??? 摘??要： 將虛擬儀器的概念引入大亞灣核電站的SIP系統的仿真，利用計算機仿真技術參與其系統設計有助于縮短設計周期，降低設計費用和提高設計質量，基于這些優點利用LabVIEW進行了SIP系統的虛擬仿真設計，目前已經取得了預期的效果，主要以SIP系統的RCP10通道為例進行詳細地仿真設計介紹。?

??? 關鍵詞： SIP系統； 虛擬儀器； 系統仿真

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??? 過程儀表系統（法文簡稱SIP系統）作為核島系統的一部分，其作用是接收來自現場過程測量儀表的模擬信號（包括壓力、水位、流量、溫度、轉速等），然后根據設計要求對現場模擬信號進行處理，再送到相關系統和設備進行顯示、記錄和處理。從一定意義上講，SIP系統在儀控系統中處于承上啟下的地位。SIP系統的故障是隱蔽的，但是，SIP作為反應堆廣義保護系統的一個重要組成部分，其故障將直接威脅到核電站的安全和正常運行。為了及時發現故障以保證SIP系統的可用性，必須對SIP系統進行定期試驗。而原有的定期試驗裝置（SACMO試驗臺）已經老化且無備件生產，給試驗和維修工作帶來不便，因此，開發新型的定期試驗裝置是非常緊迫和關鍵的。?

??? 由于SIP系統長期處于運行狀態，無法給新開發的試驗裝置提供環境試驗，而又因為系統通道和所需的硬件板件非常多，所以不適合對SIP系統作硬件實物仿真，故最終采用計算機仿真SIP系統。這種仿真方法常用于系統的方案設計階段和某些不適合作實物仿真的場合（包括某些故障模式），其特點是重復性好、精度高、靈活性大、使用方便、成本較低，可以是實時的、也可以是非實時的。這樣更加方便了新型定期試驗裝置的開發，計算機仿真的環境采用的是LabVIEW開發環境。為了驗證最終開發的軟件仿真系統的準確性，首先搭建了SIP系統中RCP10的部分硬件回路，接著用SACMO試驗臺分別向新開發的SIP軟件系統和硬件仿真系統注入信號，比對試驗結果，這些都為研發新型的定期試驗裝置提供了試驗依據。?

1 LabVIEW簡介?

??? LabVIEW是美國NI公司的產品,是一個功能完整的軟件開發環境，同時也是一種功能強大的編程語言^[1]，主要用于儀器控制、數據采集、數據分析和數據顯示領域。LabVIEW采用圖形編程語言以方框圖的方式來生成程序行。與其他仿真軟件相比更加直觀、生動，易于上手且方便修改。本課題根據模型，編寫了系統仿真模塊，仿真模塊主要包括慣性環節和超前滯后環節等時間參數的動態環節、XU動作輸出環節等。只需將動態環節的傳遞函數數字化就可以對整個系統進行計算機仿真建模。?

2 SIP系統仿真結構?

??? SIP仿真系統有模擬量的輸入以及模擬量和數字量輸出，本仿真系統結構如圖1所示。系統主要采用了1臺計算機和2塊NI的板卡來實現，即PCI6289和6733。PCI6733有8路AO，M系列板卡PCI6289有32路AI和48路DI，而對于每個通道回路中最多有6路AI，8路AO以及12路DI[2]。其中計算機仿真部分只需仿真回路通道中的處理計算模塊即動態模塊(如微分、超前、滯后、濾波等時間參數模塊）和閾值模塊即可。?

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3 SIP仿真系統的RCP10的部分回路?

??? SIP系統的通道的處理計算模塊基本上都是相似的，動態參數模塊只是時間常數不一樣，XU閾值模塊只是動作值和復位值不一樣。本文以最為復雜的RCP10部分回路為例進行了軟件仿真設計，并用SIP系統中實際運行的板件搭建了此回路作為硬件仿真系統，來驗證軟件仿真設計的正確性，圖2為RCP10的部分回路簡圖，其中一個方框圖代表的是用于一個功能的板件。?

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??? 圖中,458CC、483CC、448CC、446CC、495CC和447CC都是SIP系統RCP10通道的輸入開關節點， FI和MT都為時間參數動態環節，AM、GD與ZO為靜態環節，即與時間參數無關，只與輸入量有關。本文著重對動態環節仿真進行詳細描述，PT點和XU都為SIP仿真系統的輸出節點， PT為模擬量輸出，XU為數字量輸出。在系統仿真中，一些動態環節只知道其傳遞函數，而系統采集的值是離散的，即不是連續的數據，故要將其量化為差分方程，這樣便于仿真與程序設計。?

??? (1) 濾波器FI模塊?

??? 濾波器模塊傳遞函數為?微分方程為：差分方程為:FI環節此時刻的輸出值取決于上一時刻的輸入和輸出值。?

??? 當有一個初值注入時，即X(t)=U(t)，y值會有一個階躍響應，具體理論推導如下:由此可見，當t→∞時，y(t)=U(t)。?

??? (2) 超前滯后MT模塊?

??? 超前滯后模塊傳遞函數為微分方程為:差分方程為：MT環節此時刻的輸出值取決于上一時刻的輸入和輸出值以及此時刻的輸入。?

??? 當有一個初值注入時，即X(t)=U(t)，y值會有一個階躍響應，具體理論推導如下:由此可見，當t→∞時，y(t)=U(t)，故應給系統一段時間來穩定，待系統穩定后可再進行下一步的運算。?

??? 根據已經建立的RCP10通道部分回路的軟件仿真模型，用SACMO試驗臺里的部分試驗步驟分別向SIP軟件仿真系統和原有板件搭建的硬件仿真系統注入信號，其試驗結果如表1所示。?

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??? 這兩步試驗表示495CC、483CC、446CC分別注入定值信號，而448CC注入的一個初值信號，等待一段時間待MT環節穩定之后，再接著注入斜波信號，表格中的3列結果是XU動作時刻的斜波信號的值，其中軟仿真結果和硬仿真結果是多次試驗結果的值。由表1可見，軟仿真結果與理論值的誤差在范圍之內，證明NI板卡仿真符合精度要求的結果;而軟仿真結果與硬仿真結果的誤差也在要求范圍之內，說明軟仿真的數學公式是完全正確的。故采用軟仿真來模擬整個SIP系統是可行的。?

??? 軟件仿真的特點在于它實現起來比較方便，不受很多外在條件的約束，而LabVIEW的特點在于它的模塊化結構，因此這對程序本身的改進就有重要的意義。通過仿真的結果，初步的分析可以認為LabVIEW對系統仿真與分析簡便、直觀、有效。而對于大亞灣的這些大型系統中，系統搭建比較復雜而且不具備條件，故對系統進行計算機仿真是可行的，具有實現簡單，操作方便等優點。相信在將來可以將更多的計算機仿真系統應用于實際平臺中。?

參考文獻?

[1] 楊樂平，李海濤 趙勇.LabVIEW高級程序設計. 北京:清華大學出版社，2003.?

[2] National Instruments Corporation.PCI 6289 User Manual.2006.