基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，属于核电站自动控制技术领域；包括布设在核电站每个被监测区域的若干个无线传感器网络节点、1个汇聚节点，以及位于主控制室的1个上位机监控单元；无线传感器网络节点由集成在1个单片机上的传感器模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成，汇聚节点由集成在1个单片机上的串口模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成；上位机监控单元包括内嵌有操作员界面模块的图形显示器，内嵌有数据库模块、串口通信模块和故障诊断模块的工控机，以及报警模块；本实用新型专利技术能节省成本，有效缩短工期，且能实现更全面地监测，保证核电站的运行安全。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统
本技术涉及一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，涉及核电站自动控制

技术介绍
在核电站中，主要设备包括压力容器，蒸汽发生器，主氦风机，热气导管，堆内构件，汽轮机，控制仪表及电源等，完成从核能到热能，到机械能，最后到电能的转换。整个过程涉及的系统很多，不同系统之间相互关联，很多设备在高温、高压、高速旋转下工作，所以对核电站进行故障诊断与状态监测十分必要。而传统的分布式控制系统(以下简称DCS)是将布置在很多被监测对象上的传感器有线连接，带来的不仅是仪控系统更高的造价以及核电站内所有厂房更加复杂的总体布置，还有大量的桥架设计及电缆敷设工作并要防止在监测过程中数据传输线受到破坏。因此，目前的DCS系统只是根据保证核电站正常运行和核安全的原则对不到半数的设备进行监控，而其中只有少数重要设备例如主泵，进行了全方位监控，并未重点考虑绝大多数设备的自身安全和精细化运行维护的需求。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，以克服现有的DCS系统高造价、复杂总体布局、大量的电缆桥架设计和敷设工作的缺点，以便实时监控更多的设备和更多的实时运行参数，尤其是那些不在DCS监控范围内，或DCS仅监控少数参数的设备，可以在第一时间发现这些设备的运行异常情况，防止设备损坏，确保核电站的安全运行，提高故障诊断效率，节约运行成本。本专利技术提出的一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，包括：布设在核电站的每个被监测区域的若干个无线传感器网络节点、1个汇聚节点，以及位于主控制室的1个上位机监控单元；所述每个无线传感器网络节点由集成在1个单片机上的传感器模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成，所述每个汇聚节点由集成在1个单片机上的串口模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成；其中，每个被监测区域的各无线传感器网络节点之间以及无线传感器网络节点和汇聚节点之间均通过其内的无线通信模块进行数据的双向无线传输，各被监测区域的汇聚节点均通过其内的串口模块与上位机监控单元进行数据的双向有线传输。所述上位机监控单元包括内嵌有操作员界面模块的图形显示器，内嵌有数据库模块、串口通信模块和故障诊断模块的工控机，以及由光报警装置和蜂鸣器组成的报警模块；其中，操作员界面模块通过串口通信模块与数据库模块相连，故障诊断模块分别与数据库模块、图形显示器及报警模块相连。本技术提出的基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，其优点是不仅能节省核电站仪控系统、电缆和桥架的设计和材料成本，以及大量电缆敷设的人工成本，有效缩短工期，而且能防止在监测过程中数据传输线被人为破坏和更全面地监测传统DCS系统不能监测的地方，及早发现故障，提高故障诊断的效率，降低误判率和漏判率，保证核电站的运行安全。附图说明图1是本技术提出的基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统的结构框图。图2是本技术故障诊断与状态监测系统中上位机监控单元的结构框图。具体实施方式本技术提出的基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，其结构框图如图1所示，包括：布设在核电站的每个被监测区域的若干个无线传感器网络节点、1个汇聚节点，以及位于核电站主控制室的1个上位机监控单元(所述被监测区域可包括核电站的电气厂房、核反应堆厂房、核辅助厂房、乏燃料厂房及常规岛各辅助建筑物子项等区域)；所述每个无线传感器网络节点由集成在1个单片机上的传感器模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成，所述每个汇聚节点由集成在1个单片机上的串口模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成；其中，每个被监测区域的各无线传感器网络节点之间以及无线传感器网络节点和汇聚节点之间均通过其内的无线通信模块进行数据的双向无线传输，各被监测区域的汇聚节点均通过其内的串口模块与上位机监控单元进行数据的双向有线传输。