钍基熔盐堆epics控制系统可靠性技术应用研究

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1、密级:博士学位论文钍基熔盐堆EPICS控制系统可靠性技术应用研究作者姓名尹聪聪指导教师李勇平研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别工学博士学科专业核技术及应用培养单位中国科学院上海应用物理研究所2015年4月StudyonEPICSReliabilityTechnologyinTMSRADissertationfortheDoctoralDegreeofEngineeringintheUniversityofChineseAcademyofSciencesByCongcongYinDirectedByYongpingLiUniversityofChineseA

2、cademyofSciencesApril,2015摘要摘要EPICS（ExperimentalandPhysicsIndustrialControlSystem）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（ThoriumMoltenSaltReactor，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（In

3、putandOutputController）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

4、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

5、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。I钍基熔盐堆EPICS控制系统可靠性技术应用研究论文最后一部分工作是自主开发基于HPI（HardwarePlatformInterface）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（AdvancedTelecomComputingArchitecture）机架的管理功能，EP

6、ICS用户不再需要学习不同ATCA厂家的管理命令，可直接通过OPI（OperatorInterface）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。关键字：EPICS控制系统，可靠性，IOC冗余，HPI设备支持程序IIAbstractAbstractEPIC

7、S(ExperimentalandPhysicsIndustrialControlSystem)isoneofdistributeddigitalcontrolinfrastructuresbasedonsoftwaretoolkits,anditismoreandmorewidelyemployedinmanylarger-scalelaboratoriesforphysicalexperimentalfacilitiesandindustrialapplicationsintheworld.AsonetypeofgenerationIVreactors,TMS

8、R(Tho