电子信息技术导论第7章介绍优秀PPT.ppt

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1、电子信息技术导论电子信息技术导论清华高校出版社清华高校出版社7.1核工程中的核电技术及先进限制技术概论核工程中的核电技术及先进限制技术概论 第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 为持续发展我国的核电技术，提高国内核电的经济运行水平、满足国内电力市场的需求，就必需探讨开发具有更高平安性和经济性的核电过程限制系统，加快实现核电国产化，因此接受先进限制技术提高我国核电过程限制的自动化水平和管理水平，对我国大力发展核电具有重要的现实意义。7.1.1 7.1.1 国内外核电技术的现状与发展趋势国内外核电技术的现状与发展趋势 1954 1954年年7 7月世界上第一座核电

2、站月世界上第一座核电站-苏联核电站起苏联核电站起先发电，开创了人类历史上和平利用原子能的新纪先发电，开创了人类历史上和平利用原子能的新纪元，揭开了核能用于发电的序幕。元，揭开了核能用于发电的序幕。近近2020年我国核电事业亦已起步并有了很大的进年我国核电事业亦已起步并有了很大的进展。秦山、大亚湾核电站已经投运，并正在接连兴展。秦山、大亚湾核电站已经投运，并正在接连兴建一些新的核电站。支配到建一些新的核电站。支配到20152015年装机电功率将达年装机电功率将达到到30000MW30000MW，2121世纪中期核电站发电量将占总发电量世纪中期核电站发电量将占总发电量2020以上。以上。第第7 7

3、章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用核电技术主要体现在核电站下面的五大主要设备及其相关技术。核反应堆蒸汽发生器 汽轮机装置核电汽轮机的凝汽装置核电汽轮机的汽水分别再热器 第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 各国核电技术的发展趋势可归纳为：改进堆芯设计一降低堆芯功能率密度，提高反应堆运行的平安余量；接受高燃耗的先进燃料组件、加大装载量，以延长燃料循环寿期；接受低中子泄漏的换料方式，降低反应堆压力容器的快中子注量，以延长电厂寿命。考虑超设计基准事故改进专设平安设施，增加

4、其独立性、冗余度和多样性，或应用非能动的平安设施；进行严峻事故的概率和后果分析，配置严峻事故下的检测仪表，并制定事故处置规程；利用电厂设施，使电厂复原到受控状态或减缓严峻事故后果。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 接受先进的仪表限制系统：应用数字式技术，提高故障自诊断实力，改善人机界面，以提高系统的牢靠性；应用一体化技术，接受标准化和模块化设计，以降低造价和缩短安装周期。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.1.2 7.1.2 国内外过程限制技术的现状及发展趋势国内外过程限制技术的现状及发展趋势微机测控系统微机测控系统:

5、由传感器、信号调理、输入接口、微机、输出接口和显示由传感器、信号调理、输入接口、微机、输出接口和显示 报警装置等基本单元和组件构成。报警装置等基本单元和组件构成。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 目前，国内外接受微机的过程限制技术和设备的探讨主要中目前，国内外接受微机的过程限制技术和设备的探讨主要中在以下几个方面：在以下几个方面：传感技术：将特定的非电参量如流量、压力、温度、位移、传感技术：将特定的非电参量如流量、压力、温度、位移、速度、气体成分、声音和光谱等转换为电参量的器件就是传速度、气体成分、声音和光谱等转换为电参量的器件就是传感器。感器。输入通道技

6、术：即将传感器采集到的各种信号如电压信号输入通道技术：即将传感器采集到的各种信号如电压信号（包括（包括mV级和级和v级）、电流信号、频率信号、开关信号和电级）、电流信号、频率信号、开关信号和电阻变更信号等通过调理、放大、整形、隔离等处理后输入到阻变更信号等通过调理、放大、整形、隔离等处理后输入到微机的通道配置技术探讨微机的通道配置技术探讨第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用输出通道技术：微机输出信号以限制外部设备的通道配置技术，包括输出通道结构、隔离、驱动、显示及语音等相关配置技术。总线接口技术：即各种在线检测模块、系统之间实现便利、牢靠的连接和信息传输的技术