本技术各个器件的具体实现方式及功能分别说明如下：所述无线传感器网络节点或汇聚节点的无线微处理器模块，用于处理所在节点内其它模块的控制和各项任务的调配，存储和转换本身采集的数据以及其他节点发来的数据；可选用处理能力强、低功耗的常规微处理器实现，如果微处理器内部拥有定时器、程序存储器、AD转换器、时钟等很多外设资源，就可以减少外部元件，使得微处理器外围电路简单化；本实施例的无线微处理器模块采用ATmega128L处理器，ATmega128L是基于RISC结构的8位低功耗CMOS,AVR系列处理器，工作速度可达8MIPS，工作电压是2.7V到5.5V，具有128kB的系统内可编程Flash编程器、4kB的EEPROM、4kB的SRAM、53个通用I/O端口、工作时钟源、4个定时器/计数器、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、1个同步串行端口；工作时钟源采用两个外部晶振，分别为7.3728MHz和32.768kHz，前者为工作时钟，后者为实时时钟源；相对于其他通用的8位微控制器来说，ATmega128L具有更加丰富的资源以及极低的能耗，凭借其先进的指令集和单周期指令执行时间，ATmega128L的数据吞吐量可以达到8MIPS/MHz，大大减缓了系统处理速度和功耗间的矛盾。所述无线传感器网络节点的传感器模块，包括测量温度、压力、流量、湿度的各个状态参数传感器，采集振动频率、加速度、声音、视频，无线射频识别的各个原始物理量信息传感器，不仅用于监测目标对象的温度、压力、流量、湿度等状态参数，还可以通过监测振动频率、加速度、声音、视频，无线射频识别(RFID)等进行原始物理量信息的采集；本实施例的各个状态参数传感器可选择常规的传感器产品实现，振动加速度计选择美国AnalogDevices公司研制的三轴加速度计—ADXL330；自带电路进行信号调理，可以输出模拟电压，还可直接连在采集电路上；能耗特别低，当输入电压2V时，典型电流值会低于200mA；工作区域为±3G；所选芯片级封装为4×4×1.45mm的16引脚架构封装；各个传感器的芯片焊有8个插针，各个传感器芯片和对应无线传感器网络节点内的单片机通过插针和底座连接，温度传感器选择热电阻CulOO，电阻温度系数比较大，并且近乎与温度成线性关系，通电流不变时，温度不同，对应产生不同电压，通过放大电路后和无线微处理器模块的I/O端口相连。所述无线传感器网络节点或汇聚节点的能量供应模块，用于为所在的无线传感器网络节点或汇聚节点提供运行所需的能量，可采用微型电池，电源电压通常选为3.3V，保证能量供应模块工作在正常工作电压范围内，进而保证本系统能正常工作、准确地采集数据信息；此外，由于电池携带的能量有限而导致无法长时间运行工作,并且节点经常被布设在恶劣、复杂以及人员不能到达的环境中,且数量较多,因此更换电池的成本非常高，因此该能量模块还可采用超级电容和锂电池组成的多级能量存储结构，能够自主从环境中采集能量，并为本系统提供能量；本实施例的能量供应模块所在单片机外围电路由基于能量收集芯片LTC-3588的能量收集电路，和基于LM2621芯片的电池供应电路组成。所述无线传感器网络节点或汇聚节点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，其特征在于，该故障诊断与状态监测系统包括：布设在核电站的每个被监测区域的若干个无线传感器网络节点、1个汇聚节点，以及位于主控制室的1个上位机监控单元；所述每个无线传感器网络节点由集成在1个单片机上的传感器模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成，所述每个汇聚节点由集成在1个单片机上的串口模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成；其中，每个被监测区域的各无线传感器网络节点之间以及无线传感器网络节点和汇聚节点之间均通过其内的无线通信模块进行数据的双向无线传输，各被监测区域的汇聚节点均通过其内的串口模块与上位机监控单元进行数据的双向有线传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的核电站故障诊断与状态监测系统，其特征在于，该故障诊断与状态监测系统包括：布设在核电站的每个被监测区域的若干个无线传感器网络节点、1个汇聚节点，以及位于主控制室的1个上位机监控单元；所述每个无线传感器网络节点由集成在1个单片机上的传感器模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成，所述每个汇聚节点由集成在1个单片机上的串口模块、无线微处理器模块、无线通信模块和能量供应模块构成；其中，每个被监测区域的各无线传感器网络节点之间以及无线传感器网络节点和汇聚节点之间均通过其内的无线通信模块进行数据的双向无线传输，各被监测区域的汇聚节点均通过其内的串口模块与上位机监控单元进行数据的双向有线传输。2.根据权利要求1所述的核电站故障诊断与状态监测系统，其特征在于，所述无线传感器网络节点或汇聚节点的无线微处理器模块采用ATmega128L处理器，具有128kB的系统内可编程Flash编程器、4kB的EEPROM、4kB的SRAM、53个通用I/O端口、工作时钟源、4个定时器/计数器、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、1个同步串行端口；其中，工作时钟源采用两个外部晶振。3.根据权利要求1所述的核电站故障诊断与状态监测系统，其特征在于，所述无线传感器网络节点的传感器模块，包括测量温度、压力、流量、湿度的各个状态参数传感器，采集振动频率、加速度、声音、视频，无线射频识别的各个原始物理量信息传感器；各个传感器与对应无线传感器网络节点内的单片机通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟佳，李江海，龙振海，胡全忠，丁云，
申请(专利权)人：中核能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11