徐佳林

（中核核電運行管理有限公司 技術(shù)一處，浙江 海鹽 314300）

0 引言

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機[1]，即輻射監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲系統(tǒng)。包含一套計算機硬件系統(tǒng)和一套完整的數(shù)據(jù)采集軟件及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫軟件。

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機負(fù)責(zé)采集并存儲輻射監(jiān)測系統(tǒng)所有就地通道的實時數(shù)據(jù)，并實時向電站計算機提供輻射監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，供主控監(jiān)盤。

國內(nèi)該核電機組輻射監(jiān)測系統(tǒng)于2004年完成數(shù)字化改造后，相關(guān)設(shè)備已投入運行10多年，原用于輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)集中顯示的專用計算機設(shè)備老化，計算機軟件及硬件均已落后，輻射監(jiān)測軟件運行緩慢，數(shù)據(jù)庫比較臃腫，監(jiān)測軟件（包括模擬量采集裝置軟件）存在缺陷，偶爾出現(xiàn)操作響應(yīng)不及時和誤報警的現(xiàn)象。

經(jīng)過運行實踐，原系統(tǒng)存在如下缺點或不足之處：

1）工控機輻射監(jiān)測程序和模擬量采集程序存在缺陷，偶爾發(fā)生誤報警。

2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計不規(guī)范，導(dǎo)致工控機長時間投入運行后，數(shù)據(jù)庫變得臃腫，運行性能降低，需要定期對工控機開展維護工作。

3）模擬量采集裝置的程序沒有維護記錄及維護手冊，該軟件可能存在缺陷，偶爾發(fā)生誤報警。

在本次輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機改造項目的方案設(shè)計中，需充分考慮到舊系統(tǒng)設(shè)計上的缺點，在新的計算機信息機柜設(shè)計上予以避免。

表1 輻射監(jiān)測系統(tǒng)信息機柜應(yīng)完成的任務(wù)Table 1 Radiation monitoring system information cabinets tasks to be completed

1 系統(tǒng)需求設(shè)計

根據(jù)原輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機的功能，針對其存在的問題，結(jié)合計算機軟硬件發(fā)展新技術(shù)，提出了新的設(shè)計方案。

1.1 輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機信息機柜的任務(wù)

按照設(shè)備技術(shù)規(guī)格書及性能指標(biāo)的要求進行任務(wù)分解，根據(jù)原輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機的功能與任務(wù)，調(diào)研方家山及廣核相關(guān)核電機組輻射監(jiān)測系統(tǒng)信息機柜的功能，新的信息機柜應(yīng)完成以下任務(wù)，見表1。

1.2 系統(tǒng)的總體構(gòu)架

國內(nèi)該核電機組輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備主要由262廠和MGP公司供貨。262廠的第一代數(shù)字化產(chǎn)品采用485總線通訊，所有就地處理機箱M-2024分成6個485鏈路。MGP供貨的13個通道由相關(guān)數(shù)據(jù)處理組件輸出4mA～20mA電流與輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)相對應(yīng)。

新的信息機柜采用標(biāo)準(zhǔn)19″信息機柜，由1臺高性能服務(wù)器、1臺打印機、2臺模擬量采集裝置（互為冗余）、數(shù)據(jù)采集軟件及數(shù)據(jù)庫等組成，總體架構(gòu)見圖1，方框內(nèi)為下層RS485總線結(jié)構(gòu)。

信息機柜需具備9組以上RS485接口，其中1組與電站計算機通訊，6組與下層結(jié)構(gòu)通訊，2組與模擬量采集裝置通訊，并留有備用口。模擬量采集裝置具備同時采集處理13路以上的0V～10V模擬量信號的能力，同時裝置擁有液晶屏，能顯示各路模擬量信號的測量值和報警信息。

圖1 總體構(gòu)架圖Fig.1 Overall architecture diagram

1.3 軟件運行環(huán)境需求

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機數(shù)據(jù)采集軟件運行于高性能服務(wù)器上，完成電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書所規(guī)定的需求。數(shù)據(jù)采集軟件運行的軟件環(huán)境需求如下：

1）Windows Server 2008 R2 Enterprise Edition（或以上版本）。

2）SQL數(shù)據(jù)庫為SQL2000（或以上版本）。

1.4 硬件運行環(huán)境需求

數(shù)據(jù)采集軟件運行于輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機機柜服務(wù)器上，對服務(wù)器硬件環(huán)境的需求如下：

1）處理器雙核2.0GHz以上。

2）至少2GB內(nèi)存。

3）硬盤：硬盤空間至少1TB，且采用RAID5磁盤陣列。

4）顯示器：工業(yè)用19寸加固顯示器。

5）至少3塊多串口卡，每塊多串口卡有8路串口，支持RS485通訊方式?？筛鶕?jù)用戶需求增加通訊鏈路。

6）每路串口具備最多與31個監(jiān)測通道通訊的能力。

1.5 性能指標(biāo)

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機信息機柜的主要性能指標(biāo)需求如下：

1）采集和處理所有輻射監(jiān)測系統(tǒng)通道的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）每條RS485鏈路（M-2024機箱）的掃描時間不超過60s。

