數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置響應(yīng)時(shí)間分析及設(shè)計(jì)

1、    數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置響應(yīng)時(shí)間分析及設(shè)計(jì)    王明星孫詩(shī)炎伍巧鳳葉奇賀理【摘 要】反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)堆保護(hù)裝置最重要的性能指標(biāo)，文中通過(guò)對(duì)反應(yīng)堆保護(hù)裝置各個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的分析，確定了各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響，并從理論上計(jì)算得出其響應(yīng)時(shí)間的最大值?！娟P(guān)鍵詞】反應(yīng)堆保護(hù)裝置；響應(yīng)時(shí)間；數(shù)字化0 引言反應(yīng)堆保護(hù)裝置是反應(yīng)堆一回路儀表與控制系統(tǒng)的重要組成部分，屬于核安全級(jí)設(shè)備，它采集安全分析所提出的保護(hù)參數(shù)，當(dāng)保護(hù)參數(shù)超過(guò)保護(hù)定值時(shí)，發(fā)出緊急停堆指令或安全降功率指令。同時(shí)保護(hù)裝置還具有安全報(bào)警功能和專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)功能。當(dāng)保護(hù)參數(shù)超過(guò)保護(hù)定值

2、時(shí)，及時(shí)執(zhí)行停堆、安全降功率指令或驅(qū)動(dòng)專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施動(dòng)作，都能確保堆芯安全，限制事故發(fā)展，減少設(shè)備損壞，防止放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。反應(yīng)堆保護(hù)裝置能否及時(shí)執(zhí)行以上動(dòng)作，則是通過(guò)響應(yīng)時(shí)間來(lái)判斷的。1 響應(yīng)時(shí)間的組成以停堆響應(yīng)時(shí)間為例，對(duì)保護(hù)裝置而言，從被測(cè)保護(hù)參數(shù)超保護(hù)定值，到停堆信號(hào)輸出的時(shí)間，定義為保護(hù)裝置的停堆響應(yīng)時(shí)間1。反應(yīng)堆保護(hù)裝置的停堆響應(yīng)時(shí)間一般受數(shù)據(jù)采集模塊、定值比較模塊、冗余通道間數(shù)據(jù)交換、邏輯處理模塊、信號(hào)輸出模塊影響，各模塊間的信號(hào)交換方式種類(lèi)較多，本文中各模塊間的數(shù)據(jù)交換利用雙口ram進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各通道間數(shù)據(jù)利用can網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。數(shù)據(jù)采集模塊由ad采集卡完成，定值比較、

3、邏輯處理由cpu卡完成，通道間數(shù)據(jù)交換由通訊卡完成。實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，為降低誤停堆概率，通常采用4取2（或者3取2）符合技術(shù)，即是否執(zhí)行停堆動(dòng)作不由單個(gè)通道決定，而由所有冗余通道中的任意2個(gè)通道共同決定。3 響應(yīng)時(shí)間分配方案由圖1可知，停堆響應(yīng)時(shí)間由5部分組成。t1為現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)經(jīng)ad采集卡采集后放入ad卡雙口ram的時(shí)間，其最大值為2×tad（見(jiàn)圖2，tad為ad卡的循環(huán)周期）。t2為cpu卡接收ad卡雙口ram數(shù)據(jù)，完成定值比較，最后存入cpu卡雙口ram的時(shí)間，其最大值<（m+1）×tcpu，m代表的兩次寫(xiě)通訊卡雙口ram之間cpu卡循環(huán)次數(shù)（見(jiàn)圖3，tcpu為

