余嘉莉 陳永忠 韓利峰

基于Qt的TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)

余嘉莉1,2陳永忠1韓利峰1

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

針對(duì)釷基熔鹽堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架實(shí)時(shí)性、跨平臺(tái)性等要求，由基于C++的Qt圖形化界面開發(fā)框架開發(fā)試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)。通過Blender繪制的熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架3D模型圖加載到Qt，控制系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)物理與工業(yè)控制系統(tǒng)（Experiment Physics and Industrial Control System，EPICS）連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)3D模型的顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放，控制系統(tǒng)設(shè)備并實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過測(cè)試，TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與靈活性，為熔鹽泵成功應(yīng)用到熔鹽堆中奠定基礎(chǔ)。

熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架， 3D模型，實(shí)驗(yàn)物理及工業(yè)控制系統(tǒng)， Qt Creator

釷基熔鹽堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）核能專項(xiàng)［1］是中國科學(xué)院提出研發(fā)的第四代裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)，釷基熔鹽堆的反應(yīng)堆冷卻劑是高溫熔鹽，而推動(dòng)其冷卻循環(huán)的“心臟”是熔鹽泵。TMSR熔鹽泵是熔鹽回路的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，具有熔鹽驅(qū)動(dòng)、液位控制、取樣等功能。通過建立熔鹽泵控制系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制熔鹽泵及其閥門開關(guān)，而且還可以實(shí)時(shí)顯示溫度、壓力、氣流量等參數(shù)。TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架則是對(duì)泵的熔鹽介質(zhì)下的高溫實(shí)驗(yàn)研究，使用的技術(shù)、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以為后續(xù)熔鹽堆的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。目前TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架不僅有大量先進(jìn)的傳感器和閥門，而且其構(gòu)造復(fù)雜，可視化水平不夠。

本文利用Qt圖形化界面開發(fā)框架進(jìn)行人機(jī)交互界面的開發(fā)，并結(jié)合使用3D建模技術(shù)建立了TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架的3D模型。該試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)不但能夠?qū)崿F(xiàn)熔鹽泵3D模型顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放，而且還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，增強(qiáng)了熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架的可視化水平。

1 3D可視化技術(shù)在核能領(lǐng)域的應(yīng)用

國內(nèi)外各大科研機(jī)構(gòu)對(duì)3D技術(shù)應(yīng)用到核能領(lǐng)域的研究越來越深入，西班牙開發(fā)了SICOMORO （Simulation of Control Room Modifications）和ACEWO （Control Access Worker to Nuclear Power Plant）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)［2?5］。模擬了Confrents核電站環(huán)境中輻射防護(hù)的交互式計(jì)算，模擬重現(xiàn)了核電站操作員所有重要操作過程，顯示虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中每位操作員的瞬時(shí)和累積劑量，通過對(duì)操作和數(shù)據(jù)分析最大限度地減少操作員在核電站的操作時(shí)間和輻射劑量。為了模擬拆除核電廠渦輪機(jī)的必要程序設(shè)計(jì)了TILOS（Turbine Planification for the Simulation of the Turbine Dismantle）虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，通過所有不同可能性分析獲得最佳選擇，且優(yōu)化了人機(jī)界面、改進(jìn)了控制室的設(shè)計(jì)。

日本開發(fā)一套用于核電站輻射劑量防護(hù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)［3，6］，提高維護(hù)人員工作效率，同時(shí)減少核電廠維護(hù)人員的輻射，將維修人員劑量率分布通過三維可視化技術(shù)顯示。

武漢核動(dòng)力運(yùn)行研究所利用三維可視化技術(shù)構(gòu)建了核污染物擴(kuò)散系統(tǒng)，結(jié)合3D建模技術(shù)展現(xiàn)核電站的三維全景效果，實(shí)現(xiàn)核電廠址區(qū)域污染物濃度場(chǎng)和劑量場(chǎng)的三維展示和動(dòng)態(tài)分布［7］。模擬污染物動(dòng)態(tài)擴(kuò)散分布，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)三維可視化，為后續(xù)應(yīng)急決策提供參考。魏子奇等［8］利用可視化技術(shù)監(jiān)測(cè)核電設(shè)備狀態(tài)，通過融合三維模型，建立了以設(shè)備為中心的三維場(chǎng)景。張琳［9］利用三維技術(shù)應(yīng)用到核電設(shè)計(jì)中方案的驗(yàn)證與工程建造中，對(duì)項(xiàng)目的各個(gè)階段進(jìn)行模擬，對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化展示，開發(fā)三維可視化工程設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)。

