本發(fā)明涉及反應(yīng)堆在線核儀表、在線反應(yīng)堆核數(shù)據(jù)測(cè)量領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信能力的反應(yīng)性儀。

背景技術(shù)：

反應(yīng)性是指示反應(yīng)堆內(nèi)部中子有效增值系數(shù)Keff對(duì)臨界值的相對(duì)偏離量，是反應(yīng)堆物理啟動(dòng)時(shí)反映反應(yīng)堆運(yùn)行情況的重要參數(shù)。它的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于反應(yīng)堆的安全運(yùn)行和發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。反應(yīng)性儀是直接測(cè)量反應(yīng)堆反應(yīng)性的唯一設(shè)備，也是核電廠反應(yīng)堆物理啟動(dòng)及零功率物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備。

隨著反應(yīng)堆核測(cè)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，反應(yīng)性儀的研制也有了較大進(jìn)步。目前國(guó)內(nèi)外有雙通道可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線測(cè)量的反應(yīng)性儀，有用于壓水堆零功率物理試驗(yàn)等溫溫度系數(shù)、控制棒價(jià)值測(cè)量的反應(yīng)性儀，有可測(cè)多種參數(shù)和多樣化顯示記錄的反應(yīng)性儀等。但這些反應(yīng)性儀均獨(dú)立于核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)之外，無(wú)法與數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)讀取數(shù)字化儀控系統(tǒng)的多個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)的功能。

現(xiàn)有的反應(yīng)性儀一般僅通過(guò)測(cè)量探測(cè)器電流實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性測(cè)量，無(wú)法同時(shí)讀取反應(yīng)堆物理試驗(yàn)的多個(gè)參數(shù)，或者僅通過(guò)硬接線方式讀取個(gè)別參數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的同步讀取。反應(yīng)堆零功率物理試驗(yàn)時(shí)，一般通過(guò)多筆記錄儀實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性與其他物理參數(shù)的記錄，但這種方法記錄數(shù)據(jù)有限，且無(wú)法進(jìn)行數(shù)字化處理。

現(xiàn)有的反應(yīng)性儀為獨(dú)立設(shè)備，無(wú)法與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信，不能獲取物理試驗(yàn)過(guò)程中大量的試驗(yàn)參數(shù)，即不能使這些參數(shù)直接參與反應(yīng)性計(jì)算、溫度系數(shù)測(cè)量和棒價(jià)值測(cè)量等功能。

綜上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)實(shí)施例中發(fā)明技術(shù)方案的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問(wèn)題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的反應(yīng)性儀存在無(wú)法與數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)讀取數(shù)字化儀控系統(tǒng)的多個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的同步讀取的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種數(shù)字反應(yīng)性儀，解決了現(xiàn)有的反應(yīng)性儀存在無(wú)法與數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)讀取數(shù)字化儀控系統(tǒng)的多個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的同步讀取的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了同步讀取多達(dá)256個(gè)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，讀取到的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)字化處理和輸出，保證了物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步讀取和記錄保存的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種數(shù)字反應(yīng)性儀，所述數(shù)字反應(yīng)性儀基于TCP/IP的Modbus通信協(xié)議與核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，由數(shù)字反應(yīng)性儀以固定通信協(xié)議封裝，向核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)接收該請(qǐng)求后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文，數(shù)字反應(yīng)性儀接收響應(yīng)報(bào)文，讀取需要的數(shù)據(jù)。

其中，基于應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議Modbus，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接客戶機(jī)與服務(wù)器之間的通信，基于TCP/IP的Modbus協(xié)議封裝格式為：MBAP報(bào)文頭和協(xié)議數(shù)據(jù)單元；所述MBAP報(bào)文頭用于識(shí)別Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，所述協(xié)議數(shù)據(jù)單元包括功能碼和數(shù)據(jù)，功能碼向核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)進(jìn)行操作指示。

