1  引言

    為滿足核電站在機(jī)組啟動試驗(yàn)過程中，檢查影響機(jī)組及其保護(hù)設(shè)備運(yùn)行的各種自動控制回路的相關(guān)調(diào)節(jié)量，大亞灣核電站專門設(shè)計(jì)了一套專用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Test Data Acquisition System）―KDO系統(tǒng)，此系統(tǒng)還可用于在電廠運(yùn)營期間機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的記錄和試驗(yàn)，同時(shí)還用來記錄需要長期監(jiān)視的核島參數(shù)。

2  特點(diǎn)

KDO系統(tǒng)主要的功能特點(diǎn)包括有：數(shù)據(jù)快速采集功能、試驗(yàn)功能、故障錄波功能和文件管理功能。

    •  數(shù)據(jù)快速采集功能。KDO系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的周期最快可以設(shè)置為25ms，同時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集通道是路路隔離，電氣隔離電壓不低于1 500VAC。
    •  試驗(yàn)功能。系統(tǒng)可以按照試驗(yàn)要求選擇試驗(yàn)過程中需要監(jiān)視的輸入量；定義電信號與實(shí)際物理值之間的轉(zhuǎn)換方式計(jì)算公式，并完成對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行初始化和配置。在試驗(yàn)期間，系統(tǒng)可以提供顯示、跟蹤監(jiān)視、打印全部或部分測量信號及其物理值等功能。在試驗(yàn)完成后，系統(tǒng)提供完備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析工具。
    •  故障錄波功能?，F(xiàn)場信號在滿足自定義的觸發(fā)條件時(shí)，系統(tǒng)可以記錄觸發(fā)時(shí)刻前后一段時(shí)間內(nèi)相關(guān)的變量，用于分析監(jiān)測對象的瞬態(tài)變化過程。
    •  文件管理功能。系統(tǒng)提供操縱員管理試驗(yàn)文件和歷史數(shù)據(jù)的平臺。

3  系統(tǒng)構(gòu)成

    圍繞系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)采購技術(shù)規(guī)范，北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司在其為嶺澳核電站和秦山核電站二期設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MACS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了適應(yīng)性設(shè)計(jì)和改進(jìn)設(shè)計(jì)。

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由接線端子柜、信號采集模塊、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、冗余的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和分析工作站組成。其中接線端子柜、信號采集模塊和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)放在電氣廠房，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和分析工作站放在計(jì)算機(jī)室。

    在每個(gè)機(jī)組的采集柜，分別布置了288個(gè)單路電流或單路電壓輸入模塊、50個(gè)單路開關(guān)量輸入模塊。這些模塊通過CAN總線與采集計(jì)算機(jī)相連。采集計(jì)算機(jī)與上層服務(wù)器等設(shè)備則通過以太網(wǎng)連接。為保證采集計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器間數(shù)據(jù)交流暢通可靠，設(shè)計(jì)使用了100M冗余光纖雙向環(huán)網(wǎng)。

3.1  系統(tǒng)軟件

    軟件系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一是系統(tǒng)平臺軟件，一是系統(tǒng)應(yīng)用軟件。

    系統(tǒng)平臺軟件包括運(yùn)行在采集計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、歷史服務(wù)器和分析工作站上的操作系統(tǒng)。在采集計(jì)算機(jī)中采用的QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。QNX是一種實(shí)時(shí)UNIX操作系統(tǒng)，可以保證精確的任務(wù)調(diào)度和足夠的系統(tǒng)健壯性，適合于不需要人機(jī)互操作的嵌入式應(yīng)用；在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、歷史服務(wù)器和分析工作站采用WINDOWS NT操作系統(tǒng)，其人機(jī)界面良好，適合于開發(fā)復(fù)雜的圖形和數(shù)據(jù)操作。
 
    系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括采集計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器應(yīng)用軟件、歷史服務(wù)器應(yīng)用軟件、分析工作站應(yīng)用軟件、網(wǎng)關(guān)軟件、WEB服務(wù)器軟件。

4  主要功能簡述

4.1  系統(tǒng)管理

    系統(tǒng)管理功能包括安全性管理、操作系統(tǒng)訪問管理、系統(tǒng)配置和設(shè)備管理功能。

    安全性管理的內(nèi)容是用戶權(quán)限和口令設(shè)置，有4種的操作級別，可定義每一級別的操作范圍。可分別對測量點(diǎn)組態(tài)、試驗(yàn)方案設(shè)置和操作系統(tǒng)訪問等內(nèi)容進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。

