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核电行业----辐射监测系统

2012年,环境保护部(国家核安全局)和国家能源局联合下发的环发[2012]16号《核电厂辐射环境现场监督性监测系统建设规范(试行)》要求,必须对核电厂实施监督性监测,核电厂辐射环境现场监测性监测系统是核电厂必须配套的环境保护设施,核电监督性监测系统建设包括厂区外围辐射监测子站、前沿站数据汇总中心等部分。厂区外围辐射监测子站与辐射环境自动监测站的功能及设备基本相同。每个核电站基本都要建设10个以上的辐射监测子站。每个子站的主要设备包括:(1)高气压电离室、(2)超大流量气体采样器、(3)碘采样器、(4)3H采样器、(5)14C采样器、(6)气象设备、(7)干湿沉降物、(8)数据采集器、通讯传输设备及软件、(9)站房及基础设施(站房一般由各核电站提供)。其工作示意图见下图



 

辐射环境自动监测站通过市电供电,可实现高稳定度的连续运行、实时获取、存贮和发送辐射环境信息,并可实现自主/远程操作,对不同的环境介质取样,采样介质包括气溶胶、干湿沉降物、空气中3H、14C和空气中放射性总碘。使用自动监测站配套的气象观测设备,还可实时获取现场的基本气象信息,包括气象五要素(温度、湿度、气压、风速和风向)及太阳辐射信息等。同时,通过设备的信号控制可在控制中心观测并控制设备的运行。
自动监测站通过有线和无线网络组成网络监测平台,具备实时把监测数据和工作状态传输到控制中心的能力,结合气象信息,可实时展示辐射水平的状况及趋势,同时还可判断异常辐射水平。

  • 自动化(远程)控制及预防性维护

本系统可远程配置前端所有设备,例如:采样器的状态、采样时间、采样流量等信息,还可与具体设备提供商的控制命令绑定和集成,提供远程对设备的重启、开机关机等操作。
自动监测站内的工控机上的数据传输服务软件可以通过无线和有线的方式为远端客户提供数据服务,并且接收远端客户发送的指令进行参数设置等操作,见下图。

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工控机的主要功能:
(1)支持包括RS232、RS485、RJ45在内的多种标准数据接口;
(2)支持SNMP、TCP/IP、FTP等多种标准数据传输协议;
(3)能够存储至少3个月的各种探测数据(以数据文件形式存储);
(4)可以有线和无线向远端实时传输数据;
(5)可以接收从远端发送过来的指令,并传送给相应的探测器;
(6)具有较强的扩展性,方便系统增加功能;
(7)断电后可以自动重新启动。
为了保证自动监测站在核应急情况下随时可用,必须对所有设备的状态和寿命有一个全面的掌控,在设备失效之前预先进行维修和保养。具体包括以下功能:

  • 设备预期寿命
  • 机械磨损累计
  • 异常数据统计
  • 设备故障统计
  • 预防性维修计划生成
  • 预防性维修记录
  • 软件开发

软件研发目的是为了开发一个通用平台,可以方便的实现对各种设备的监测数据进行采集、归一化、存储、传输。其主要的功能包括:数据的采集、数据的存储、数据的传输、数据展示、自动化(远程)控制及预防性维护。
(a)总体架构
自动监测站工作流程见图4。

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图4 自动监测站工作流程


软件开发分3个层次:(1)设备层;(2)数据层:(3)应用层。见图5。
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图5 系统总体架构


(b)数据采集和存储
自动监测站的数据采集功能是将各监测设备的监测数据实时采集,并进行计算分析,然后通过协议转换形成统一的通讯协议和数据格式,存储数据。
采集程序通过RS485(RS232)~TCP/IP转换接口采集监测设备的状态和各种数据,数据的传输速率在9,600bps以上。发现某设备有故障时产生报警信号。对采集到的数据进行解析并进行归一化处理,当数据超过阀值时,发出报警信号。归一化处理完成后将该组数据存储到数据库中,同时保存一组临时数据文件到固定目录下,然后启动上传通信程序将该数据文件上传到上级检测中心,清除该临时文件,等待下一组数据的到来。
(c)数据的传输
自动监测站的数据采集、数据归一化完成后,上传数据文件同时通过发送程序将数据文件通过有线宽带网络系统或3G无线宽带路由器、GPRS、CDMA及卫星通信等多种方式的其中一种传输到省级数据中心、环境保护部数据中心。网络通信部分,要求在自动监测站中分别接入有线和无线宽带进行数据传输,需要网络和运营商提供相应服务。为了确保数据在运营商网络和前沿站中的传输安全,有线网络和无线网络使用VPN虚拟专用网络技术,所有接入网络的设备和计算机与公共互联网安全隔离,见图6。
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图6 数据传输方式


(d)数据展示
数据展示的目的是通过对监测数据的理解,对现有数据进行挖掘,结合专业的角度,在有限的空间内给用户提供最一目了然的图表格式,使其快速了解子站的运行情况。
展示方法为图表结合,并要提供所展示图表中的原始数据、另存为图片等功能。另外,为了使数据展示更具灵活性,要实现图、表相互转化的功能,换句话说就是见到图就能转换为可供分析的数据,见到数据就可绘制图。
主要来说,展示图的内容主要是时间和剂量率的关系,不同站点之间的趋势、同一站点不同设备之间的关系,同一站点设备剂量率与雨量、温度等的关系等等。
展示的设计理念应为“一张图”,也就是说要在一张图上直观地看到整个站房的工作状态和关键信息,从目前站房的配置来说,电离室和谱仪的测量数据是最关键的,因此要在醒目的位置上凸显出来。其他气象和采样设备则通过一定的组合利用图标的形式展现,见图7。
展示的层次应至少包括以下几个状态:

  • 实时数据;
  • 设备工况(工作状态),展示采样器状态,如工作、故障或正常但未运行等;
  • 历史数据(对各类历史数据进行处理、调用、分析、对比、导入、导出);
  • 设备故障、报警信息(如设备启停故障、设备寿命报警、测量值超限报警等)。
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图7 数据展示示意图


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