4、cpu卡的循環(huán)周期）。t3為通訊卡讀取cpu卡雙口ram數(shù)據(jù)，發(fā)送到can總線(xiàn)，并存入另一通道cpu卡雙口ram的時(shí)間，其最大值< p>t4為另一通道cpu卡讀取通訊卡雙口ram數(shù)據(jù)，完成邏輯處理，并存入do卡（開(kāi)關(guān)量輸出卡）雙口ram的時(shí)間。其最大值<2×tcpu（見(jiàn)圖5）。t5為do卡讀取do卡雙口ram數(shù)據(jù)，完成信號(hào)輸出的時(shí)間，其最大值為2×tdo（見(jiàn)圖6，tdo為do卡的循環(huán)周期）。則反應(yīng)堆保護(hù)裝置停堆響應(yīng)時(shí)間：t<2×tad+（m+3）×tcpu+n×t+3×t通訊卡+t總線(xiàn)延遲+2×tdo

5、工程應(yīng)用中，一般要求t150ms。tad一般為30ms50ms。本文中取30ms，t通迅、tdo一般為微秒級(jí)，文中t通迅=500s，tdo=180s。對(duì)于cpu卡，文中采用的vxworks操作系統(tǒng)，其默認(rèn)的系統(tǒng)調(diào)度周期為16.6ms，t總線(xiàn)延遲的分析詳見(jiàn)第4節(jié)。而所需發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)量，則和通訊數(shù)據(jù)總量和編碼方式有關(guān)，文中一共需要發(fā)送4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幀。n×t和（m+3）×tcpu是需要相互協(xié)調(diào)的，它們之間不匹配有可能會(huì)造成發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的不匹配。從n=4和tcpu=16.6ms，確定m=1，t=3ms，這樣：2×tad+（m+3）×tcpu+n×t+3

6、×t通迅卡+2×tdo=140.26ms4 t總線(xiàn)延遲的確定與驗(yàn)證4.1 最大理論延遲分析與確定因?yàn)閏an總線(xiàn)為搶占式通訊方式，所以對(duì)于如圖7所示的0x113報(bào)文，存在著理論上的最大發(fā)送延遲。它由兩部分組成：比0x113優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文（圖7中0x114）搶占總線(xiàn)的時(shí)間和比0x113優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文（圖7中0x111和0x112）搶占的總線(xiàn)時(shí)間。同時(shí)，如果同一報(bào)文發(fā)送過(guò)快的話(huà)，還有可能出現(xiàn)丟幀的情況3（見(jiàn)圖8）。4.2 實(shí)際情況分析文中，采用的為3通道冗余，即can節(jié)點(diǎn)數(shù)為3個(gè)，通道一發(fā)送0xa1、0x81、0xc1三種數(shù)據(jù)幀，通道二發(fā)送0x121、0x101、0x141三種數(shù)

7、據(jù)幀，通道三發(fā)送0x1a1、0x181、0x1c1三種數(shù)據(jù)幀，發(fā)送方式如圖5所示：通道中的數(shù)據(jù)是按順序發(fā)送的，不會(huì)互相搶占總線(xiàn)，由圖9可以得出各個(gè)通道的通訊延遲，分別如圖10、圖11、圖12所示?？偩€(xiàn)的波特率為500kb/s，采用標(biāo)準(zhǔn)幀傳送，可以算出，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幀傳輸占用總線(xiàn)時(shí)間為0.264ms。所以通道一的通訊延遲最大為0.528ms，通道二和通道三的通訊延遲最大為0.792ms。各數(shù)據(jù)幀的發(fā)送間隔最小的也有3ms，大于0.792ms，所以不會(huì)出現(xiàn)丟幀的情況。綜上所述，反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間tmax<141.052ms<150ms。5 結(jié)論通過(guò)對(duì)反應(yīng)堆保護(hù)裝置信號(hào)處理流程的分析，得出了停堆響應(yīng)時(shí)間的最大理論值表達(dá)式，分析了式中各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響。通過(guò)合理安排數(shù)據(jù)發(fā)送，并和cpu卡進(jìn)行配合，使得反應(yīng)堆保護(hù)裝置的停堆響應(yīng)時(shí)間滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1中廣核工程有限公司.壓水堆核電廠(chǎng)核島設(shè)計(jì)m.北京：原子能出版社，20