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钍基熔盐堆EPICS控制系统可靠性技术应用研究

发布时间:2020-10-29 07:17
   EPICS(Experimental and Physics Industrial Control System)是一个采用全数字化分布式控制体系架构的基于工具集的软件平台,目前已被世界上许多大型的物理实验装置和工业应用所采用,在控制系统领域占据着越来越重要的地位。钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)作为第四代核反应堆,同样采用EPICS平台开发其控制系统。 EPICS,用作核反应堆的控制系统基础平台,其可靠性是备受关注的重点,也是本论文的重点。本论文以EPICS核心层IOC(Input and Output Controller)为中心,主要研究提高IOC可靠性的技术。 论文介绍了研发钍基熔盐堆的必要性和仪控系统的发展历程,并对全数字化反应堆仪控系统的国内外发展现状及功能设计原则进行了分析,确认构建冗余系统是提高系统可靠性的有效方案之一;对EPICS的系统结构及基本特性进行了全面介绍,详细分析了IOC的软件结构及各部分功能,并对IOC的记录支持、设备支持及驱动支持模块的设计方法进行了深入研究;学习和应用EPICS现有的错误日志管理和过程变量网关技术用于提高控制系统可靠性。 论文工作的第一部分是基于Heartbeat和Autosave软件技术的IOC冗余设计及实现。把IOC启动脚本设计为Heartbeat的一个资源服务,Heartbeat通过控制IOC的启动脚本实现IOC的冗余切换。Autosave通过对IOC数据的周期性保存,完成冗余IOC的数据同步。通过实验测试发现冗余IOC之间的切换时间小于3秒,表明基于Heartbeat和Autosave软件技术实现IOC冗余方案是可行的,为实现基于EPICS的TMSR控制系统的高可靠性提供了一种新的技术手段。 论文工作的第二部分是设计了基于iocRedundancy软件的IOC冗余技术方案。通过修改iocRedundancy软件包和编写符合工程实际需要的IOC冗余控制驱动程序,实现IOC冗余。采用该方案实现的冗余IOC配置在TMSR的棒控棒位实验平台中进行了应用测试,结果表明该技术可实现IOC冗余快速切换,而且冗余IOC可长时间稳定运行。 论文最后一部分工作是自主开发基于HPI(Hardware Platform Interface)的通用IOC设备支持模块。IOC通过HPIAPI(ApplicationProgrammingInterface)函数调用实现对TMSR控制系统ATCA (Advanced Telecom ComputingArchitecture)机架的管理功能,EPICS用户不再需要学习不同ATCA厂家的管理命令,可直接通过OPI(Operator Interface)开发界面实时监测和控制ATCA机架内的温度、电源和风扇转速等各种硬件信息。 本论文的创新点有: 1.在EPICS环境下,首次在Heartbeat和Autosave软件包下实现了IOC冗余切换和数据信息同步; 2.利用iocRedundancy软件包,开发实现了适合西门子PLC的冗余IOC驱动程序; 3.首次开发了EPICS环境下基于HPI通用接口的设备支持模块。
【学位单位】:中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位年份】:2015
【中图分类】:TL426;TL362
【部分图文】:

示意图,板卡,机架,数据接口技术


图 1-7 ATCA 机架和板卡示意图ATCA 核心技术之一是数据接口技术。ATCA 提供了四种数据接口本接口(BaseInterface)、光纤接口(FabricInterface)、更新通道接口

一般拓扑


图 3-4 Heartbeat 一般拓扑结构tbeat 软件仅能实现集群的基本功能,IOC 可作为一个资源被 He于实现 IOC 的冗余切换,但 IOC 之间的数据同步功能需要额外的

冗余,客户端,切换时间,系统设计


在CSS客户端进行冗余切换时间监测,由图 4-6可以看出,前两种方式的换时间较长,最长有三四十秒。冗余系统的可靠性是系统设计的重点,但冗余统的切换时间也是系统设计的重要因素之一。若系统冗余切换时间太长,则监的设备在此段时间内对客户是不可见的,切换时间越长,系统出现危险的概率
【参考文献】

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本文编号:2860569

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