7、。信号处理和软件开发技术：在线检测的最终目的是将检测对象的各种状态信息量转换成简洁识别的特征量，因此信号处理是其核心。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 国内外过程限制技术和仪器设备的三个发展趋势和方向是：进一步地实现更高水平的数字化、智能化模块化、集成化网络化和分布式检测第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 以微机为核心的测控系统大致有以下几种类型：（1）以单个限制器为核心的嵌入式测控系统（ECS）（2）以多台下位机与一台上位机之间进行通信的集散式测控系统（DCS）（3）多限制器之间互连构成网络的现场总线测控系统（FCS）

8、第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.2 核工程中的检测仪表和传感器 n 凡带有放射性核素源或核辐射探测器的检测仪表统称为放射性核素仪表（也称核仪器仪表或同位素仪器仪表）。n 同位素仪器仪表一般由放射源、核辐射探测器、电转换器、二次仪表等几部分构成。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.2.1 7.2.1 检测仪表和传感器概况检测仪表和传感器概况同位素仪表是利用核辐射与物质的相互作用及产生的吸取、散同位素仪表是利用核辐射与物质的相互作用及产生的吸取、散射或电离、激发等效应，获得有关物质的宏观、微观信息。射或电离、激发等效应

9、，获得有关物质的宏观、微观信息。同位素仪表具有以下特点：同位素仪表具有以下特点：不干脆接触被检测对象，是一种非破坏性的检测工具；不干脆接触被检测对象，是一种非破坏性的检测工具；可在各种苛刻条件如高温、高压、高粘度、高腐蚀性和高毒可在各种苛刻条件如高温、高压、高粘度、高腐蚀性和高毒性等状况下对非密闭和密闭容器内的物料进行非电参数的限性等状况下对非密闭和密闭容器内的物料进行非电参数的限制；制；检测灵敏度高、性能稳定牢靠、响应速度快、运用寿命长；检测灵敏度高、性能稳定牢靠、响应速度快、运用寿命长；可连续输出电信号，实现生产过程闭环自动限制；可连续输出电信号，实现生产过程闭环自动限制；体积小、重量轻，

10、便于携带和安装；体积小、重量轻，便于携带和安装；第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 强度型同位素仪表大量接受了计算机技术的具体表现为：密度计物位计厚度计水份计核子秤第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 强度型同位素仪表正朝着如下几个方面改进和完善：提高牢靠性，以适用恶劣工作环境的要求；提高响应速度和测量精度，以确保产品质量；仪表本身需能对各种因素的影响进行自动校正，以实现产品过程的最优化限制。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.2.2 7.2.2 探测器探测器 探测器是同位素仪表的关键部

11、件，它的作用是将射入其中探测器是同位素仪表的关键部件，它的作用是将射入其中的并与被测参数有函数关系的核辐射转变为一个电信号，这的并与被测参数有函数关系的核辐射转变为一个电信号，这个电信号仍旧与被测参量有着函数关系，并传输给下一级电个电信号仍旧与被测参量有着函数关系，并传输给下一级电路。路。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 衡量辐射探测器的主要性能指标通常有下面四个：n 探测量子效率n 响应度n 分光响应n 探测率第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用常用的探测器有：常用的探测器有：闪烁探测器：碘化钠单晶闪烁计数器、塑料闪烁计

12、数器、液闪烁探测器：碘化钠单晶闪烁计数器、塑料闪烁计数器、液体闪烁计数器体闪烁计数器气体探测器：电离室、正比计数器、盖革计数器等气体探测器：电离室、正比计数器、盖革计数器等半导体探测器：半导体探测器：HPGe（高纯锗探测器）等（高纯锗探测器）等第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用图图7.1 7.1 各种核探测器各种核探测器第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 （1）闪烁体探测器利用射线与物质发生光电效应等作用，常用闪烁晶体来探测射线。常用的射线探测器主要分为闪烁体探测器和半导体探测器。射线闪烁体探测器的探测效率高、价格较廉、运