    數(shù)據(jù)處理服務(wù)器是進(jìn)行KDO系統(tǒng)管理的主要工具，操作人員可以進(jìn)行以下操作：

    (1) 系統(tǒng)啟動、停止；
    (2) 應(yīng)用系統(tǒng)的啟動、停止；
    (3) 安裝程序、版本管理；
    (4) 設(shè)備管理，配置系統(tǒng)外設(shè)，如打印機(jī)等；
    (5) 檢查和維護(hù)系統(tǒng)，修改系統(tǒng)密碼；
    (6) 設(shè)置時(shí)間；
    (7) 用戶安全權(quán)限管理。

4.2  數(shù)據(jù)采集

(1)  模擬量采集和處理

    系統(tǒng)支持種標(biāo)準(zhǔn)的電氣―工程單位變換，來自現(xiàn)場的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將此數(shù)字信號按照測點(diǎn)的電量程范圍轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號值后進(jìn)行超量程檢查。

(2)  開關(guān)量采集和處理

    系統(tǒng)支持抖動監(jiān)視，抖動狀態(tài)下的開關(guān)量處理和依據(jù)開關(guān)量的狀態(tài)變化產(chǎn)生特定的事件的功能，如：啟動方案頁計(jì)算、啟動自動畫面顯示和啟動故障錄波等。

4.3  數(shù)據(jù)庫管理

    實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫由最大可用性配置的“數(shù)據(jù)通道”記錄組成，一個(gè)數(shù)據(jù)通道可以離線或在線分配某一測量信號或內(nèi)部中間量點(diǎn)，包括外部通道和內(nèi)部通道。外部通道與物理輸入通道相對應(yīng)，可直接接入一個(gè)現(xiàn)場采集信號，內(nèi)部通道可以接入一個(gè)由外部通道點(diǎn)經(jīng)計(jì)算后產(chǎn)生的信號。固定通道點(diǎn)接入的是用戶初始提供的外部或內(nèi)部測點(diǎn)清單中的點(diǎn)，該清單借助于一個(gè)ACCESS數(shù)據(jù)庫作為錄入編輯工具，然后再導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

    為臨時(shí)接入的測點(diǎn)分配通道功能獨(dú)立于試驗(yàn)定義，用于臨時(shí)接入某些固定通道點(diǎn)之外的工藝測點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視或參與故障錄波。甚至也可以臨時(shí)分配內(nèi)部通道，如AM通道，與物理地接入外部點(diǎn)相似，定義了內(nèi)部通道點(diǎn)后，還必須同時(shí)定義其計(jì)算公式。

    在通道列表中選中某備用通道，點(diǎn)擊“屬性”按鈕，或直接雙擊某通道，即可在對話框中顯示當(dāng)前該通道的分配情況，可以修改該通道原來定義的點(diǎn)名（換點(diǎn)，注意不能與其它通道的點(diǎn)名重復(fù)），或點(diǎn)不變，只修改其某些采集或計(jì)算參數(shù)，也可以刪除該通道的點(diǎn)分配，使之成為空通道。確認(rèn)修改后，定義結(jié)果即存到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。
禁止對固定通道再分配別的測點(diǎn)或刪除，如某通道分配了相關(guān)試驗(yàn)點(diǎn)且該試驗(yàn)正在進(jìn)行，也禁止再對該通道點(diǎn)修改。

4.4  試驗(yàn)功能

(1)  試驗(yàn)方案的組態(tài)和管理

    KDO系統(tǒng)大部分工作是圍繞試驗(yàn)進(jìn)行，操作、分析和記錄是以試驗(yàn)為單位的。試驗(yàn)方案用來定義各種試驗(yàn)配置參數(shù)，試驗(yàn)圍繞試驗(yàn)方案來進(jìn)行組織和控制。每個(gè)試驗(yàn)方案獨(dú)立地保存為一個(gè)文件，系統(tǒng)可存儲多個(gè)預(yù)先定義的試驗(yàn)方案，開始試驗(yàn)前由操作人員選擇確定試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案可由操作人員創(chuàng)建、編輯和保存，可從頭開始定義一個(gè)新的試驗(yàn)方案，也可以選取另一個(gè)試驗(yàn)方案作為模板，派生出一個(gè)新的試驗(yàn)方案。