由此可見，構(gòu)建一種以3D可視化技術(shù)為基礎(chǔ)、融合系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用程序，能夠?yàn)楹穗娬镜戎卮笤O(shè)施的監(jiān)測(cè)和診斷提供數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析工具，為核電站設(shè)備運(yùn)行的管理提供更有力的3D可視化支撐。本項(xiàng)目開發(fā)了一套基于Qt架構(gòu)的TMSR熔鹽泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)，為以后的熔鹽堆控制系統(tǒng)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)任務(wù)與控制內(nèi)容

2.1　需求分析

為了保障TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架的正常運(yùn)行，需要對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架上設(shè)備的控制信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。通過實(shí)驗(yàn)物理及工業(yè)控制系統(tǒng)（Experiment Physics and Industrial Control System，EPICS）的IOC（Input Output Controller）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)備的控制信號(hào)有：溫度、壓力、氣流量、閥門開關(guān)等。通過人機(jī)交互界面完成各個(gè)設(shè)備的控制，在PC端發(fā)出指令，控制閥門的開關(guān)。操作人員可以通過控制系統(tǒng)界面調(diào)節(jié)各閥門或加熱器的溫度、氣流量、壓力等參數(shù)，從而使系統(tǒng)在各個(gè)工況下運(yùn)行，為后續(xù)是否能夠應(yīng)用到熔鹽堆中提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。

根據(jù)以上設(shè)備控制信號(hào)，系統(tǒng)上層界面需要實(shí)現(xiàn)3D模型顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放，設(shè)備的開關(guān)控制，系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫和用戶賬戶信息管理及操作行為記錄功能。

2.2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于EPICS熔鹽泵實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)采用分布式體系的結(jié)構(gòu)的三層標(biāo)準(zhǔn)模型，即操作員接口級(jí)、子系統(tǒng)處理級(jí)和設(shè)備接口級(jí)［10］。本文熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架使用FA-M3系列的可編輯邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），其物理架構(gòu)如圖1所示。

圖1　熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架物理架構(gòu)

上位機(jī)使用Linux操作系統(tǒng)的PC機(jī)，運(yùn)行EPICS IOC及基于Qt開發(fā)的人機(jī)交互界面，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，通過以太網(wǎng)將5個(gè)PLC模塊連接在一起。熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)采用橫河FA-M3系列YewPlc開發(fā)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，主要用于PLC中控和加熱。

熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架按照系統(tǒng)功能劃分為6個(gè)系統(tǒng)：主回路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、支持系統(tǒng)、預(yù)熱與散熱系統(tǒng)、熔鹽儲(chǔ)存與加載系統(tǒng)［11］。統(tǒng)計(jì)6個(gè)系統(tǒng)設(shè)備共有81種類型，如熔鹽罐、泵罐、加熱器、截止閥等，系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2　熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1　 3D建模

控制系統(tǒng)需要監(jiān)控試驗(yàn)臺(tái)架上各個(gè)設(shè)備的溫度、壓力、氣流量等參數(shù)，可以調(diào)節(jié)各閥門或加熱器的溫度、氣流量、壓力等參數(shù)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析提供各個(gè)工況下大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。界面設(shè)計(jì)之初繪制控制系統(tǒng)模型圖，并將其后續(xù)加載至Qt。

本文采用Blender開源軟件繪制系統(tǒng)模型圖，它是一個(gè)開源的多平臺(tái)輕量級(jí)全能動(dòng)畫軟件，提供全面的創(chuàng)作工具。Blender軟件還擁有建模、UV映射、貼圖、動(dòng)畫等其他系統(tǒng)的物理學(xué)模擬、腳本控制、渲染［12?13］，它可以工作在Windows、Linux等其他操作系統(tǒng)上。在三維建模的基礎(chǔ)上，完成熔鹽泵整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的虛擬呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵、閥門等設(shè)備布局的3D化。