3）與模擬量采集裝置通訊鏈路的掃描時間不超過10s。

4）每間隔一段時間（≤60s）存儲一輪輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5）與電站計算機的命令響應(yīng)時間不超過100ms。

6）數(shù)據(jù)采集軟件運行時，CPU平均負(fù)荷率應(yīng)不大于30%。

7）程序能長期穩(wěn)定運行。

表2 硬件設(shè)備信息表Table 2 Hardware device information table

1.6 接口及通訊協(xié)議

1.6.1 與M-2024的接口及通訊協(xié)議[2]

按照輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書要求，就地測量處理單元M-2024按分組鏈接在各路RS485總線上。因此，數(shù)據(jù)采集軟件與M-2024通訊的硬件接口采用RS485接口，波特率采用9600bps。

數(shù)據(jù)采集軟件需要面臨與下游RS485各鏈路的M-2024機箱進行通訊。與M-2024的通訊協(xié)議采用國營262廠的《核輻射監(jiān)測儀表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議》（EJ62.1047—2004）所定義的標(biāo)準(zhǔn)。

在將來的設(shè)備改造中，將逐步采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議，兼容新一代的MGP產(chǎn)品。

1.6.2 與模擬量采集裝置的接口及通訊協(xié)議

數(shù)據(jù)采集軟件與模擬量采集裝置的接口為RS485接口，波特率采用38400bps。

數(shù)據(jù)采集軟件與模擬量采集裝置的通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議。

1.6.3 與電站計算機的接口

數(shù)據(jù)采集軟件與電站計算機的硬件接口采用RS485接口，波特率采用9600bps。

數(shù)據(jù)采集軟件與電站計算機的通訊協(xié)議采用國營262廠的《輻射監(jiān)測專用計算機與電站計算機間的通訊協(xié)議》所定義的標(biāo)準(zhǔn)。

2 硬件及軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)需求，結(jié)合當(dāng)前計算機軟硬件的發(fā)展形勢，對系統(tǒng)的硬件及軟件做出如下要求。

2.1 硬件部分

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機信息機柜的核心硬件是服務(wù)器。高性能的服務(wù)器是系統(tǒng)日后穩(wěn)定運行的保障。

模擬量采集裝置的精度和穩(wěn)定性也影響著整個系統(tǒng)的可靠性。

在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇了如下硬件，見表2。

2.2 軟件部分

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機信息機柜的核心設(shè)備采用當(dāng)前最新的高性能服務(wù)器，以及最新的數(shù)據(jù)采集卡（MOXA卡）組成。高性能服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用 Windows Server 2008 R2操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用最新的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)采集軟件[3]（命名為QSRMSStudio軟件）采用成熟的內(nèi)核，運行環(huán)境基于Windows Server 2008 R2操作系統(tǒng)和SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫，操作風(fēng)格設(shè)計為當(dāng)前流行的Windows 7操作風(fēng)格。

QSRMSStudio軟件各組成部分的功能分工描述如下：

1）核心功能通訊程序，負(fù)責(zé)輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括模擬量和數(shù)字量）的采集和存儲、與電站計算機的通訊。

圖2 軟件運行界面截圖Fig.2 Screenshot of the software runtime interface

2）作為前端界面程序運行，是直接面向用戶的人機交互界面，主要用于輻射監(jiān)測通道的監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)顯示、歷史曲線趨勢查詢、歷史曲線趨勢打印等。

3）存儲輻射監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)至硬盤。

4）運行于高性能服務(wù)器上。

QSRMSStudio軟件采用SQL2008數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)存儲任務(wù)。QSRMSStudio軟件采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行數(shù)據(jù)儲存與管理，至少保證5年的數(shù)據(jù)存儲能力。

QSRMSStudio軟件運行界面參照原輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機軟件的運行界面，見圖2。

3 安裝與調(diào)試

3.1 機柜的現(xiàn)場安裝

輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機信息機柜完成現(xiàn)場安裝。信息機柜安裝完畢后的現(xiàn)場照片見圖3。

3.2 現(xiàn)場調(diào)試

RMS信息機柜安裝完畢后，對所有測量通道進行了調(diào)試。

3.2.1 模擬量通道調(diào)試試驗

在RMS信息機柜安裝完畢后，輻射監(jiān)測系統(tǒng)正式投入運行前，對模擬量通道進行調(diào)試。

試驗方法如下：對兩個LOCA通道和中子測量通道，用MASS2軟件設(shè)置LPDU的虛擬測量值。設(shè)置完畢后，觀察QSRMSStudio軟件的界面顯示，軟件界面應(yīng)顯示相應(yīng)的虛擬測量值，同時擁有對應(yīng)的報警顏色提示（綠色表示正常、黃色表示警告報警、紅色表示高報報警）。對于老的MGP設(shè)備采用INR單元的（兩個R27通道，4個PIG通道，4個N-16通道），直接在端子排上加2V～10V電壓（注：INR單元對應(yīng)量程上下線輸出4mA～20mA電流，并聯(lián)一500Ω電阻成2V～10V電壓）。試驗過程中，模擬量采集裝置的液晶顯示面板也應(yīng)顯示相應(yīng)的虛擬測量值，同時擁有對應(yīng)的報警顏色提示（白色表示正常、黃色表示警告報警、紅色表示高報報警）。

