1  引言

    为满足核电站在机组启动试验过程中，检查影响机组及其保护设备运行的各种自动控制回路的相关调节量，大亚湾核电站专门设计了一套专用的试验数据采集系统（Test Data Acquisition System）―KDO系统，此系统还可用于在电厂运营期间机组运行状态的记录和试验，同时还用来记录需要长期监视的核岛参数。

2  特点

KDO系统主要的功能特点包括有：数据快速采集功能、试验功能、故障录波功能和文件管理功能。

    •  数据快速采集功能。KDO系统数据采集的周期最快可以设置为25ms，同时系统数据采集通道是路路隔离，电气隔离电压不低于1 500VAC。
    •  试验功能。系统可以按照试验要求选择试验过程中需要监视的输入量；定义电信号与实际物理值之间的转换方式计算公式，并完成对系统中数据采集设备进行初始化和配置。在试验期间，系统可以提供显示、跟踪监视、打印全部或部分测量信号及其物理值等功能。在试验完成后，系统提供完备的试验数据分析工具。
    •  故障录波功能。现场信号在满足自定义的触发条件时，系统可以记录触发时刻前后一段时间内相关的变量，用于分析监测对象的瞬态变化过程。
    •  文件管理功能。系统提供操纵员管理试验文件和历史数据的平台。

3  系统构成

    围绕系统需求分析和系统采购技术规范，北京和利时系统工程股份有限公司在其为岭澳核电站和秦山核电站二期设计的数据采集系统MACS系统的基础上进行了适应性设计和改进设计。

    试验数据采集系统总体结构如图1所示。系统由接线端子柜、信号采集模块、数据采集计算机、冗余的数据处理服务器、历史数据服务器和分析工作站组成。其中接线端子柜、信号采集模块和数据采集计算机放在电气厂房，数据处理服务器、历史数据服务器和分析工作站放在计算机室。

    在每个机组的采集柜，分别布置了288个单路电流或单路电压输入模块、50个单路开关量输入模块。这些模块通过CAN总线与采集计算机相连。采集计算机与上层服务器等设备则通过以太网连接。为保证采集计算机和系统数据服务器间数据交流畅通可靠，设计使用了100M冗余光纤双向环网。

3.1  系统软件

    软件系统分为两个部分，一是系统平台软件，一是系统应用软件。

    系统平台软件包括运行在采集计算机、数据处理服务器、历史服务器和分析工作站上的操作系统。在采集计算机中采用的QNX实时操作系统。QNX是一种实时UNIX操作系统，可以保证精确的任务调度和足够的系统健壮性，适合于不需要人机互操作的嵌入式应用；在数据处理服务器、历史服务器和分析工作站采用WINDOWS NT操作系统，其人机界面良好，适合于开发复杂的图形和数据操作。
 
    系统应用软件包括采集计算机应用软件、数据处理服务器应用软件、历史服务器应用软件、分析工作站应用软件、网关软件、WEB服务器软件。

4  主要功能简述

4.1  系统管理

    系统管理功能包括安全性管理、操作系统访问管理、系统配置和设备管理功能。

    安全性管理的内容是用户权限和口令设置，有4种的操作级别，可定义每一级别的操作范围。可分别对测量点组态、试验方案设置和操作系统访问等内容进行权限设置。

    数据处理服务器是进行KDO系统管理的主要工具，操作人员可以进行以下操作：

    (1) 系统启动、停止；
    (2) 应用系统的启动、停止；
    (3) 安装程序、版本管理；
    (4) 设备管理，配置系统外设，如打印机等；
    (5) 检查和维护系统，修改系统密码；
    (6) 设置时间；
    (7) 用户安全权限管理。

4.2  数据采集

(1)  模拟量采集和处理

    系统支持种标准的电气―工程单位变换，来自现场的模拟信号经过A/D转换变成数字信号后，计算机系统将此数字信号按照测点的电量程范围转换成相应的电信号值后进行超量程检查。

(2)  开关量采集和处理

    系统支持抖动监视，抖动状态下的开关量处理和依据开关量的状态变化产生特定的事件的功能，如：启动方案页计算、启动自动画面显示和启动故障录波等。

4.3  数据库管理

    实时数据库由最大可用性配置的“数据通道”记录组成，一个数据通道可以离线或在线分配某一测量信号或内部中间量点，包括外部通道和内部通道。外部通道与物理输入通道相对应，可直接接入一个现场采集信号，内部通道可以接入一个由外部通道点经计算后产生的信号。固定通道点接入的是用户初始提供的外部或内部测点清单中的点，该清单借助于一个ACCESS数据库作为录入编辑工具，然后再导入到系统数据库中。