由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，熔鹽泵是建模的重點(diǎn)。熔鹽泵為熔鹽回路的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，具有熔鹽驅(qū)動(dòng)、液位控制、取樣等功能。熔鹽泵為立式離心懸臂泵，主要由電機(jī)、殼體、干氣密封、泵罐等組成。

根據(jù)熔鹽泵的幾何參數(shù)圖與泵本體結(jié)構(gòu)圖（圖3）利用Blender進(jìn)行手動(dòng)建模，構(gòu)建熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架的三維模型。

1）預(yù)設(shè)工作區(qū)域。啟動(dòng)Blender建模軟件后對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行預(yù)設(shè)，在物體模式下鼠標(biāo)配合快捷鍵G（移動(dòng)）、S（縮放）、R（旋轉(zhuǎn)）的使用，可以對(duì)模型的坐標(biāo)、大小進(jìn)行調(diào)整。

圖3　泵本體結(jié)構(gòu)示意圖

2）設(shè)置坐標(biāo)參數(shù)?？旖萱IN進(jìn)入Transform功能區(qū)（圖4），確定全局坐標(biāo)中物體原點(diǎn)所處的位置。熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架模型原點(diǎn)處于（0，0，0），物體模型沒有旋轉(zhuǎn)縮放。

圖4　Transform 功能

3）分圖層建模。圖層1繪制熔鹽泵三維模型，圖層2繪制熔鹽儲(chǔ)罐三維結(jié)構(gòu)，圖層3繪制試驗(yàn)臺(tái)架的加熱管以及其他管道的三維結(jié)構(gòu)，圖層4繪制試驗(yàn)臺(tái)架的閥門三維結(jié)構(gòu)。

4）關(guān)聯(lián)復(fù)制。熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架熔鹽泵的部分模型可對(duì)稱，對(duì)電機(jī)凸起部分、泵罐法蘭部分、各螺絲螺帽等小部件建立單個(gè)模型后對(duì)其進(jìn)行關(guān)聯(lián)復(fù)制。

5）使用倒角、表面細(xì)分修改器。Blender軟件中的倒角不僅有為幾何體創(chuàng)建倒角或圓角的功能，也可以實(shí)現(xiàn)平滑邊線或拐角。表面細(xì)分修改器將網(wǎng)格的面分割成更小的面，使其看起來更加平滑。應(yīng)用倒角、表面細(xì)分修改器，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置使建立的熔鹽泵模型效果更加真實(shí)。圖5分別為編輯模式、物體模式下使用倒角和表面細(xì)分修改器的泵罐。

圖5　泵罐模型 (a) 編輯模式，(b) 物體模式

6）在熔鹽泵的主要設(shè)備三維模型繪制完成后，為了系統(tǒng)更加完善，后續(xù)繼續(xù)對(duì)儲(chǔ)罐、閥門、管道進(jìn)行建模，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行裝配、調(diào)試與渲染。圖6為熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架的三視圖，分別為前視圖、右視圖、俯視圖。

圖6　熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架三視圖 (a) 前視圖，(b) 右視圖，(c) 俯視圖

3.2　 3D模型圖加載

QWidget類是所有用戶界面對(duì)象的基類［14］，向QWidget當(dāng)中放置容器顯示加載系統(tǒng)三維模型，搭建可以顯示實(shí)體的大環(huán)環(huán)境。創(chuàng)建根實(shí)體（基礎(chǔ)實(shí)體）以用來創(chuàng)建其他實(shí)體，創(chuàng)建相機(jī)設(shè)置視角，設(shè)置光和強(qiáng)度。最后使用QMesh的setSource方法將循環(huán)泵的3D模型（使用Blender繪制的.obj類型文件）加載到Qt中。添加鼠標(biāo)事件MouseArea，實(shí)現(xiàn)模型旋轉(zhuǎn)、縮放功能。

