CN101656115A

CN101656115A - 一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统

Info

Publication number: CN101656115A
Application number: CN200910091563A
Authority: CN
Inventors: 郭富强
Original assignee: China Techenergy Co Ltd
Current assignee: China Techenergy Co Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2010-02-24
Also published as: CN101995839A; CN101995839B

Abstract

本发明公开了一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，该系统包括：监视机柜门开关模块，监视风机转速模块，监视电源是否过压或欠压，监视机柜温度模块；将上述监视得到的信号进行隔离或A/D转换传输给逻辑处理器件CPLD进行逻辑处理和解析，并将监视结果在本地显示和用电信号上报至主控室，本发明中的机柜监视通过将这些技术综合在一起对机柜进行多方位的监视，并且，该机柜监视装置，完全采用硬件模拟电路和逻辑电路进行设计，无处理器，无软件程序，可称为非智能单元，大大增强了其安全可靠性，且符合核安全标准要求。

Description

一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统

技术领域

本发明涉及安全级系统，尤其涉及一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统。

背景技术

安全级系统在核电系统出现意外情况时，能够立即做出正确反应，使系统装置紧急停堆，以阻止事故发生或扩大，最大限度地保护生产装备、人身及环境安全。核安全级系统的研制和产品化工作验证体系复杂、试验和检验工作周期长，国内厂家由于基础投资大、资金困难等原因一直没有取得明显进展。当前，核电发展必须坚持走国产化道路、摆脱安全级系统受国外制约已成为广泛共识。如果安全级系统自主研制成功，必将提高我国的科技水平和制造能力。

安全级机柜监视装置是安全级系统的重要组成部分，提供实时、准确的安全级系统的机柜内部工作条件的状态，目前国内并没有该装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，通过对系统机柜内温度、风机、柜内电源电压和机柜门状态的监视，提供实时、准确的安全级系统的机柜内部工作条件的状态。

为了实现本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的目的，本发明采用的技术方案为：一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述系统包括如下监视模块：

监视机柜门开关模块，所述机柜门开关时发出一个开关量信号，所述开关量信号经过隔离或A/D转换传输给逻辑处理器件CPLD进行逻辑处理和解析；

监视风机模块，所述风机测试风机转速，将测得的风机转速信号进行隔离或A/D转换传输给逻辑处理器件CPLD进行逻辑处理和解析；

监视电源模块，所述电源采用冗余电源，监视所述冗余电源是否过压或欠压，将所述过压或欠压信号经过隔离或A/D转换传输给逻辑处理器件CPLD进行逻辑处理和解析；

监视温度模块，所述温度监视采用热电阻PT100监视机柜出风口处的空气温度，将检测到的温度信号分为两路，一路进行监视，判断机柜温度是否在可靠的工作范围之内；另一路进行采集和传输，将温度的具体数值上报至主控室，主控室参照两者结果，判断机柜温度状态。

进一步地，本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述的开关量信号为机柜门开时，输出门打开报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上柜门显示灯DOR点亮，并以固定的频率闪烁；所述的开关量信号为机柜门关时，输出门关报警信号为逻辑1，同时机柜LED面板上柜门监视灯DOR熄灭。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述监视的风机为2路风机，当所述的风机转速为设定值时，输出风机报警信号和故障信号都为逻辑1，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN熄灭，；当所述的风机转速低于设定值时，输出风机报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN点亮，并以固定的频率闪烁，；当所述的风机转速低于设定值5分钟时，输出风机故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN保持长亮。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述的冗余电源为+5V冗余电源和+24V冗余电源，所述+5V冗余电源欠压或过压限制值为其电压的±10％，所述+24V冗余电源欠压或过压限制值为其电压的±20％。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，当所述+5V冗余电源其中1路+5V超过所述限制值1S时，所述机柜关断该路电源，输出电源报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上+5V显示灯点亮，并以固定的频率闪烁，；当2路+5V冗余电源都超出所述限制值时，输出电源故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上+5V显示灯长亮，；当所述两路冗余电源均为正常值时，输出电源报警信号和故障信号均为逻辑1，同时机柜LED面板上+5V显示灯熄灭。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述电源监视采用监视器LTC2912对电源进行欠压和过压监视。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述的温度监视一路当检测的温度为设定值时，输出温度报警信号和故障信号都为逻辑1，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM熄灭；当检测的温度低于设定值在5分钟之内，输出温度报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM点亮，并以固定的频率闪烁；当检测的温度低于设定值超出5分钟时，输出温度故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM保持长亮。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述的温度采集和传输一路将温度信号转化为4-40mA的模拟信号，通过采集之后上传给主控室得到机柜内温度的具体数值。

本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述的固定的频率为2HZ。

本发明中的机柜监视通过对机柜门开关监视、风机监视、电源监视和温度监视，将这些监视技术综合在一起对机柜进行多方位的监视，并且，该机柜监视装置，完全采用硬件模拟电路和逻辑电路进行设计，无处理器，无软件程序，可称为非智能单元，大大增强了其安全可靠性，且符合核安全标准要求。