13、用便利，所以在放射性现场测量中应用较广泛。同时闪烁体探测器受温度影响较小，无需在低温下工作，存放便利。常用的半导体探测器因其价格昂贵、探测效率较低或运用不便，使其在野外运用中受限。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n闪烁探测器能量辨别率可小于10%（对0.661 MeV的射线），测量能量范围为30keV 3MeV，是野外能谱仪常用的探测器。nNaI（Tl）闪烁体（规格为：7575mm）作为射线探测器较为合适图7.2 NaI（Tl）晶体探测器内部结构第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n基于NaI（Tl）探头的探测器是利用射线

14、能激发NaI（Tl）晶体发光的特性来工作的，它主要由NaI（Tl）晶体，光电倍增管GDB 等主要部分组成（如图7.2，7.3），一般状况下将NaI（Tl）晶体与光电倍增管和分压电路及射极跟随器组合装在一个暗盒中，组成探头部分（如图7.2 左虚线框部分）。图7.4 是传统的便携型能谱仪机械结构示意图。图7.3 NaI（Tl）闪烁能谱仪 图7.4 传统的便携型能谱仪机械结构示意图第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（2）气体探测器 是指以气体作为探测介质的辐射探测器。其基本工作原理是当带电粒子穿过气体时使气体分子电离，所产生离子对数目与粒子所损耗的能量有关。电离室

15、电极一般为平行板型。当两电极间的电位差大到足以使由辐射形成的离子对全部被电极所收集时，加在两极间的电压称为该电离室的饱和电压。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n正比计数管在两个电极间施加的电压超过饱和电压时，由于电场强度增加，造成由电离产生的电子有足够能量在气体中进一步产生次级电离，甚至次级电离的电子又产生新的离子对。这样由电极收集到的电荷远大于起始电离数，而且与电极间的电压有关，这就是气体放大作用，也就是正比计数管的工作原理。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n盖革-弥勒计数管盖革-弥勒计数管简称盖革计数管（图7.5）

16、，或GM计数管。其结构与正比计数管类似，但在阳极丝四周有更强的电场。这时由入射粒子引起的电离沿着整个阳极丝形成雪崩现象，而其输出电压脉冲的幅度与入射粒子能量和性质无关。n盖革计数管必需在管内加入少量猝息气体或用外加猝息电路，才能使其在一次放电后复原到正常状态，而且经过 100微秒左右的复原时间才能对新的入射粒子进行计数，因而在运用上受到确定的限制。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用图7.5盖革-米勒计数器图自猝灭流光计数管：当在计数管中猝息气体的比例很大而且在大气压力下时，其放电方式与盖革放电有本质的区分。它只产生局部的雪崩，故复原时间远小于盖革计数管。同样

17、可给出较大幅度的输出脉冲，而且也与起始电离无关。其脉冲持续时间只有数十纳秒。此外还可作成自猝灭流光室用于定位测量。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（3）半导体探测器：HPGe（高纯锗探测器）半导体探测器（semiconductor detector）是 以半导体材料为探测介质的辐射探测器。最通用的半导体材料是锗和硅，其基本原理与气体电离室相类似，故又称固体电离室。半导体探测器的前身可以认为是晶体计数器。半导体探测器有两个电极，加有确定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，即产生电子-空穴对。在两极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂移运动收集电极上会

18、感应出电荷，从而在外电路形成信号脉冲。但在半导体探测器中，入射粒子产生一个电子空穴对所需消耗的平均第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 能量为气体电离室产生一个离子对所需消耗的特别之一左右，因此半导体探测器比闪烁计数器和气体电离探测器的能量辨别率好得多。半导体探测器的灵敏区应是接近志向的半导体材料，而事实上一般的半导体材料都有较高的杂质浓度，必需对杂质进行补偿或提高半导体单晶的纯度。通常运用的半导体探测器主要有结型、面垒型、锂漂移型和高纯锗（图7.6）等几种类型。7.6同轴型高纯锗（hpge）探测器第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程