Model *basicModel=new Model（sceneRoot）；

basicModel->transform（）->setTranslation（Avector3D（0.0f，2.0f，0.0f））；

basicModel->mesh->setSource（Qurl（QStringLiterial（“qrc：/obj/beng.obj”）））；

//滾輪縮放、鼠標(biāo)左鍵按住拖動(dòng)

onWheel：｛

if（wheel.angleDelta.y>0）

camera.z = camera.z+5

else

camera.z = camera.z-5

｝

onPressed：｛

cx = mouse.x

cy = mouse.y

｝

onPositionChanged：｛

var intervalX = mouse.x-cx

var intervalY = mouse.y-cy

cameraNode.eulerRotation.y = intervalX+cameraNode.eulerRotation.y

cameraNode.eulerRotation.x = cameraNode.eulerRotation.x-intervalY

cx = mouse.x

cy = mouse.y

｝

3.3　系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

為了設(shè)計(jì)人機(jī)友好交互界面，選擇Qt作為開發(fā)環(huán)境。Qt的跨平臺(tái)特性可以減輕開發(fā)人員工作量，加快應(yīng)用程序開發(fā)效率，可移植性強(qiáng)［15］。Qt利用C++語言調(diào)用各類開源庫和函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)通信，且C++的語言特性保證了開發(fā)程序的運(yùn)行效率，跨平臺(tái)特性比java好。前臺(tái)界面和后臺(tái)代碼的管理機(jī)制保證了基于Qt的程序有較高的靈活性，后期擴(kuò)展維護(hù)方便。

本系統(tǒng)利用Qt Creator圖形化界面開發(fā)框架，實(shí)現(xiàn)用戶注冊(cè)登錄、系統(tǒng)3D模型旋轉(zhuǎn)縮放、系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、閥門開關(guān)控制、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶操作信息記錄等功能。熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)有兩個(gè)界面：循環(huán)泵控制系統(tǒng)界面、運(yùn)行伴熱系統(tǒng)界面，相對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵控制系統(tǒng)有PLC中控（YewPlc）、運(yùn)行伴熱系統(tǒng)有PLC加熱器（YewPlcHTer）。基于Qt的熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制程序流程如圖7所示。

圖7　程序整體流程圖

3.4　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

EIPICS IOC是運(yùn)行在內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，是由記錄名、域、鏈接域組成的集合。為了能記錄操作行為、存儲(chǔ)用戶信息、存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等信息，本監(jiān)控系統(tǒng)采用SQLite數(shù)據(jù)庫，對(duì)熔鹽泵IOC數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和配置。SQLite是一款支持跨平臺(tái)的輕型數(shù)據(jù)庫［16］，而且Qt對(duì)它提供很好地默認(rèn)支持。

Qt中的QtSql模塊提供了數(shù)據(jù)庫的支持，該模塊的許多類基本上可分為三層：用戶接口層、SQL接口層和驅(qū)動(dòng)層。驅(qū)動(dòng)層為數(shù)據(jù)庫和SQL接口層之間提供了基本的保障；SQL接口層的API接口實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問，其中QSqlDataBase類用來創(chuàng)建連接，QSqlQuery類可以通過SQL語句來實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫交互；用戶接口層的類可以將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)顯示到窗口部件上［17?18］。如果要使用QtSql模塊中的類，需要在項(xiàng)目文件（.pro）中添加一行代碼“QT += sql”，表明使用sql模塊，并保存文件后方可使用。

QSqlDataBase database； //創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接

database = QSqlDataBase：：addDataBase（“QSQLITE”）； //添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)

database.setDatabaseName（“beng.db”）； //設(shè)置數(shù)據(jù)庫名稱

1）賬戶信息管理模塊

用戶在登錄界面輸入用戶名及密碼，后臺(tái)通過相關(guān)函數(shù)進(jìn)行解析和驗(yàn)證。若用戶未注冊(cè)過本系統(tǒng)，則將提示注冊(cè)信息，注冊(cè)后的用戶信息保存于添加的sqlite數(shù)據(jù)庫中，只有同時(shí)驗(yàn)證用戶名和密碼正確才能進(jìn)入控制系統(tǒng)主界面。用戶登錄成功后，界面提示初始化進(jìn)度條，完成后進(jìn)入循環(huán)泵界面。在Qt Creator中雙擊login.ui和regis.ui文件進(jìn)入設(shè)計(jì)模式，在界面中添加“button”按鈕和“l(fā)abel”標(biāo)簽，并對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)計(jì)。在編輯模式中進(jìn)入source目錄下，編輯login.cpp和regis.cpp文件。