其中，數(shù)字反應(yīng)性儀將通過(guò)Modbus通信讀取到的1024個(gè)字節(jié)，通過(guò)每4個(gè)字節(jié)的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為256個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)代表一個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)，物理試驗(yàn)參數(shù)包括：源量程中子通量、中間量程中子通量、功率量程中子通量、冷熱腿平均溫度、壓力、水位、各組棒棒位。

其中，數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)Modbus通信采用讀寫保持寄存器方式，功能碼為03，使用該功能碼從核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)中讀保持寄存器連續(xù)塊的內(nèi)容；請(qǐng)求PDU指定了起始寄存器地址和寄存器數(shù)量，起始地址為0，讀取寄存器數(shù)量為1024，讀取數(shù)據(jù)類型為二進(jìn)制；數(shù)字反應(yīng)性儀以1秒1次的頻率從核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)。

其中，所述數(shù)字反應(yīng)性儀由顯示器、工控機(jī)、信號(hào)調(diào)理器和高壓機(jī)箱四部分組成，所述數(shù)字反應(yīng)性儀能夠同時(shí)采集兩路探測(cè)器電流信號(hào)和兩路堆外核測(cè)電壓信號(hào)，測(cè)量結(jié)果用于反應(yīng)性計(jì)算。

其中，所述測(cè)量結(jié)果用于反應(yīng)性計(jì)算具體為：數(shù)字反應(yīng)性儀通過(guò)電纜采集探測(cè)器電流信號(hào)，通過(guò)逆動(dòng)態(tài)法計(jì)算出反應(yīng)性。

其中，反應(yīng)性和中子通量的關(guān)系在點(diǎn)堆模型中由下列中子動(dòng)力學(xué)方程確定：

式中：ρ—反應(yīng)性，n—反應(yīng)堆的平均中子密度，L—瞬發(fā)中子平均壽命，β—緩發(fā)中子有效份額，β_i—第i組緩發(fā)中子份額，C_i—第i組緩發(fā)中子發(fā)射體的密度，λ_i—第i組緩發(fā)中子發(fā)射體的衰變常數(shù)，i—緩發(fā)中子發(fā)射體組號(hào)，S—源項(xiàng)，M—緩發(fā)中子組數(shù)，dn為平均中子密度的微分值，dt為采樣時(shí)間間隔，dC_i為第i組中子發(fā)射體密度的微分值，M為緩發(fā)中子組數(shù)，其中，由(1)和(2)式變換整理后得出反應(yīng)性：

(3)式中I表示反應(yīng)堆功率電流信號(hào)。

本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于采用了將數(shù)字反應(yīng)性儀設(shè)計(jì)為：所述數(shù)字反應(yīng)性儀基于TCP/IP的Modbus通信協(xié)議與核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，由數(shù)字反應(yīng)性儀以固定通信協(xié)議封裝，向核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)接收該請(qǐng)求后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文，數(shù)字反應(yīng)性儀接收響應(yīng)報(bào)文，讀取需要的數(shù)據(jù)的技術(shù)方案，通過(guò)分析核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性儀與數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)物理試驗(yàn)多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)、同步讀?。煌瑫r(shí)將該功能整合在現(xiàn)有反應(yīng)性儀功能中，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化儀控系統(tǒng)讀取的大量試驗(yàn)參數(shù)直接參與到反應(yīng)性計(jì)算、溫度系數(shù)測(cè)量和棒價(jià)值測(cè)量等功能中；通過(guò)基于TCP/IP的Modbus通信方式，解決了數(shù)字反應(yīng)性儀與數(shù)字化儀控系統(tǒng)無(wú)法通信交互的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了同步讀取多達(dá)256個(gè)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將這些物理參數(shù)直接應(yīng)用于溫度系數(shù)測(cè)量、棒價(jià)值測(cè)量等功能中；讀取到的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)字化處理和輸出，保證了物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步讀取和記錄保存。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請(qǐng)中Modbus客戶機(jī)/服務(wù)器模型示意圖；