19、中的应用 7.2.3 7.2.3 核仪器仪表核仪器仪表 同位素仪表按射线入射到探测器前与物质发生相互作用的类型可分为透射式同位素仪表、反散射式同位素仪表、电离式仪表、同位素x荧光式仪表。放射源不断地放射出人们看不见的射线（、或射线），这种射线射到被测物上，一部分射线穿过被测物，一部分射线由于和被测物质中的原子碰撞而发生散射。射线和某些物质中的原子相遇时，还可能发生电离作用或激发作用。穿透式仪表 利用射线穿过被测物的多少与被测物某参数的关系而设计的仪表。有穿透式厚度计、穿透式密度计和穿透式液位计等。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用l反散射式仪表 利用射线的反

20、散射与散射体某参数的关系而设计的仪表。这种仪表有反散射式厚度计和散射式密度计等。l电离式仪表 利用射线对气体的电离作用而设计的仪表，这种仪表有气体压力计、气体流量计、气体成份分析仪等。l同位素x荧光式仪表 利用射线对物质的激发作用会产生特征x射线的原理而设计的仪表，这种仪表主要有同位素x荧光分析仪和同位素X荧光镀层厚度计。l中子式仪表 利用中子源射出的中于与物质相互作用产生核反应的原理而设计的仪表，用得较多的有中子湿度计。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.3 7.3 核电过程限制的现场总线核电过程限制的现场总线7.3.1 7.3.1 现场总线的定义及产生

21、现场总线的定义及产生依据国际电工委员会依据国际电工委员会IEC61158IEC61158标准定义，现场总线是指安装在标准定义，现场总线是指安装在制造或过程限制区域的现场装置与限制室内的自动限制装置制造或过程限制区域的现场装置与限制室内的自动限制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。之间数字式、串行、多点通信的数据总线。从本质上来说，现场总线是一种串行数字通信协议，是应用在从本质上来说，现场总线是一种串行数字通信协议，是应用在生产现场、在微机化测量限制设备之间实现双向串行多节点生产现场、在微机化测量限制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底数字通信的系

22、统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层限制网络。层限制网络。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 7.3.2 7.3.2 现场总线限制系统现场总线限制系统FCSFCS现场总线导致了传统限制结构的变革，形成了新型的网络集成现场总线导致了传统限制结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布限制系统式全分布限制系统现场总线限制系统现场总线限制系统FCSFCS（Fieldbus Fieldbus Control SystemControl System）。）。FCSFCS是基于现场总线技术的计算机限制是基于现场总线技术的计算机限制系统，它是集当今计算机技术、网络技术和

23、限制技术为一体系统，它是集当今计算机技术、网络技术和限制技术为一体的当代最先进的计算机限制技术，是一种全分散、全数字、的当代最先进的计算机限制技术，是一种全分散、全数字、全开放的限制系统。它适用于工业过程限制、制造业及楼字全开放的限制系统。它适用于工业过程限制、制造业及楼字自动化等领域，将渐渐成为计算机限制系统的主流形式。自动化等领域，将渐渐成为计算机限制系统的主流形式。FCSFCS是继基地式气动仪表限制系统、电动单元组合式模拟仪是继基地式气动仪表限制系统、电动单元组合式模拟仪表限制系统、集中式数字限制系统、集散限制系统表限制系统、集中式数字限制系统、集散限制系统DCSDCS后的后的新一代限制

24、系统。新一代限制系统。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n现场总线限制系统FCS与传统的集散限制系统DCS相比，其主要特点如下：n（1）实现了信号传输的全数字化n（2）实现了限制功能的彻底分散n（3）系统具有开放性和互操作性第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 7.3.3 7.3.3 几种现场总线技术几种现场总线技术（1 1）基金会现场总线（）基金会现场总线（FFFF，Foundation FieldbusFoundation Fieldbus）是现场总）是现场总线基金会制定的现场总线标准，在过程自动化领域得到广泛线基金会制