    为临时接入的测点分配通道功能独立于试验定义，用于临时接入某些固定通道点之外的工艺测点，进行实时监视或参与故障录波。甚至也可以临时分配内部通道，如AM通道，与物理地接入外部点相似，定义了内部通道点后，还必须同时定义其计算公式。

    在通道列表中选中某备用通道，点击“属性”按钮，或直接双击某通道，即可在对话框中显示当前该通道的分配情况，可以修改该通道原来定义的点名（换点，注意不能与其它通道的点名重复），或点不变，只修改其某些采集或计算参数，也可以删除该通道的点分配，使之成为空通道。确认修改后，定义结果即存到服务器数据库中。
禁止对固定通道再分配别的测点或删除，如某通道分配了相关试验点且该试验正在进行，也禁止再对该通道点修改。

4.4  试验功能

(1)  试验方案的组态和管理

    KDO系统大部分工作是围绕试验进行，操作、分析和记录是以试验为单位的。试验方案用来定义各种试验配置参数，试验围绕试验方案来进行组织和控制。每个试验方案独立地保存为一个文件，系统可存储多个预先定义的试验方案，开始试验前由操作人员选择确定试验方案。试验方案可由操作人员创建、编辑和保存，可从头开始定义一个新的试验方案，也可以选取另一个试验方案作为模板，派生出一个新的试验方案。

    系统可以同时配置和进行多个不同的试验（最多同时启动5个试验），并且在一个或多个试验进行的过程中，可以同时配置、启动和控制新的试验。试验过程控制、数据处理和存储都以试验为单位，进行中的试验相互独立。

(2)  试验过程控制

试验启动有以下两种情况：

    •  操作员在数据处理服务器或分析工作站上命令启动单个或多个试验；
    •  系统按照操作人员预定义的试验启动设置（启动时间和启动条件）自动进行试验过程。

    启动试验作为事件进全日志，操作员手动启动试验进操作日志。用户进行试验启动时系统进行权限检查，权限不符合禁止启动试验。

试验运行过程如下：

    试验正常启动后，自动推出缺省显示画面（趋势曲线图），同时在操作日志中出现一条“试验启动”信息。系统允许同时进行5个不同的试验，每个试验占用一个固定的试验区，试验启动后，被自动装载到第一个可用的试验区。启动一个新的试验后，分析工作站界面“试验管理”指示灯闪烁，点击“试验管理”指示灯将打开试验管理窗口，跟踪监视试验过程。


试验管理窗口显示当前运行试验的基本信息，画面上下大致分为四部分：

    •  运行试验的列表  列出当前正在运行的试验的概要信息，包括试验名，启动时间、累计运行时间及记录状态等；选中列表中某个试验，则在窗口的以下部分显示该试验的具体信息；
    •  运行详细信息  显示被选试验的记录文件名、当前试验进行到哪一阶段、当前的采样频率、当前试验记录文件大小等；
    •  试验点参数列表  显示被选试验的全部试验点名、点描述和当前值；
    •  试验的图形列表  包括被选试验的自定义图形文件名和趋势组。

    运行中还可以在试验管理窗口画面上选择某个试验停止运行。
    试验启动后，如果开始记录的条件未满足，跟踪曲线将显示无效数据，直到开始记录，这时日志中出现一条“试验开始记录”信息。试验曲线统一以25ms的时间分辨率进行采样值的跟踪，跟踪过程中可以切换显示的趋势组，对曲线进行量程缩放、上下平移等，也可以选择打印曲线图。打印输出有2种方式：输出到一个点阵(*.bmp)文件或直接输出到图形打印机。试验过程趋势数据可以选择实时曲线显示或数字列表显示。

    数字方式以选择的时间精度显示每个点每个历史时刻的精确值。跟踪方式显示时，首先从上到下显示出1/2的历史数据（当前时间以前的历史数据）然后按时间间隔跟踪显示最新的数据。当跟踪到终点（最后一行）后，再下一行显示时将画面数据区上移1/2即空出1/2画面继续跟踪显示。历史方式显示按时间顺序从上到下显示，数据显示行间时间间隔可由操作员指定。

    试验停止作为事件进全日志，操作员手动停止试验进操作日志。如试验组态了报表，则试验停止后启动报表打印。
操作员手动停止试验时系统进行权限检查，权限不符合禁止停止试验。

    在试验过程中，系统自动保存试验记录文件到数据处理服务器中，冗余的两台数据处理服务器各保留一个副本；在试验结束后，可以设定将文件转存到历史服务器中，在系统将当前运行的数据处理服务器中的试验记录文件的成功转存后，两台数据处理服务器保存的副本被删除。