圖2是本申請(qǐng)中Modbus TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行Modbus請(qǐng)求或響應(yīng)的封裝示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種數(shù)字反應(yīng)性儀，解決了現(xiàn)有的反應(yīng)性儀存在無(wú)法與數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時(shí)讀取數(shù)字化儀控系統(tǒng)的多個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的同步讀取的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了同步讀取多達(dá)256個(gè)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，讀取到的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)字化處理和輸出，保證了物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步讀取和記錄保存的技術(shù)效果。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1-圖2，反應(yīng)性儀由顯示器、工控機(jī)、信號(hào)調(diào)理器和高壓機(jī)箱四部分組成。可同時(shí)采集兩路探測(cè)器電流信號(hào)和兩路堆外核測(cè)電壓信號(hào)，測(cè)量結(jié)果用于反應(yīng)性計(jì)算。同時(shí)反應(yīng)性儀可通過(guò)以太網(wǎng)通信方式與核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)讀取多達(dá)256個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)，讀取結(jié)果同時(shí)用于反應(yīng)性、溫度系數(shù)、棒價(jià)值等的計(jì)算。

反應(yīng)性計(jì)算：

數(shù)字反應(yīng)性儀通過(guò)電纜采集探測(cè)器電流信號(hào)，通過(guò)逆動(dòng)態(tài)法計(jì)算出反應(yīng)性。反應(yīng)性和中子通量的關(guān)系在點(diǎn)堆模型中由下列中子動(dòng)力學(xué)方程確定：

式中：ρ—反應(yīng)性，n—反應(yīng)堆的平均中子密度，L—瞬發(fā)中子平均壽命，β—緩發(fā)中子有效份額，β_i—第i組緩發(fā)中子份額，C_i—第i組緩發(fā)中子發(fā)射體的密度，λ_i—第i組緩發(fā)中子發(fā)射體的衰變常數(shù)，i—緩發(fā)中子發(fā)射體組號(hào)，S—源項(xiàng)，M—緩發(fā)中子組數(shù)，dn為平均中子密度的微分值，dt為采樣時(shí)間間隔，dC_i為第i組中子發(fā)射體密度的微分值，M為緩發(fā)中子組數(shù)，其中，由(1)和(2)式變換整理后得出反應(yīng)性：

(3)式中I表示反應(yīng)堆功率電流信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)通信：

請(qǐng)參考圖1，數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)通信是基于TCP/IP上的Modbus報(bào)文傳輸協(xié)議。Modbus是OSI模型第7層上的應(yīng)用報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間提供客戶機(jī)/服務(wù)器通信。即設(shè)備連接在同一個(gè)TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)上，如圖2所示該模型基于4種報(bào)文類型：

Modbus請(qǐng)求——客戶機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送用來(lái)啟動(dòng)事務(wù)處理的報(bào)文；

Modbus證實(shí)——服務(wù)器側(cè)接收的請(qǐng)求報(bào)文；

Modbus指示——服務(wù)器發(fā)送的響應(yīng)報(bào)文；

Modbus響應(yīng)——客戶機(jī)側(cè)接收的響應(yīng)報(bào)文；

本發(fā)明中，數(shù)字反應(yīng)性儀作為客戶機(jī)，核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)作為服務(wù)器，由客戶機(jī)以固定通信協(xié)議封裝，向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，服務(wù)器接收該請(qǐng)求后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文，客戶機(jī)接收響應(yīng)報(bào)文，讀取需要的數(shù)據(jù)。Modbus TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行Modbus請(qǐng)求或響應(yīng)的封裝如圖2所示，TCP/IP使用一種專用報(bào)文頭來(lái)識(shí)別Modbus應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，將這種報(bào)文頭成為MBAP報(bào)文頭，其后為Modbus協(xié)議定義的一個(gè)與基礎(chǔ)通信層無(wú)關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，其中功能碼向服務(wù)器指示將執(zhí)行哪種操作。