25、定的现场总线标准，在过程自动化领域得到广泛支持并具有良好发展前景。支持并具有良好发展前景。基金会现场总线的主要技术内容，包括基金会现场总线的主要技术内容，包括FFFF通信协议、用于完成通信协议、用于完成开放互连模型中第开放互连模型中第2 27 7层通信协议的通信栈层通信协议的通信栈（Communication StackCommunication Stack）、用于描述设备特征、参数、属）、用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的性及操作接口的DDLDDL设备描述语言、设备描述字典、用于实设备描述语言、设备描述字典、用于实现测量、限制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统现测量、限制、工程量

26、转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑集成自动组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。化系统、网络系统的系统集成技术。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 （2）LonWorksLonWorks技术是由美国Echelon公司开发，并与Motorola和东芝公司共同提倡的现场总线技术。它接受了ISOOSI模型的全部七层通讯协议，接受了面对对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本征平安防

27、爆产品，被誉为通用限制网络。LonWorks技术的核心是具备通信和限制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的LonWorks的LonTalk通信协议。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 （3）PROFIBUSPROFIBUS是符合德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线，包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它只接受了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆。最多可挂接127个站点。可实

28、现总线供电与本征平安防爆。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（4）CANCAN总线最早是由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范己被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散限制领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，接受了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线接受短帧结构，抗干扰实力强，牢靠性高。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应

29、用（5）HARTHART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和限制室设备通信的一种协议。它包括ISOOSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，它在常规模拟仪表的4-20mA DC信号的基础上迭加了FSK（FrequencyShifl Keying）数字信号，这种通信协议既可以用于4-20mA DC的模拟仪表，也可以用于数字式通讯仪表。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（6）EIA-R

30、s485总线电子工业协会EIA与于1983年制定并发布的RS485现场总线是最为广泛的标准通信接口之一，它广泛地应用于电子工程领域，特殊是在分布式限制系统中。RS485只规定了平衡驱动器和接收器的电特性而没有规定接插件、传输电缆和通信协议，这样用户可以更加敏捷的在用户层添加自己的通信协议。它定义了一个基于单对平衡线的多点、双向、半双工通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 RS485接口的主要特点如下：平衡传输 多点通信 驱动器输出电压（带载）：|1.5V|接收器输入门限：

31、200mv-7v至+12v总线共模范围 最大总线负载：32个单位负载（UL）最大传输速率：l0Mbps 最大传输距离：1200m RS485管理通信的协议主要有主从，令牌传递和冲突检测三种方式。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 7.4 7.4 核电的仪表限制系统核电的仪表限制系统 仪表和限制系统是核电站的重要组成部分，机组的平安牢靠、仪表和限制系统是核电站的重要组成部分，机组的平安牢靠、经济运行已经在很大程度上取决于仪表限制系统的性能水平，经济运行已经在很大程度上取决于仪表限制系统的性能水平，因此仪表与限制系统是发展核电的一个关键。因此仪表与限制系统是发展

32、核电的一个关键。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 7.4.1 7.4.1 核电仪控系统的发展核电仪控系统的发展计算机技术的飞速发展使得现阶段核电厂数字化计算机技术的飞速发展使得现阶段核电厂数字化 I&C I&C（仪表和（仪表和限制）系统部分已经从单机测控系统进入集散限制系统限制）系统部分已经从单机测控系统进入集散限制系统（DCSDCS）阶段，并且随着通讯技术的高速发展，产生了全数）阶段，并且随着通讯技术的高速发展，产生了全数字化仪表限制系统概念，它将成熟的常规电厂集散限制系统字化仪表限制系统概念，它将成熟的常规电厂集散限制系统融入现场总线限制系统（融入现场