    系統(tǒng)可以同時(shí)配置和進(jìn)行多個(gè)不同的試驗(yàn)（最多同時(shí)啟動5個(gè)試驗(yàn)），并且在一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行的過程中，可以同時(shí)配置、啟動和控制新的試驗(yàn)。試驗(yàn)過程控制、數(shù)據(jù)處理和存儲都以試驗(yàn)為單位，進(jìn)行中的試驗(yàn)相互獨(dú)立。

(2)  試驗(yàn)過程控制

試驗(yàn)啟動有以下兩種情況：

    •  操作員在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器或分析工作站上命令啟動單個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)；
    •  系統(tǒng)按照操作人員預(yù)定義的試驗(yàn)啟動設(shè)置（啟動時(shí)間和啟動條件）自動進(jìn)行試驗(yàn)過程。

    啟動試驗(yàn)作為事件進(jìn)全日志，操作員手動啟動試驗(yàn)進(jìn)操作日志。用戶進(jìn)行試驗(yàn)啟動時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行權(quán)限檢查，權(quán)限不符合禁止啟動試驗(yàn)。

試驗(yàn)運(yùn)行過程如下：

    試驗(yàn)正常啟動后，自動推出缺省顯示畫面（趨勢曲線圖），同時(shí)在操作日志中出現(xiàn)一條“試驗(yàn)啟動”信息。系統(tǒng)允許同時(shí)進(jìn)行5個(gè)不同的試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)占用一個(gè)固定的試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)啟動后，被自動裝載到第一個(gè)可用的試驗(yàn)區(qū)。啟動一個(gè)新的試驗(yàn)后，分析工作站界面“試驗(yàn)管理”指示燈閃爍，點(diǎn)擊“試驗(yàn)管理”指示燈將打開試驗(yàn)管理窗口，跟蹤監(jiān)視試驗(yàn)過程。


試驗(yàn)管理窗口顯示當(dāng)前運(yùn)行試驗(yàn)的基本信息，畫面上下大致分為四部分：

    •  運(yùn)行試驗(yàn)的列表  列出當(dāng)前正在運(yùn)行的試驗(yàn)的概要信息，包括試驗(yàn)名，啟動時(shí)間、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間及記錄狀態(tài)等；選中列表中某個(gè)試驗(yàn)，則在窗口的以下部分顯示該試驗(yàn)的具體信息；
    •  運(yùn)行詳細(xì)信息  顯示被選試驗(yàn)的記錄文件名、當(dāng)前試驗(yàn)進(jìn)行到哪一階段、當(dāng)前的采樣頻率、當(dāng)前試驗(yàn)記錄文件大小等；
    •  試驗(yàn)點(diǎn)參數(shù)列表  顯示被選試驗(yàn)的全部試驗(yàn)點(diǎn)名、點(diǎn)描述和當(dāng)前值；
    •  試驗(yàn)的圖形列表  包括被選試驗(yàn)的自定義圖形文件名和趨勢組。

    運(yùn)行中還可以在試驗(yàn)管理窗口畫面上選擇某個(gè)試驗(yàn)停止運(yùn)行。
    試驗(yàn)啟動后，如果開始記錄的條件未滿足，跟蹤曲線將顯示無效數(shù)據(jù)，直到開始記錄，這時(shí)日志中出現(xiàn)一條“試驗(yàn)開始記錄”信息。試驗(yàn)曲線統(tǒng)一以25ms的時(shí)間分辨率進(jìn)行采樣值的跟蹤，跟蹤過程中可以切換顯示的趨勢組，對曲線進(jìn)行量程縮放、上下平移等，也可以選擇打印曲線圖。打印輸出有2種方式：輸出到一個(gè)點(diǎn)陣(*.bmp)文件或直接輸出到圖形打印機(jī)。試驗(yàn)過程趨勢數(shù)據(jù)可以選擇實(shí)時(shí)曲線顯示或數(shù)字列表顯示。