數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)Modbus通信采用的讀保持寄存器方式，功能碼為03，使用該功能碼從DCS中讀保持寄存器連續(xù)塊的內(nèi)容；請(qǐng)求PDU指定了起始寄存器地址和寄存器數(shù)量，起始地址為0，讀取寄存器數(shù)量為1024，讀取數(shù)據(jù)類型為二進(jìn)制；數(shù)字反應(yīng)性儀以1秒1次的頻率從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。

讀取物理試驗(yàn)參數(shù)參與計(jì)算：

數(shù)字反應(yīng)性儀將通過(guò)Modbus通信讀取到的1024個(gè)字節(jié)，通過(guò)每4個(gè)字節(jié)的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為256個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)代表一個(gè)物理試驗(yàn)參數(shù)包括：源量程中子通量、中間量程中子通量、功率量程中子通量、冷熱腿平均溫度、壓力、水位、各組棒棒位等；將這些物理參數(shù)應(yīng)用于溫度系數(shù)測(cè)量和棒價(jià)值測(cè)量過(guò)程。如棒價(jià)值測(cè)量中，與計(jì)算反應(yīng)性同步讀取棒位數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)修正因子計(jì)算即可得到控制棒積分價(jià)值和微分價(jià)值。

本發(fā)明被應(yīng)用于田灣核電廠1#機(jī)組先進(jìn)刻棒試驗(yàn)中，試驗(yàn)過(guò)程中將本發(fā)明的數(shù)字反應(yīng)性儀通過(guò)網(wǎng)線與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)(DCS)連接，數(shù)字反應(yīng)性儀以Modbus通信方式同步讀取控制棒棒位數(shù)據(jù)。數(shù)字反應(yīng)性儀通過(guò)電纜采集探測(cè)器電流信號(hào)，通過(guò)逆動(dòng)態(tài)法計(jì)算反應(yīng)性；將控制棒棒位、修正因子和計(jì)算反應(yīng)性結(jié)合起來(lái)即得到測(cè)量控制棒積分和微分價(jià)值。

傳統(tǒng)的反應(yīng)性儀為獨(dú)立設(shè)備，無(wú)法與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)通信，不能獲取物理試驗(yàn)過(guò)程中大量的試驗(yàn)參數(shù)；本發(fā)明利用基于TCP/IP的Modbus通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了大量物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步讀取，并將讀取到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于反應(yīng)性計(jì)算、溫度系數(shù)測(cè)量和棒價(jià)值測(cè)量等功能中，實(shí)現(xiàn)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理和記錄輸出。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于采用了將數(shù)字反應(yīng)性儀設(shè)計(jì)為：所述數(shù)字反應(yīng)性儀基于TCP/IP的Modbus通信協(xié)議與核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，由數(shù)字反應(yīng)性儀以固定通信協(xié)議封裝，向核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，核電廠數(shù)字儀控系統(tǒng)接收該請(qǐng)求后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文，數(shù)字反應(yīng)性儀接收響應(yīng)報(bào)文，讀取需要的數(shù)據(jù)的技術(shù)方案，通過(guò)分析核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)性儀與數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)物理試驗(yàn)多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)、同步讀取；同時(shí)將該功能整合在現(xiàn)有反應(yīng)性儀功能中，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化儀控系統(tǒng)讀取的大量試驗(yàn)參數(shù)直接參與到反應(yīng)性計(jì)算、溫度系數(shù)測(cè)量和棒價(jià)值測(cè)量等功能中；通過(guò)基于TCP/IP的Modbus通信方式，解決了數(shù)字反應(yīng)性儀與數(shù)字化儀控系統(tǒng)無(wú)法通信交互的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字反應(yīng)性儀與核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)了同步讀取多達(dá)256個(gè)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將這些物理參數(shù)直接應(yīng)用于溫度系數(shù)測(cè)量、棒價(jià)值測(cè)量等功能中；讀取到的物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)字化處理和輸出，保證了物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步讀取和記錄保存。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。