33、总线限制系统（FCSFCS）及可编程序限制器（）及可编程序限制器（PLCPLC），），全面应用在常规岛、全面应用在常规岛、BOPBOP（核蒸汽系统以外的设备）、核岛（核蒸汽系统以外的设备）、核岛部分的全过程限制，构成核电厂全新数字化仪表限制系统。部分的全过程限制，构成核电厂全新数字化仪表限制系统。数字化仪控系统除了完成其自身的测量、数据采集、限制等功数字化仪控系统除了完成其自身的测量、数据采集、限制等功能外，还具备自检功能，能完成自我诊断、自我管理、在线能外，还具备自检功能，能完成自我诊断、自我管理、在线修改、信息采集等，为预防性修理供应了有效的手段。数字修改、信息采集等，为预防性修理供应了有

34、效的手段。数字化仪控系统还具备高容错性、高冗余度的特点。化仪控系统还具备高容错性、高冗余度的特点。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 核电站的仪控系统经验了三个阶段：（1）常规模拟限制组合单元仪表为主的仪控系统主要接受小规模集成电路为基础的模拟量功能元件及继电器等硬逻辑电路来限制，仪表器件数量多,运行操作管理和维护工作任务重,主控室较大。（2）模拟量和数字量混合运用的主限制系统主要以模拟限制加上数字式分散限制系统，所需仪表数量大为削减，大量接受软硬件自诊断技术、冗余技术和网络通信技术等，提高了系统运行的牢靠性。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信

35、息技术在核工程中的应用（3）数字化仪控系统 数字化仪控系统将应用成熟的常规电站分布式限制系统（DCS）加以改进并移植过来，高级的人机接口技术、光纤网络技术等合理地构成了核电站的全新数字化仪控系统。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 7.4.2 7.4.2 核级数字化仪控系统及其特点核级数字化仪控系统及其特点（1 1）数字化仪控系统）数字化仪控系统核电站数字化仪控系统的含义是指运用以微处理器芯片构成的，核电站数字化仪控系统的含义是指运用以微处理器芯片构成的，以数字处理技术为特点的智能化电子设备和计算机系统替代以数字处理技术为特点的智能化电子设备和计算机系统替代

36、核电厂中传统的常规测量限制系统。核电厂中传统的常规测量限制系统。仪表和限制系统的主要目的是在稳态和瞬态功率运行期间，执仪表和限制系统的主要目的是在稳态和瞬态功率运行期间，执行适当的限制和供应自动爱护，防止反应堆担忧全和不正常行适当的限制和供应自动爱护，防止反应堆担忧全和不正常的运行，以及供应触发信号以减轻事故工况的后果。的运行，以及供应触发信号以减轻事故工况的后果。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用仪表和限制系统由下述系统组成：反应堆仪控系统反应堆 I&C 系统完成全部平安I&C 系统对核电厂重要平安参数的测量、处理，并驱动平安设施，以爱护反应堆和核电厂的平

37、安。工程系统工程系统实现工程设计、调试及系统的维护。操作与信息系统实现平安 I&C 系统与操纵员之间的接口。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 田湾核电站是我国第一个全面接受数字化仪控系统的核电厂，其数字化仪控系统的结构框图如图7.7 所示：图 7.7 田湾核电站仪控系统框图第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（2）数字化爱护硬件结构一般计算部分由下列模件组成：处理模件、平安通信处理器、平安通信模件、通信模件和总线接口模件。处理模件实现报警和信息处理、功能处理等任务；平安通信处理器实现与以太网、服务器接口计算机之间的数据传输

38、；外围模件包括模拟量和数字量输入、输出模件；通信部分的模件包括接口模件收发模件和星型耦合器以实现光信号和电信号的收发功能，实现数据的传输。处理模件作为爱护系统中重要的核级设备，它的设计必需满足核级设备的设计规范，处理模件的设计干脆影响整个爱护系统功能的实现。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（3）核级数字化仪控系统特点：系统各工作站是通过网络接口连接起来的，各工作站独立自主地完成自己的任务，且各站的容量可扩充，配套软件随时可加载组态，每个工作站都是一个能独立运行的高牢靠性子系统；实时牢靠的工业限制局域网使整个系统信息共享，各站之间从总体功能及优化处理方面具有