使用QSqlQuery創(chuàng)建用戶表（UserTable），并輸入userID、user Name、userPwd、userSex、userDep字段。在用戶登錄界面初始化數(shù)據(jù)庫，當(dāng)用戶輸入已注冊(cè)過的用戶名及正確密碼時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)控制界面。反之，進(jìn)行注冊(cè)。注冊(cè)時(shí)輸入的字段，通過query.addBindValue（）函數(shù)將其插入用戶表中，同時(shí)更新表中內(nèi)容。

QSqlQuery query；

QString sql = “create table if not exits User （id integer PRIMARY KEY autoincrement， userID varchar（50）， userName varchar（50）， userPwd varchar（50）， userSex varchar（50）， userDep varchar（50））”；

query.prepare（“insert into User（userID，username，userPwd，userSex，userDep） values（）”）；

query.addBindValue（info.userID）；

2）歷史數(shù)據(jù)模塊

歷史數(shù)據(jù)模塊中包含循環(huán)泵界面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行伴熱系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、操作員操作行為記錄信息，提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能。創(chuàng)建記錄操作員操作信息的用戶行為表（UserActionTable）、循環(huán)泵數(shù)據(jù)表（BengDataTable）、運(yùn)行伴熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)表（HTerDataTable），歷史數(shù)據(jù)表通過insert、update等函數(shù)將系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)表中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，觸發(fā)槽函數(shù)實(shí)時(shí)更新表中內(nèi)容。

connect（ui->tabwidget，SIGNAL（currentChanged（int）），this，SLOT（slt_changeIndex（int）））；

//設(shè)置表頭信息，刷新列表顯示

headers << “時(shí)間” << “用戶賬號(hào)”<< “用戶姓名”<< “用戶行為”；

UserInfo info = gAllUsers.find（users［row］.userID）.value（）；

3.5　與EPICS系統(tǒng)連接

完成EPICS環(huán)境變量的配置，在Qt的項(xiàng)目文件（.pro）中添加EPICS base的路徑，在頭文件（.h）中需要添加引用。

添加完成后，在應(yīng)用程序系統(tǒng)軟件中可以直接調(diào)用CA通道訪問協(xié)議的接口函數(shù)API，如ca_get（）、ca_put（）、ca_create（）等函數(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序系統(tǒng)軟件與EPICS的連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行讀取以及控制。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與討論

TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)不僅提供遠(yuǎn)程控制閥門開關(guān)的功能，還對(duì)整個(gè)熔鹽泵實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)進(jìn)行3D顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放。同時(shí)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)定子熱電阻、加熱器、熔鹽泵軸承振幅、泵轉(zhuǎn)速等設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)各個(gè)參數(shù)設(shè)置超閾值報(bào)警；還提供歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)瀏覽、記錄操作員行為功能。最大化地利用Qt信號(hào)與槽函數(shù)機(jī)制，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，平均響應(yīng)時(shí)間縮短到100 ms；歷史數(shù)據(jù)的查詢時(shí)間約為1 s，數(shù)據(jù)采集周期最短可以達(dá)到1 s，歷史數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)界面數(shù)據(jù)的顯示間隔2 s。圖8為循環(huán)泵控制系統(tǒng)界面，入口閥、出口閥等各個(gè)閥門開關(guān)可控，通過該循環(huán)泵控制系統(tǒng)界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開關(guān)控制，以及監(jiān)控各設(shè)備的溫度、氣流量、壓力等參數(shù)。

