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摘要：
本文介绍了监控系统设计，包括各个工艺系统的设计、报警连锁、控制室等的设计。系统耦合试验装置监控系统对整个系统进行监控，并得到发电元件和散热部件的试验数据，以及各分系统的运行状态。监控系统负责对系统耦合试验装置各个工艺系统进行数字化监控，是系统耦合试验装置的指挥中心。
关键词：
系统耦合试验装置；监控；通讯
0引言
系统耦合试验装置监控系统是用于操作试验装置工艺设备、监测系统运行工况、保护重要设备等的系统。考虑到试验装置包含多个工艺系统，而且有些系统如氦气系统、铯系统、NaK合金充装及在线净化系统等都有较复杂的工艺准备操作。因此，主监控系统应具备远程监控和现场操作两种功能。另外，提供必要的报警信号和保护动作［1］。监控系统具有以下功能：
1）根据操纵人员指令或系统自动完成各工艺系统和设备的运行操作。
2）自动采集试验数据和各工艺系统的运行数据，并将数据显示在显示器上和存储在硬盘里。
3）设定报警参数，当报警参数超过限制值时给出报警信号，报警信号将通过显示器、报警灯和警报器发出，记录报警参数和报警状态。
4）监测重要系统和设备的保护参数，当保护参数超过限制值时，给出保护动作信号和报警信号。
5）具有友好的人机操作界面，提供清楚、美观、有动画效果的系统流程图和实时数据显示，提供数据实时曲线显示和历史回顾。
6）各工艺系统和设备的操作可通过计算机界面实施，也可使用控制按钮完成操作。
7）生成各种日志、报表，利用打印机和光盘刻录机将运行信息进行记录和永久保存［2］。
1监控系统构成
系统耦合试验装置监控系统的设备包括：2套I/O现场控制站、2台操纵员站（其中1台兼工程师站）、1个主控制台以及通讯网络和必要的辅助设备等[3]。监控系统设备配置图。
2主工艺回路监控技术方案
2.1结构和功能
主工艺回路由真空室1、真空室2、NaK回路、电磁泵、膨胀罐以及阀门组成。主工艺回路上的电磁泵为NaK合金在回路中的流动提供动力，膨胀罐用于回路压力的控制。主工艺回路的运行监测和保护由主监控系统完成。在试验的不同阶段，试验人员可操作流程，通过主监控系统向相关的各工艺分控制系统发送指令，调度各工艺系统配合主工艺系统完成操作。主监控系统还要采集主工艺回路上的8个测点，其中温度测点5个，压力测点1个，液位测点2个。
2.2工艺描述
主工艺回路的工况包括：抽真空、NaK充装、试验运行、正常排NaK和事故排NaK。
1）抽真空工况。根据操作规程，对回路进行抽真空，达到试验所需的真空度要求，并按要求保持回路真空。
2）NaK合金充装工况。首先要对NaK合金进行在线净化，达到试验的纯净度要求后，开始整个回路充NaK合金。当位于回路水平面最上方的膨胀罐达到设定液位值时，工艺回路充满，充入覆盖气体，调节回路压力，并使电磁泵和电加热器置低功率运行状态，维持NaK流动和回路温度。
3）试验工况。在试验工况下，主监控系统通过电磁泵和电磁流量计来调节和监测NaK冷却剂的流量，通过加热器调节转换器入口冷却剂的温度。
4）正常排NaK。在试验结束后，使NaK逐步降温至合适温度时，NaK合金靠重力流到储存罐中，当储存罐温度、液位回到充NaK前的水平时，排NaK结束。
5）事故排NaK。当台架发生事故需要紧急排NaK时，关闭电磁泵和电加热器，打开气动阀和电磁阀，液态NaK合金靠重力流到储存罐中。
3硬件设计
系统耦合试验装置监控系统硬件包括以下几部分：
1）I/O现场控制站。CPU模块:CPU模块通过多种通信接口，可与现场控制站的I/O模块相连构成一个完整的数据采集系统，同时还能通过各种通讯端口实现与上位机及其他系统的互连。电源模块:PLC机架上的电源冗余配置在机架的两侧，给各I/O模块供电，采用冗余热备，均流工作方式，某一个部件发生故障时，系统仍可以保持正常工作。I/O模块:所有的I/O模件均采用施奈德的产品，负责模拟量、开关量的采集和模拟量开关控制信号的输出。模块内采用了光电耦合隔离、光耦隔离或机械隔离等适当的隔离措施。使模块内外在电气上分离，以防止异常信号进入模块。直流电源模块:机柜内配置了直流电源模块，用来给现场的开关量及模拟量节点提供巡检电压，为开关量与模拟量供电采用独立的供电电源。机柜内直流电源为双入（交流220V），输出（直流24V）的冗余的方式，以提高系统的可靠性。通讯模块:机柜内设有2个2通道的串行通信模块（支持Modbus协议）。串行通信模块将用于监控系统与工艺各分控系统（水冷却机组、NaK合金灌注和排放系统、真空系统、电性能测量系统）之间的通讯。另外备1个支持多种协议（TCP/IP、UDP、CAN、Modbus）的网络通信模块。
2）操纵员站。2台操纵员站位于主控制室，其中1台兼作工程师站。它们通过以太网与现场控制站PLC进行数据交换，监控试验装置的运行状态，并对操作员的各种操作请求作出响应，如图形切换、数据显示、趋势显示、屏幕拷贝、表格日志查询等。
3）主控制台。1个主控制台位于主控制室，为3300mm宽，1280mm高，1100mm深的钢木结构机柜。其上除了安装2台操纵员站外，还设置了2个冗余的紧急排钠按钮。在主控制台上还设有工业电视。此外，操纵台上还配备有1部电话和1台打印机。
4）打印机。可打印实时报表、备份报表、屏幕拷贝、报警列表、报警回顾、操作记录及事故追忆等。
5）工业电视系统。该系统由1个工业电视主机、1个显示器、1个大屏幕显示器、4个彩色摄像头组成。其中，工业电视主机及其显示器设在主控制台上。大屏幕显示器专门用于显示工业电视的画面。4个彩色摄像头布置在现场，用于监视主要设备和试验现场。摄像头均为固定式，不需要云台，但要求在安装调试时焦距可调。工业电视存储容量应确保存储20天以上的影像。
6）大屏幕显示器。主控制室设有2台60寸大屏幕显示器。一台连接到操作员站上，用于显示系统操作画面；一台连接工业电视，用于显示现场画面，并可实现画面的分屏显示，或者一个画面的全屏显示。
4软件设计
系统耦合试验装置监控系统采用WindowsXPSP3操作系统。上位机组态软件采用Citect组态软件。下位机软件采用UnityProS版本。在Citect组态软件上可实现数据采集，构建交互式的工艺流程操作界面，实现控制操作、曲线显示、数据回放、输出打印报表等功能。
5结论
系统耦合试验装置监控系统采用全数字化系统，并根据核电站监控系统的要求设计完成，通过大量的调试工作，成功运行1200h。对发电元件进行了大量实验，最后顺利关闭系统。监控系统在启动、运行、关闭等过程中实时监测各工艺系统，并将监测数据实时记录、保存。同时，监控系统能够实时报警并进行相应报警动作，为后期核设施设计、试验等提供了宝贵的经验。
作者：陈莉 单位：中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部
参考文献：
[1]系统耦合试验装置任务书［Z］.2012.
[2]匡俊华，王林斗，王可，等.监控系统设计［J］.电子测量技术,2006,29(1):95-96.
[3]李宁.PLC监控系统设计［D］.内蒙古：内蒙古大学,2008.