39、充分的协调性；通过人机接口和I/O 接口，对过程对象的数据进行实时采集、分析、记录、监视、操作限制，还可以进行系统结构、组态回路的在线修改、局部故障的在线修理；第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n结构上接受容错和冗余设计，使得在任一个单元失效的状况下，仍可保持系统的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。n硬件和软件接受开放式，标准化设计，具有敏捷的配置，可适应不同用户的须要。工厂变更生产工艺、生产流程时只需变更系统配置和修改软件组态即可实现；n软件面对工业限制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，接受好用而简捷的人机会话系统，复合窗口技术，画

40、面丰富、直观。趋势图、流程图、批量限制图、计量报表、操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.4.3 核电仪控系统的建模与仿真 核电站仿真技术在实际的工程中已经得到了应用，并且发挥了相当重要的作用。建模工作一般包括如下内容：（1）对核岛及常规岛部分主要限制系统的建模包括：反应堆功率限制系统、冷却剂平均温度限制系统、稳压器压力限制系统（图7.8）、稳压器液位限制系统、蒸汽发生器液位限制系统、给水泵转速限制系统、蒸汽排放限制系统，所完成的限制系统模型与热工模型形成闭环连接后可以进行稳态及瞬态工况的实时模拟计算；（2）加入对化学容

41、积限制系统的限制，实现对堆芯冷却剂硼浓度的限制，使之与限制棒联合作用实现反应堆功率的调整，从而使限制棒的棒位能够得到更真实的模拟；第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n（3）扩大二回路部分的热力设备的模拟范围，并且加入汽轮机限制系统。由于实际的汽轮机限制系统接受的是困难的数字式电液限制系统DEH，假如能对其进行具体模拟，则可实现汽机的升速限制、负荷限制等功能，增加模型的仿真功能和应用范围；n（4）在限制系统模型中加入手/自动无扰切换的限制逻辑，使模型在任何工况下都能达到手动限制模式与自动限制模式的切换。并且使限制器在切换到手动模式时照旧跟踪其限制对象参数，在由

42、手动模式向自动模式切换的过程中不发生工况扰动。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.5 7.5 辐射场数据采集及无线传输处理辐射场数据采集及无线传输处理 系统主要利用系统主要利用BH3 103BBH3 103B便携式便携式X-X-射剂量率测量仪表、射剂量率测量仪表、ZF02ZF02无无线数传模块和线数传模块和PCPC机组成的试验系统，在无人的状况下，对辐机组成的试验系统，在无人的状况下，对辐射场进行测量，并将测量结果精确地无线传输到另一端的微射场进行测量，并将测量结果精确地无线传输到另一端的微机上，实现对辐射场数据实时的监测，并对辐射场数据进行机上，实现对辐

43、射场数据实时的监测，并对辐射场数据进行分析和处理，在实时上可马上侦测到环境中的辐射。分析和处理，在实时上可马上侦测到环境中的辐射。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用国内外辐射监测状况国内外辐射监测状况n（1）核辐射环境固定监测系统n（2）航空应急监测系统n（3）车载核事故应急监测系统n（4）核聚变装置监测系统第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用7.5.27.5.2辐射场数据无线传输装置辐射场数据无线传输装置 依据外照射防护的三个基本手段，距离防护，时间防护和屏依据外照射防护的三个基本手段，距离防护，时间防护和屏蔽，接受尽量增

44、大与放射源的距离的方法，将采集到的辐射蔽，接受尽量增大与放射源的距离的方法，将采集到的辐射场数据实时无线传输，测量人员只需把监测仪器放置于测量场数据实时无线传输，测量人员只需把监测仪器放置于测量点，即可离开现场，在距离辐射场较远处接收和处理辐射场点，即可离开现场，在距离辐射场较远处接收和处理辐射场数据，这样，测量人员所受辐照剂量将会大大降低。数据，这样，测量人员所受辐照剂量将会大大降低。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用（1 1）基于）基于InternetInternet技术的远程信息传输和限制技术的远程信息传输和限制 SOPC SOPC（System On