试验过程中可对以下参数进行在线更改：

    •  存储频率，以25ms的整数倍可在线增大或减小；
    •  测量点参数的调整，如电气量程、物理量程、报警上下限等；

    试验参数的更改作为事件进全日志和操作日志。用户进行试验参数更改时系统进行权限检查，权限不符合禁止操作。

(3)  试验后分析

    对于试验记录文件，KDO系统没有数量限制，只是要考虑硬盘的容量。、

    分析工作站在试验数据采集结束后可从数据处理服务器或历史服务器中获取数据历史记录文件以进行事后的离线分析。该软件还具有图形显示，曲线描绘和打印输出功能，以使操作人员用模拟图、趋势曲线和数据表格等多种形式观察计算与分析的结果。所有显示内容均可通过打印机形成硬拷贝（包括模拟图），以便长期保存。分析工作站上的曲线描绘软件除可绘制单一变量的变化曲线外，还可绘制多变量的变化曲线，以便进行对照。同时，曲线描绘软件还可以绘制两个变量相互关系的曲线，以利于完成试验过程中对各变量之间相互关系的观察。

    作为离线的延后试验数据分析功能，可以对系统记录的任意一个试验结果作事后分析，包括对采集和计算数据的后处理，例如：电气－物理转换算法调整；组合计算新的中间量点；数据的统计分析。

4.5  故障录波功能

    故障录波功能是系统提供的一个独立功能，用于捕捉设定的触发条件，记录事故发生前后一段时间内相关的变量的变化情况。记录结果可在打印机上自动打印，同时保留磁盘文件供以后查询。故障录波功能与试验并列运行和独立操作，可在系统运期间一直激活，以保证捕捉任何可能的触发。

故障录波以组为单位进行组织和运行，系统最多可定义64个组。

•  事故定义

    每个组可以定义多达64个事故源作为触发条件，当任意一个触发条件满足时即启动记录功能。触发条件可以是：采集的开关量跳变；采集的模拟量越限；计算的中间量点达到设定值。

•  数据记录

    由数据库中定义的点（包括测量点和中间量点）组成，在线运行时，当触发条件得到满足，系统即记录追忆这些点的数据。事故前后记录时间段长短可依据用户需求进行随机定义，但事故前记录时间最长为5分钟，事故后记录时间最长为20分钟。

•  自动打印

    事故源条件满足时，故障录波处理任务根据事故定义，开始收集事故前后的有关记录，事故后记忆时间到达时，通过自动打印事故追忆记录。

    打印的内容如下：启动该次记录的事故源状态；启动日期和时间；测点名称和测量单位；测点采集时间、数值。

•  故障滤波的显示

    对于故障滤波记录的数据可以用趋势曲线或数值方式显示，数据记录期间发生的开关量变位事件以列表方式显示。这两部分显示的内容包括在同一画面中。

4.6  系统状态在线监视

    系统故障诊断功能主要负责KDO系统本身设备的故障诊断与系统状态监视。确保系统能够及时发现故障，以及系统设备的状态监视。通过设备状态图主画面的数据采集计算机热点，可以打开一个窗口显示I/O单元。通过I/O单元热点，可以进一步打开某一个I/O单元的通道配置（状态）图。

    系统设备故障后根据要求的不同，除做必要的处理外，所有系统设备故障信息进全日志，同时在屏幕的报警窗口中显示报警信息并可发出报警音响。

4.7  模拟流程图

    模拟流程图以图形方式表现现场的主要工艺流程和有关的动态信息，并具有对动态点进行操作的手段。系统为用户提供一个能快速而简便地进行图形组态和维护的工具。

4.8  趋势曲线

    趋势曲线图作为系统的一种基本图形，用于一般的历史趋势跟踪，也用于试验记录在线跟踪和故障录波的跟踪监视，在这些功能中虽然在显示界面上略有不同，但大同小异，其显示控制操作是相同的。

4.9  历史数据记录

    系统提供一个容量为1 024个数据通道的历史数据库，按周期收集和存储试验之外的历史数据。

    历史库以数据文件形式存放在历史服务器和数据处理服务器硬盘中。

    数据处理服务器历史库保留2天的最快周期采集的全数据，2天后新数据冲掉老数据。数据处理服务器历史库可以用于数据处理服务器和分析工作站内部计算、趋势曲线和数字趋势的显示和打印，同时也作为历史服务器数据的备份。

    历史服务器保留1天的最快周期采集的全数据和180天的1s周期数据。

5  结语

    大亚湾核电站试验数据采集系统不仅满足了电站启动试验的要求，同时在不增加硬件的条件下实现了故障录波功能，为电站分析工艺过程的特殊瞬态和解决隐性故障发挥了积极作用。