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使用NI LabVIEW和FieldPoint对核反应堆控制系统进行升级

NI-美国国家仪器有限公司 2009-04-15 00:00:00

用五分之一的时间进行开发

  在Sandia国家实验室(SNL),环形铁心研究反应堆(ACRR)过去的控制系统由于设备过时、老化等原因,对维护和升级造成了困难。由于它是Sandia国家实验室的核试验与研究反应堆,我们必须升级系统,并达到严格的反应堆控制以及设备升级的灵活性要求。原系统的设计与安装用了10年时间。该系统使用基于386的电脑,在DOS下运行C程序,使用已经过时的数据采集、运动控制硬件以及基于PLC的通信设备。主要基于NI的软件和硬件,我们在不到两年的时间中,完成了替换系统的设计和安装。


综合系统设计

  新型控制系统使用九台在Windows 2000下运行Labview的Pentium-III PC、FieldPoint I/O硬件、PCI-6602定时硬件、Delta Tau运动控制硬件以及以太网通信设备。最终的系统具有友好的用户操作员界面,并且所使用的设备在维护和升级方面不仅更加方便而且成本也更低。

  我们选择以太网作为通信,是因为它的耐用性以及其在工业网络与商业网络已经被广泛使用。一台交换式集线器连接所有控制系统内所有的PC以及所有六台FieldPoint FP-2000网络模块。该网络与其它网络隔离,从而提高了系统的稳定性与安全性。在其中一台PC上运行DataSocket服务器,为九台联网PC之间提供通信平台。每一台PC都有对一个DataSocket数据集的写权限,而所有九台PC都可以读取任何一个数据集的数据。

  环形铁心研究反应堆控制系统的软件使用LabVIEW 6.1编写,便于修改、维护、部署到联网的多台PC中。

信号映射与比例变换

  我们建立了一个信号数据表,将标签名称与FieldPoint I/O通道或DataSocket变量进行映射。在完成编辑后,我们将数据表保存为用TAB作为分界符的文本文件,供LabVIEW在每次启动时读取。其后,LabVIEW将标签名称映射为适当的硬件或DataSocket通道。电子表还包括高达5阶多项式的单位转换能力,可以将FieldPoint原始数据转换为工程单位。我们发现使用信号数据表十分灵活,因为使用数据表,我们可以方便地编辑信号名称、位置以及单位换算,而不用修改LabVIEW代码。在工作台测试中,FieldPoint设置与我们计划使用的现场有所不同。我们可以方便地修改信号列表,将I/O通道与可用的FieldPoint硬件进行映射,从而使得对个别组件的软件测试成为可能。

I/O仿真器

  我们编写了一个LabVIEW I/O仿真器,可以不使用硬件完成软件测试。如果在settings.ini文本文件中关闭了硬件,我们可以设置LabVIEW FieldPoint和DataSocket I/O VI读取和写入仿真I/O信号。仿真器VI导入输入信号,并返回输出信号。我们没有连接硬件,就可以完成软件测试。这个方法对FieldPoint和DataSocket信号都适用,对数字信号和数值信号也都适用。仿真器VI使用由TAB作为分界符的文本文件进行保存和载入,方便调用不同的仿真设置。由于这些文件兼容电子表格格式,我们还可以使用Excel编辑这些设置。

所有九台PC使用一个应用程序

  为九台独立的PC维护代码、创建LabVIEW可执行文件是一件困难的事情。各台PC上大部分代码是相同的。其中的困难在于我们需要九台PC同时提供多个用户接口——而不是因为代码量过大。我们将软件设计为单个程序进行运行,根各台计算机的要求,分别显示不同的程序。在启动时,程序检查本地的settings.ini文件进行自身身份获取。其后,软件载入适当的用户界面,并且运行该计算机所需要的I/O程序。通过这种方法,九台PC机上只需发布和维护一个LabVIEW程序。两台运动控制计算机被放置在离控制室约100英尺的地方,一般不使用它们进行显示。由于这些计算机包含相同的LabVIEW代码,我们可以方便地从其他七台计算机上,以只读方式运行其用户图形界面。这样,我们不回到控制室也可以方便地查看不同的参数了。

软件健壮性与看门狗

  系统使用离散逻辑硬件或NI PCI-6602定时板卡处理对时间要求严格的操作。程序的扫描时间更新以及相关的循环图形显示在每一台屏幕上,就表明LabVIEW代码工作正常。环形铁心研究反应堆的主计算机控制系统以50 ms的循环周期进行工作。九台计算机中的三台不断地互相监视,并具有看门狗关闭功能。如果三台计算机中的任何一台没有每隔一秒通过DataSocket更新看门狗,另外两台计算机就会启动看门狗关闭功能,中止反应堆工作。这就防止了计算机崩溃以及网络故障等问题。在这个系统中,我们不需要FieldPoint实时功能,但我们安装了FP-2000实时模块,以便将来进行升级。请注意我们使用独立的电站保护系统确保反应堆的安全,而不管控制系统是否出现异常或工作故障。

坚固的、便于维护的控制系统

  综上所述,我们安装了一个坚固的、易于维护的控制系统,用于替换位于Sandia国家实验室的环形铁心研究反应堆的陈旧控制系统。新型系统提供了更美观、更直观的用户界面,便于修改的基于LabVIEW的软件以及成本低廉、便于维护的先进NI硬件。与使用C对原系统相编程所花费的时间相比,使用LabVIEW编写新型系统将软件开发时间降低到十分之一。

要获取更多信息,请联系:
Neal Pederson
VI控制系统公司
1923 Mendius Lane,
Los Alamos, NM 87544
电话:505-662-1461
传真:866-422-2931
电子邮箱:np@vicontrols.com

或者
R. Danny Beets
Sandia国家实验室
PO BOX 5800, Albuquerque, NM 87185
电话:505-844-4535
传真:505-845-3115
电子邮箱:rdbeets@sandia.gov


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