圖8　循環(huán)泵控制系統(tǒng)界面

泵的運(yùn)行伴熱主要針對(duì)泵罐，泵罐的伴熱采用上下兩段分段式加熱，兩段加熱獨(dú)立控制。運(yùn)行伴熱系統(tǒng)界面主要監(jiān)測(cè)溫度，包括：jz、gd、儲(chǔ)罐、泵罐、蒸汽、流量計(jì)等共40個(gè)管段及設(shè)備的溫度的監(jiān)控。整個(gè)熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)設(shè)備設(shè)置超閾值報(bào)警，例如流量計(jì)報(bào)警，且在報(bào)警的同時(shí)提示操作員打開操作規(guī)程文檔，及時(shí)處理設(shè)備故障。圖9為超閾值報(bào)警，并提示打開操作員規(guī)程文檔。

QString msg = flag + “異常，是否打開操作員規(guī)程？”；

QFile file（“Operation Manual.txt”）；

file.open（QIODevice：：ReadOnly）；

歷史數(shù)據(jù)界面記錄了循環(huán)泵控制系統(tǒng)界面和運(yùn)行伴熱系統(tǒng)界面部分設(shè)備的系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（圖10），并記錄了操作員的操作行為。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可由此找到操作員具體步驟引起故障。

5 結(jié)語

圖9　報(bào)警提示界面

本文研究了TMSR熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)，建立了3D系統(tǒng)模型的人機(jī)交互界面。通過Blender繪制三維模型，Qt加載三維模型，且利用Qt軟件設(shè)計(jì)循環(huán)泵控制系統(tǒng)、運(yùn)行伴熱系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)界面的設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了將3D技術(shù)成功應(yīng)用到熔鹽泵試驗(yàn)臺(tái)架控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備開關(guān)的控制、對(duì)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還提供了歷史數(shù)據(jù)查詢及操作員行為記錄的功能。為今后熔鹽堆中熔鹽泵控制系統(tǒng)3D界面的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

圖10　歷史數(shù)據(jù)界面

作者貢獻(xiàn)聲明 余嘉莉：設(shè)計(jì)試驗(yàn)，開展研究，起草文章；陳永忠：對(duì)文章內(nèi)容作批評(píng)性審閱；韓利峰：指導(dǎo)，支持性貢獻(xiàn)。

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The control system for TMSR molten salt pump experimental platform based on Qt

YU Jiali1,2CHEN Yongzhong1HAN Lifeng1

1()2()

A low-flow high-temperature molten salt pump is developed for the thorium-based molten salt reactor (TMSR) nuclear energy project launched in 2012. Before the low-flow high-temperature molten salt pump is applied to the molten salt reactor, a large amount of experimental data is required.This study aims to develop 3D interface of molten salt pump experiment platform control system to monitor the real-time data generated by the system. [Methods] First of all, the Blender opensource software was used to draw the 3D model of this control system, then, Qt Creator was employed to load the model and develop the control system interface, and "sqlite" was applied to the storage of the real-time data generated by the system. Finally, experimental tests were conducted to verify its performance.Experimental results show that the display of 3D models and real-time data are achieved in the monitoring system, so do the 3D model rotation and scaling. Functionalities such as the valve switch state control, the user operation behavior and historical data recording, over-threshold alarm,. are realized with stability and flexibility.This new technology of Qt and 3D can be applied to the development of the molten salt pump control system in the future.

Molten salt pump experimental platform, 3D model, Experimental physics and industrial control system, Qt Creator

Supported by Strategic Pilot Science and Technology Project of Chinese Academy of Sciences (No.XDA02010300)

YU Jiali, female, born in 1996, graduated from Hubei University of Science and Technology in 2018, master student, focusing on EPICS real-time control system

CHEN Yongzhong, E-mail: chenyongzhong@sinap.ac.cn

2022-03-31,

2022-04-18

TL36

10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060603

中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)(No.XDA02010300)資助

余嘉莉，女，1996年出生，2018年畢業(yè)于湖北科技學(xué)院，現(xiàn)為碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)镋PICS實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

陳永忠，E-mail：chenyongzhong@sinap.ac.cn

2022-03-31，

2022-04-18