献标码： 文章编号： 核电站风管放射性气体活度监测系统以下简称风管监测系统主要用于对核电站放射性厂房排入烟囱的各排风管道中的放射性气体比活度Bq/m3）进行监测，实现不间断监测核电站重要区域通风管道中的放射性含量和辐射水平，以控制放射性气体向环境的异常排放，从而保证核电站的安全运行并保证工作人员能安全工作，防止任何剂量事故[1]。 1 设计要求及主要技术指标 风管监测系统取样最多为9个通道，一般采用8个通道，1个通道备用。 1.1 控制流程 风管监测系统取样工作流程是：首先根据取样需要进行循环取样，取样之后进行汽水分离，气溶胶过滤，然后在除湿加热装置中进行除湿操作和加热操作，降低取样气体中的相对湿度，并提高进入探测器前的取样气体温度，保证放射性气体探测装置对放射性气体比活度测量的准确性。最后，测量完成，取样气体通过输出管路排出。图1为典型的取样流程图。数字监测系统 图2风管监测系统示意图 表1 数字监测系统主要功能 序号 功能 对9路测量通道的自动(能设定自动循环时间)或手动扫描 2 对手动三通阀、电磁阀和泵的状态监控 3 对12个电磁阀的开关控制包括：9个通道电磁阀、2个冲洗电磁阀和1个总气路电磁阀 4 对9路测量通道的剂量率的采集，4-20mA模拟量转换显示功能，并能实现通道超阈值报警远传 5 对通道故障、电磁阀故障判断以及取样回路有限性验证 6 对扫描测量报警禁止功能 7 与LPDU的基于RS485接口的MODBUS RTU从站通讯，并实现数据传输 8 与上位机DAS1和DAS2的基于RS485的MODBUS RTU主站通讯。 2 方案设计 2.1 硬件设计 系统硬件设备主要包括电源模块、CPU模块、CP341通讯模块、输入输出模块、PM160接口模块、触摸屏HMI）等。硬件配置。表系统 序号 硬件名称 型号 功能 1 电源模块 PS307 5A 提供机架24V电源 2 CPU模块 CPU314C-2DP 用户程序处理 2.1 X1接口 MPI接口 连接MP277触摸屏 2.2 X2接口 DP接口 连接PM160网关模块 2.3 自带输入输出模块 DI24+DO16 手动阀位监测+超阈值报警 2.4 自带输入输出模块 AI5+AO2 　 3 数字量输出模块 SM322 DO16 电磁阀控制 4 模拟量输出模块 SM332 AO8 9通道剂量率转换输出 5 RS485接口模块 CP341 作MODBUS从站，与DAS1通讯 6 RS485接口模块 CP341 作MODBUS从站，与DAS2通讯 7 PROFIBUS转MODBUS网关 PM160 与LPDU通讯，读取泵运行状态、通道剂量率等 2.1.1 输入输出接口 本系统的PLC控制箱的信号接口：9路手动阀阀位反馈信号；冲洗时间、采样时间设定；9个通道电磁阀、2个冲洗电磁阀和1个总气路电磁阀控制输出信号；通道辐射剂量率报警输出信号；代表通道放射性剂量的4-20mA模拟量输出信号PLC模块 泵运行状态及通道放射性剂量率采样.1.4 HMI 数字监控平台人机界面（HMI）设备采用西门子MP277触摸屏，通过MPI总线与CPU314C-2DP模块的MPI接口相连。HMI实现系统工艺流程的监控功能，包括泵的运行状态显示，各通道手动阀、电磁阀以及冲洗阀和总气路电磁阀的阀位反馈和监控，各通道采样的放射性剂量显示与换算，报警阈值设置，采样时间、冲洗时间及模式设置，报警记录，LPDU性能参数读取等。HMI完成整个系统的信息数据数字化、流程图形化的友好人机交互。 2.2 软件 2.2.1 软件平台及组成 PLC软件开发平台是采用西门子SIMATIC STEP7 5.5+SP3+HF1中文版，附加MODBUS软件选件包CP PtP Param和CP PtP Modbus Master/Slave。HMI软件组态平台是采用西门子SIMATIC WINCC flexible 2008 sp3。此外PM160的组态软件和GSD配置文件由厂家提供。 2.2.2 状态流程监控程序 取样装置利用PLC控制各电磁阀实现循环扫描，同时通讯程序根据取样时间点读取剂量取样结果，分配对应到相应的通道。各个取样支路的循环取样遵循相同的取样逻辑，即通过手动控制三通阀的开关阀位，以此选择需要采样的通道，自动模式时：A支路取样电磁阀打开汽水分离器上下冲洗电磁阀打开A支路取样电磁阀关闭B支