    數(shù)字方式以選擇的時(shí)間精度顯示每個(gè)點(diǎn)每個(gè)歷史時(shí)刻的精確值。跟蹤方式顯示時(shí)，首先從上到下顯示出1/2的歷史數(shù)據(jù)（當(dāng)前時(shí)間以前的歷史數(shù)據(jù)）然后按時(shí)間間隔跟蹤顯示最新的數(shù)據(jù)。當(dāng)跟蹤到終點(diǎn)（最后一行）后，再下一行顯示時(shí)將畫面數(shù)據(jù)區(qū)上移1/2即空出1/2畫面繼續(xù)跟蹤顯示。歷史方式顯示按時(shí)間順序從上到下顯示，數(shù)據(jù)顯示行間時(shí)間間隔可由操作員指定。

    試驗(yàn)停止作為事件進(jìn)全日志，操作員手動停止試驗(yàn)進(jìn)操作日志。如試驗(yàn)組態(tài)了報(bào)表，則試驗(yàn)停止后啟動報(bào)表打印。
操作員手動停止試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行權(quán)限檢查，權(quán)限不符合禁止停止試驗(yàn)。

    在試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)自動保存試驗(yàn)記錄文件到數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中，冗余的兩臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)器各保留一個(gè)副本；在試驗(yàn)結(jié)束后，可以設(shè)定將文件轉(zhuǎn)存到歷史服務(wù)器中，在系統(tǒng)將當(dāng)前運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中的試驗(yàn)記錄文件的成功轉(zhuǎn)存后，兩臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)器保存的副本被刪除。

試驗(yàn)過程中可對以下參數(shù)進(jìn)行在線更改：

    •  存儲頻率，以25ms的整數(shù)倍可在線增大或減??；
    •  測量點(diǎn)參數(shù)的調(diào)整，如電氣量程、物理量程、報(bào)警上下限等；

    試驗(yàn)參數(shù)的更改作為事件進(jìn)全日志和操作日志。用戶進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)更改時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行權(quán)限檢查，權(quán)限不符合禁止操作。

(3)  試驗(yàn)后分析

    對于試驗(yàn)記錄文件，KDO系統(tǒng)沒有數(shù)量限制，只是要考慮硬盤的容量。、

    分析工作站在試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后可從數(shù)據(jù)處理服務(wù)器或歷史服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)歷史記錄文件以進(jìn)行事后的離線分析。該軟件還具有圖形顯示，曲線描繪和打印輸出功能，以使操作人員用模擬圖、趨勢曲線和數(shù)據(jù)表格等多種形式觀察計(jì)算與分析的結(jié)果。所有顯示內(nèi)容均可通過打印機(jī)形成硬拷貝（包括模擬圖），以便長期保存。分析工作站上的曲線描繪軟件除可繪制單一變量的變化曲線外，還可繪制多變量的變化曲線，以便進(jìn)行對照。同時(shí)，曲線描繪軟件還可以繪制兩個(gè)變量相互關(guān)系的曲線，以利于完成試驗(yàn)過程中對各變量之間相互關(guān)系的觀察。

    作為離線的延后試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析功能，可以對系統(tǒng)記錄的任意一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果作事后分析，包括對采集和計(jì)算數(shù)據(jù)的后處理，例如：電氣－物理轉(zhuǎn)換算法調(diào)整；組合計(jì)算新的中間量點(diǎn)；數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

4.5  故障錄波功能

    故障錄波功能是系統(tǒng)提供的一個(gè)獨(dú)立功能，用于捕捉設(shè)定的觸發(fā)條件，記錄事故發(fā)生前后一段時(shí)間內(nèi)相關(guān)的變量的變化情況。記錄結(jié)果可在打印機(jī)上自動打印，同時(shí)保留磁盤文件供以后查詢。故障錄波功能與試驗(yàn)并列運(yùn)行和獨(dú)立操作，可在系統(tǒng)運(yùn)期間一直激活，以保證捕捉任何可能的觸發(fā)。

故障錄波以組為單位進(jìn)行組織和運(yùn)行，系統(tǒng)最多可定義64個(gè)組。

•  事故定義

    每個(gè)組可以定義多達(dá)64個(gè)事故源作為觸發(fā)條件，當(dāng)任意一個(gè)觸發(fā)條件滿足時(shí)即啟動記錄功能。觸發(fā)條件可以是：采集的開關(guān)量跳變；采集的模擬量越限；計(jì)算的中間量點(diǎn)達(dá)到設(shè)定值。

