核电厂反应堆功率调节系统计算机控制研究张值，等
核电厂反应堆功率调节系统计算机控制研究
张伴，董化平，李健，张建民
(1.中国动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室成都，610213）
(2.西安交通大学核科学与核技术学院西安，710049）
性及合理性进行验证。在此基础上，采用S7-300系列的PLC作为反应堆功率控制现场执行机构平台，并进行系统组态、端程和实验验证，利用计算机对整个过程进行操作、监测和控制。经功率调节实验验证，系统控制响应稳定可靠，为进一步开展核电厂计算机控制技术研完和控制系统设计莫定了技术基础。
关键调：计算机控制；反应堆功率调节；PLC；建模和仿真
中图分类号：TP273
文献标识码：A
D0I 编码:10. 14016/j. cnki. 10019227. 2017. 02. 086
Abstract : Established reactor power control system model of nuclear power plant,then validated the simulating performance of the model and the stability and rationality of the system. By sysem configuration, programming and experimental validating , used the S7300 PLC as the spot operation flat to control the reactor power and the computer to operating, watching and controlling the whole process. The responses of reactor power control system are stabilized and credible. The result laid the technical foundation for the further study on the NPP computer control technology and the design for control system.
Key words : Computer control; Reactor power control ; PLC ; Modeling and simulation
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引言
计算机控制应用于核电厂，最初是从反应堆复杂的科
学计算研究开始的，随者计算机技术的发展，它在核反应堆技术上的应用也更加广泛。因为计算机具有运算速度快、精度高、存储容量大等特点以及逻辑运算和判断的能力，随着数字化仪控系统的发展，已越来越广泛地应用于核电厂的直接控制和安全保护系统中
本文对计算机控制的核反应堆功率调节系统进行分
析研究和模拟实验。通过MATLAB的SIMULINK工具建模和仿真以及PLC编程实现控制棒的自动调节以控制反应堆在不同功率情况下的正常稳定运行，从而确定系统的稳定性、合理性和可行性。
控制系统原理及组成 1
计算机控制系统主要由计算机、被控对象、测量变送和执行机构等组成，其结构框图如图1所示。
计算机
R(t) X
A执行机构被控对象
PID→D/A
A/D
测量变送
计算机控制系统结构框图图1
Y(t
由于控制对象与要求的不同，组成计算机控制系统可有不同的具体结构，但它们之间也存在着一些共同特点，其中数字计算机是控制部分的核心。本文采用SIEMENS 的S7-300系列的PLC作为反应堆功率控制现场执行机构平台。计算机作为平台的上位机，对整个过程进行操作、监测和控制，它和PLC之间采用点对点的通讯方式进
收稿日期：2016-01-20· 86 ·
万方数据
行连接。对于反应堆部分，利用计算机程序进行模拟。另外，采用一个可显示额率的SIEMENS的MieroMaster Vector变频器控制交流电机的转动以驱动控制棒的升降，这种交流变频调速可实现不同功率、不同扰动情况下反应堆的棒位调节
本文模拟的反应堆功率调节系统控制原理如图2 所示。
电位器
计算机
控制样减速器
反应堆交流电机
电离室
变频器
Xe
图2反应堆功率调节系统控制原理框图
定值器
电位器将采集到的棒位较转化为反应性变化后引人到模拟反应堆的计算机中并引起反应堆功率的变化，反应堆中子通量通过电离室后转化为电信号，这一信号与定值器比较后将产生的偏差信号转化为变频器的频率值以驱动交流电机，电机通过减速器后控制棒位的升降，棒位的变化被电位器所采集并引人反应堆后又将导致功率的变化，形成闭环。
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系统的建模与仿真
反应堆性能指标
2.1
控制对象以一个重水反应堆为模型，主要物理参数如下：
反应堆传递系数K,=9.55×10"；反应堆时间常数T,=0.149s；缓发中子所占份额β=0.0064；
裂变产物平均衰变常数入=1/T=0.077（即T=13）；中子寿命1=0.001s;