“要在確保安全的基礎上高效發(fā)展核電”，這是剛剛頒布的“十二五”規(guī)劃的明確要求。這意味著，安全高效地發(fā)展核電，是實現(xiàn)未來清潔能源發(fā)展目標的重要途徑之一。隨著我國第三代核電事業(yè)的發(fā)展，國家確定了“積極推進核電建設”的戰(zhàn)略方針，做出了統(tǒng)一技術路線，引進第三代核電技術，建設兩個AP1000依托項目，組建“國家核電”，開展大型先進壓水堆核電站重大專項研究等一系列加快實現(xiàn)核電自主化發(fā)展的戰(zhàn)略決策。
目前我國主要采用的是第三代核電技術進行建設，第三代核電和第二代核電最主要的區(qū)別在于核安全設備上：第二代核電在發(fā)生事故時要靠外部應急電源驅(qū)動安全用水泵對反應堆進行冷卻，第三代核電在設計上將安全用水儲存在高位，這樣事故狀態(tài)下不用水泵靠重力就可以進行堆心冷卻了，不需要外部電源接入。
本系統(tǒng)是對整個第三代核電系統(tǒng)設計的首個實驗系統(tǒng)搭建，在實驗環(huán)境搭建和控制中采用虛擬儀器整體系統(tǒng)技術，結(jié)合LabVIEW強大的軟件整合能力，將上下位機、數(shù)據(jù)整合、監(jiān)控顯示結(jié)合為一體，以確保整體實驗的環(huán)境要求。
項目現(xiàn)狀：
對于大型實驗現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)設計，不僅需要工程師具有良好的軟件設計能力，而且在需要工程師有相當?shù)碾姎庠O計經(jīng)驗，同時對工程師的現(xiàn)場調(diào)試能力也提出了很高的要求，尤其是在大型實驗的設備調(diào)試過程中，任何一個小的問題，都可能會導致現(xiàn)場管道泄露，儀器儀表損壞，更有甚者可能會造成管道爆裂，對人員安全造成危害。在項目實施伊始，系統(tǒng)開發(fā)小組就明確分工，讓有多年項目經(jīng)驗的工程師負責機械、電氣以及軟件設計；在整體系統(tǒng)搭建、軟件操作性設計上做出了總體的方向把握和最終可靠性、穩(wěn)定性、使用性的把關；而在實際操作中面臨多設備位置設定、走線設計、工作地與安全地、軟硬件調(diào)試等辛苦的工作，工程師在工作中發(fā)揮了踏實肯干的精神，連續(xù)一個多月的調(diào)試最終使客戶滿意驗收。
實驗環(huán)境：
大型水力學實驗裝置的具體作用是為了提高核心技術的研發(fā)能力，因此需要開展反應堆整體水力模擬實驗、堆內(nèi)構(gòu)件流致振動實驗、反應堆控制棒驅(qū)動線冷態(tài)實驗，三大水力學實驗來驗證反應堆工程設計。而要完成上述三大實驗，需要建立大型水力學實驗裝置和整體水力學比例模擬實驗裝置。其中大型水力學實驗裝置用于開展部件的水力學特性研究、控制棒驅(qū)動線冷態(tài)實驗研究，是一個分離效應的實驗研究裝置，由回路系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)組成。
整體設計：
圖2 整體電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
如圖2所示，測控系統(tǒng)由主控電腦、基于PXI總線的下位機和數(shù)據(jù)采集模塊等組成。其中主控計算機位于控制室，下位機位于實驗現(xiàn)場，之間通過高速以太網(wǎng)（遠距離光纖傳輸）進行通信與數(shù)據(jù)傳輸。主控計算機可以實時監(jiān)控下位機運行狀態(tài)并根據(jù)需要發(fā)送相應控制指令。下位機通過數(shù)據(jù)采集卡模塊、熱電偶模塊、模擬輸出卡模塊、工業(yè)I/0卡模塊實現(xiàn)對實驗所需的溫度、電壓、水位、流量信號的采集，以及輸出模擬和數(shù)字控制信號來控制泵、閥門等設備。
硬件采集：
系統(tǒng)通過PXI控制系統(tǒng)，并聯(lián)式控制采集卡模塊、熱電偶模塊、模擬輸出卡模塊、工業(yè)I/0卡模塊，下位機控制系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本測試系統(tǒng)采用基于PXI總線的測試設備。在主控計算機的控制之下，下位機測控系統(tǒng)執(zhí)行電信號的采集，同時收發(fā)I/O信號并輸出模擬控制信號。實現(xiàn)對實驗所需的溫度、電壓、水位、流量信號的采集，并控制泵、閥門等設備。主控電腦接收并顯示下位測控系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)，監(jiān)控整體實驗狀態(tài)。
電氣設計：
機柜內(nèi)部強電與弱點分路布置，信號線統(tǒng)一采用屏蔽雙絞線，每根線直徑3mm，每個系統(tǒng)約有100路信號輸入，統(tǒng)一使用線槽走線。信號線兩端均有線標并連接航空插座一端，航空插座按信號類型進行分類，便于實驗人員連接、更換和改造。電源控制部分整合在電控柜中并設計在機柜中下層。測控現(xiàn)場機柜等級為IP54，具有一定的防水防塵能力。
可操作性：
軟件操作要求人性化、便捷化。而現(xiàn)場的設備繁多，連接復雜。通過對設計圖的簡化與布局調(diào)整，設計了類設計圖式的監(jiān)控界面。使得實驗人員在現(xiàn)場監(jiān)控中，對于各個部分功能的控制、實時監(jiān)控與報警、閥門位置微調(diào)變得更加容易。
圖5 軟件主界面
軟件算法：
監(jiān)控系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)為溫度、壓力、差壓等基本信號，根據(jù)GBT 2624.1-2006對管線流體流量計算的規(guī)定.
大型水力學實驗裝置測控系統(tǒng)特點：
運行環(huán)境：具有IP54的防塵防水能力，可在高壓環(huán)境下24小時長期運行。
傳輸距離：現(xiàn)場和監(jiān)控室最大距離可達到1公里。
訂制測試畫面：人性化的界面非常形象的觀察信號情況與位置，便于實驗人員調(diào)試；同時配有數(shù)據(jù)的曲線檢測，信號數(shù)據(jù)保存與回放分析等功能。
專業(yè)算法：在設計之余，對流體理論的數(shù)據(jù)分析也是一個非常大的挑戰(zhàn)。
擴展功能：該系統(tǒng)即使在復雜環(huán)境中，也仍然能夠完成監(jiān)控、多類型控制的設計、分析、保存、回放等功能，證明柔性測試技術是非常有競爭力的設計理念并能夠應用于同類型乃至更復雜的設計和之中。