45、 a Programmable ChipSystem On a Programmable Chip，片上可编程系统），片上可编程系统）作为当前电子设计领域较为前沿的技术之一，是现代电子技作为当前电子设计领域较为前沿的技术之一，是现代电子技术和电子系统设计的汇聚点和最新发展方向，它将一般术和电子系统设计的汇聚点和最新发展方向，它将一般EDAEDA（Electronic Design AutomationElectronic Design Automation即电子设计自动化）即电子设计自动化）技术、计算机系统、嵌入式系统、工业自动化限制系统等融技术、计算机系统、嵌入式系统、工业自动化限制系统等融

46、为一体，涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容。为一体，涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容。SOPCSOPC结合结合了了SOCSOC（System on ChipSystem on Chip即片上系统）和即片上系统）和PLDPLD（Programable Programable Logic DeviceLogic Device，可编程逻辑器件）、，可编程逻辑器件）、FPGAFPGA（FieldProgrammable Gate ArrayFieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列）各自，现场可编程门阵列）各自的优点，集成了硬核或软核的优点，集成了硬核或软核CPUCP

47、U、DSPDSP、存储器、外围、存储器、外围I IO O及及可编程逻辑，用户可以利用可编程逻辑，用户可以利用SOPCSOPC平台自行设计各种高速高性平台自行设计各种高速高性能的能的DSPDSP（DigitalDigital第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 Signal Processing）处理器或特定功能的CPU处理器，从而使电子系统设计进入了一个全新的模式。而在应用的敏捷性和价格上SOPC同样也有极大的优势，因此它被称为“半导体产业的将来”。核环境信息远程采集系统是一种通用的信息获得设备，它从逻辑上可以划分为现场信息获得子系统、基于Internet的远

48、程信息传输和限制子系统及远程监控终端这三部分。现场信息获得子系统，主要由温、湿度测量系统、液位监控系统组成。用于完成现场信息的采集，具体可以依据应用的需求而变更。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n基于Internet的远程信息传输和限制子系统从功能划分上被定义为一个信息远程传输平台，因此具有较强的通用性。协作特定的现场信息获得子系统，可以构成功能特定的远程信息获得系统。由于此系统具有较强的应用无关性，可以作为一个通用的网络平台，而不仅限于核环境信息的远程采集。由于平台的远程通信方式是基于Internet技术，考虑到其实现困难性，运用嵌入式操作系统和TCPI

49、P协议栈是必定的选择，因此架构上也要围绕这个关键点进行设计。n远程监控终端，运行于PC机之上，通过Internet与处于测控现场的网络平台通信，向操作人员供应了对测控现场进行远程限制和信息获得的手段。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用 （2 2）移动无线通讯传输）移动无线通讯传输 无线通讯系统是利用空间电磁波作为传输介质，在空中传递无线通讯系统是利用空间电磁波作为传输介质，在空中传递信号。无线通讯的独特优势是可以省去铺设线缆的费用，特信号。无线通讯的独特优势是可以省去铺设线缆的费用，特殊适用于移动平台。无线电通讯中，信息转换为电磁能量的殊适用于移动平台。无线

50、电通讯中，信息转换为电磁能量的形式进行传播（图形式进行传播（图7.97.9）。电磁能量几乎可以分布在无限的）。电磁能量几乎可以分布在无限的频率范围内，在不同的频率段，相应有不同的业务。国际电频率范围内，在不同的频率段，相应有不同的业务。国际电联（联（ITUITU）将）将3KHz3000GHz3KHz3000GHz以下的电磁频谱称为无线电电磁以下的电磁频谱称为无线电电磁波频谱。波频谱。第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用图7.9无线通信系统的基本组成 第第7 7章电子信息技术在核工程中的应用章电子信息技术在核工程中的应用n 车载卫星多媒体通讯技术n卫星通信是指利