•  數(shù)據(jù)記錄

    由數(shù)據(jù)庫中定義的點(diǎn)（包括測量點(diǎn)和中間量點(diǎn)）組成，在線運(yùn)行時(shí)，當(dāng)觸發(fā)條件得到滿足，系統(tǒng)即記錄追憶這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)。事故前后記錄時(shí)間段長短可依據(jù)用戶需求進(jìn)行隨機(jī)定義，但事故前記錄時(shí)間最長為5分鐘，事故后記錄時(shí)間最長為20分鐘。

•  自動打印

    事故源條件滿足時(shí)，故障錄波處理任務(wù)根據(jù)事故定義，開始收集事故前后的有關(guān)記錄，事故后記憶時(shí)間到達(dá)時(shí)，通過自動打印事故追憶記錄。

    打印的內(nèi)容如下：啟動該次記錄的事故源狀態(tài)；啟動日期和時(shí)間；測點(diǎn)名稱和測量單位；測點(diǎn)采集時(shí)間、數(shù)值。

•  故障濾波的顯示

    對于故障濾波記錄的數(shù)據(jù)可以用趨勢曲線或數(shù)值方式顯示，數(shù)據(jù)記錄期間發(fā)生的開關(guān)量變位事件以列表方式顯示。這兩部分顯示的內(nèi)容包括在同一畫面中。

4.6  系統(tǒng)狀態(tài)在線監(jiān)視

    系統(tǒng)故障診斷功能主要負(fù)責(zé)KDO系統(tǒng)本身設(shè)備的故障診斷與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視。確保系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，以及系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視。通過設(shè)備狀態(tài)圖主畫面的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)熱點(diǎn)，可以打開一個(gè)窗口顯示I/O單元。通過I/O單元熱點(diǎn)，可以進(jìn)一步打開某一個(gè)I/O單元的通道配置（狀態(tài)）圖。

    系統(tǒng)設(shè)備故障后根據(jù)要求的不同，除做必要的處理外，所有系統(tǒng)設(shè)備故障信息進(jìn)全日志，同時(shí)在屏幕的報(bào)警窗口中顯示報(bào)警信息并可發(fā)出報(bào)警音響。

4.7  模擬流程圖

    模擬流程圖以圖形方式表現(xiàn)現(xiàn)場的主要工藝流程和有關(guān)的動態(tài)信息，并具有對動態(tài)點(diǎn)進(jìn)行操作的手段。系統(tǒng)為用戶提供一個(gè)能快速而簡便地進(jìn)行圖形組態(tài)和維護(hù)的工具。

4.8  趨勢曲線

    趨勢曲線圖作為系統(tǒng)的一種基本圖形，用于一般的歷史趨勢跟蹤，也用于試驗(yàn)記錄在線跟蹤和故障錄波的跟蹤監(jiān)視，在這些功能中雖然在顯示界面上略有不同，但大同小異，其顯示控制操作是相同的。

4.9  歷史數(shù)據(jù)記錄

    系統(tǒng)提供一個(gè)容量為1 024個(gè)數(shù)據(jù)通道的歷史數(shù)據(jù)庫，按周期收集和存儲試驗(yàn)之外的歷史數(shù)據(jù)。

    歷史庫以數(shù)據(jù)文件形式存放在歷史服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器硬盤中。

    數(shù)據(jù)處理服務(wù)器歷史庫保留2天的最快周期采集的全數(shù)據(jù)，2天后新數(shù)據(jù)沖掉老數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器歷史庫可以用于數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和分析工作站內(nèi)部計(jì)算、趨勢曲線和數(shù)字趨勢的顯示和打印，同時(shí)也作為歷史服務(wù)器數(shù)據(jù)的備份。

    歷史服務(wù)器保留1天的最快周期采集的全數(shù)據(jù)和180天的1s周期數(shù)據(jù)。

5  結(jié)語

    大亞灣核電站試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅滿足了電站啟動試驗(yàn)的要求，同時(shí)在不增加硬件的條件下實(shí)現(xiàn)了故障錄波功能，為電站分析工藝過程的特殊瞬態(tài)和解決隱性故障發(fā)揮了積極作用。