圖3 機柜安裝圖Fig.3 Cabinet mounting diagram

試驗過程中，電站計算機也應(yīng)顯示相應(yīng)的測量值，并擁有對應(yīng)的報警顏色提示。

3.2.2 M-2024各通道調(diào)試試驗

M-2024就地處理機箱是262廠的第一代數(shù)字化產(chǎn)品，采用485總線通信。其主要調(diào)試內(nèi)容和方法如下[4]：

1）各M-2024通道通電投入運行，驗證M-2024就地處理箱測量值與信息機柜QSRMSStudio軟件界面顯示是否一致。同時，檢查每個通道的報警閾值、靈敏度（如有）、本底是否與就地處理箱設(shè)定值一致。

2）報警功能檢查。通過修改就地各機箱的報警參數(shù)，使其發(fā)出失效報警、警告報警、高報報警，并在QSRMSStudio軟件顯示界面確認(rèn)對應(yīng)的狀態(tài)顏色。

3）源檢測試。當(dāng)就地處理機箱發(fā)出源檢命令，檢查QSRMSStudio軟件顯示界面數(shù)值、顏色狀態(tài)、單位是否正確。

4）就地各流量計顯示值確認(rèn)。就地各流量計輸出4-20mA電流，經(jīng)隔離模塊轉(zhuǎn)換成1V～5V的電壓信號進入M-2024機箱。各流量計通道投入運行，驗證流量計本地顯示與QSRMSStudio軟件界面顯示是否一致。若流量計顯示零的通道，直接在M-2024機箱模擬量輸入端模擬1V～5V的信號，反推算流量值，加以驗證。

3.3 調(diào)試過程中遇到的問題

在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)無論是模擬量通道還是M-2024通道，所有的高值報警狀態(tài)（紅色），均無法送至電站計算機[5]。

經(jīng)分析《輻射監(jiān)測專用計算機與電站計算機間的通訊協(xié)議》不存在問題。

解決過程：強置高報狀態(tài)位為“1”，高報狀態(tài)能送至電站計算；強置警告狀態(tài)位為“1”，警告狀態(tài)（黃色）也能送至電站計算機；同時強置警告狀態(tài)與高報狀態(tài)位為“1”，電站計算機數(shù)據(jù)塊顯示正常（綠色）。當(dāng)輻射監(jiān)測系統(tǒng)某通道處于高值報警時，警告報警同時觸發(fā)，即同時置警告和高報狀態(tài)位為“1”，此時高值報警狀態(tài)無法送至電站計算機。

針對此問題，在QSRMSStudio軟件中做了修改，在儀器處于高值報警時，強置警告狀態(tài)位為“0”，此時高值報警狀態(tài)（紅色）能送至電站計算機。測試所有通道，均能正常送警告、高報狀態(tài)至電站計算機。

4 結(jié)論與展望

本次變更，采用了當(dāng)今流行的服務(wù)器，代替了10年前的工控機，計算機的性能上得到了很大的提升。服務(wù)器硬盤采用RAID5組態(tài)形式，每塊硬盤1T，共4TB，為數(shù)據(jù)長時間安全存儲提供了保障。

模擬量數(shù)據(jù)采集通道（MGP的13個通道）采用冗余的數(shù)據(jù)采集裝置。當(dāng)一套裝置發(fā)生通訊故障的時候自動切換到另一套裝置。每一采集通道均采用隔離裝置，大大提高了模擬量采集通道的設(shè)備可靠性。變更運行至今，未發(fā)生過因模擬量采集裝置而引發(fā)的誤報警。

數(shù)據(jù)庫更新后，按輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)的年月日進行了歸類，以輻射監(jiān)測通道的名稱為數(shù)據(jù)庫建立索引，實施了數(shù)據(jù)分類和索引等管理手段。數(shù)據(jù)采集軟件運行流暢，不再出現(xiàn)操作卡頓等現(xiàn)象。運行期間，數(shù)據(jù)采集軟件的平均CPU使用率小于10%。

調(diào)試結(jié)束正式投入運行以來，運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)曲線等主要功能均滿足設(shè)計要求。

本次變更中，預(yù)留了15個485通訊口，同時預(yù)留了17個模擬量通道口。這些端口的預(yù)留，為接下來輻射監(jiān)測系統(tǒng)部分通道的改造，為PSR弱項關(guān)于輻射監(jiān)測通道的整改提供了方便。同時，本次變更，重新梳理了輻射監(jiān)測系統(tǒng)專用計算機與電站計算機的通信協(xié)議，為后續(xù)電站計算機的改造提供了方便。這也為后續(xù)衛(wèi)生出入口增加輻射監(jiān)測查詢機提供了方便。