附图说明

图1是本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的机柜监视装置原理图；

图2是本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的电源监视电路图；

图3是本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的温度监视的热电阻采集电路图；

图4是本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的温度监视的温度信号变送电路图。

具体实施方式

本发明实施例在于提供一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法，本装置的监视对象主要有机柜门开关、2个风机、2路冗余电源和1路温度传感器，监视对象的监视信号经隔离或A/D转换之后送入逻辑处理器件CPLD进行逻辑处理和解析，一方面将监视信息在面板进行显示，另一方面将监视信号进行隔离后用0-24V电平信号(-3-8V为逻辑0，16-28V为逻辑1)上报输出。另外，温度监视信号在进行数字逻辑处理的同时，通过压流转换器转换成了0-20mA的模拟信号，如果需要可以通过采集装置采集到主控室，操作人员能够在主控室看到该机柜的具体温度数值。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

请参阅图1，图1示出了本发明的一种安全级机柜监视装置的机柜监视方法的机柜监视装置原理图，包括：

机柜门开关监视的门开报警，机柜门开信号采用行程开关进行设计，当机柜门开关时，能够得到一个开关量信号。到机柜门开时，机柜装置点亮LED面板上柜门显示灯DOR，并以2HZ的频率进行闪烁，同时输出门开报警信号为逻辑0；门关时，机柜LED面板上柜门监视灯DOR熄灭，门开报警信号输出为逻辑1。

2路风机监视，对风机的监视，机柜装置采用内置转速测试的风机，当转速低于某个设定值时，机柜装置点亮LED面板上风机显示灯FAN，并以2HZ的频率进行闪烁，风机报警信号输出逻辑0，当转速低于设定值5分钟，机柜LED面板上风机显示灯FAN保持长亮，风机故障信号输出为0；正常的情况下，当所述的风机转速为设定值时，机柜LED面板上风机显示灯FAN熄灭，风机故障和报警信号输出都为1。

冗余电源监视，机柜装置可以对2路冗余电源进行监视，其中1路冗余电源为+5V，即2路+5V电源进行冗余输出，另1路冗余电源为+24V，即2路+24V电源进行冗余输出。对于+5V冗余电源，本装置监视其电源值是否过压或欠压±10％，如果其中1路+5V超过该限制超过1s，本装置关断该路电源，面板LED+5V显示灯以2HZ的频率进行闪烁，电源报警信号输出逻辑0；当2路+5V电源的电压都超出限制，面板LED+5V显示灯长亮，电源故障信号输出逻辑0；当2路冗余电源均为正常时，面板LED+5V显示为灭，电源报警和故障信号输出逻辑1。对于对于+24V冗余电源，其电源电压限定范围为±20％，如果其中1路+24V超过该限制超过1s，本装置关断该路电源，面板LED+5V显示灯以2HZ的频率进行闪烁，电源报警信号输出逻辑0；当2路+24V电源的电压都超出限制，面板LED+24V显示灯长亮，电源故障信号输出逻辑0；当2路冗余电源均为正常时，面板LED+24V显示为灭，电源报警和故障信号输出逻辑1，电源监视的具体值请看电源监视参数表1：

被测电源	报警限度	报警上限电压值	报警下限电压值
被测电源	报警限度	报警上限电压值	报警下限电压值	+5V	10％	5.5V	4.5V
+24V	20％	28.8V	19.2V	+5V	10％	5.5V	4.5V

图2为本发明的安全级机柜监视装置的机柜监视方法的电源监视电路图，对于电源电压的监视，本装置采用单电源欠压和过压监视器LTC2912。

如图2所示，LTC2912检测电源电压范围为2.3V-6V，如果超过6V电源电压，需要在电源供电电压VCC和电源之间连接限流电阻RZ，使灌入电源供电电压VCC电流不超过10mA。

当电源电压为+5V时，不超出6V电源电压，可以不接限流电阻，旁路电容CBYP取经验值0.1μF。

当电源电压为+24V时，超出6V电源电压，需要在电源供电电压VCC和电源之间连接限流电阻RZ，使灌入VCC电流不超过10mA。

\frac{24 V}{RZ} \leq 10 mA,

可取RZ＝10K，旁路电容CBYP取经验值0.1μF。

其中，RA，RB，RC三个电阻是用来调整电压监视的上限和下限，具体设置公式如下：

R_{A} = | \frac{0.5 V}{I_{n}} \cdot \frac{V_{n}}{V_{OV}} |

式1

RA用来设置过压监测门限值。

R_{B} = | \frac{0.5 V}{I_{n}} \cdot \frac{V_{n}}{V_{UV}} | - R_{A}

式2

RB用来设置欠压监测门限值。

R_{c} = | \frac{V_{n}}{I_{n}} | - R_{A} - R_{B}

式3

当监测电压值为5V±10％，通过电阻的额定电流为10μA，计算如下：

R_{A} = | \frac{0.5 V}{10 μA} \cdot \frac{5 V}{5.5 V} | \approx 45.3 K

R_{B} = | \frac{0.5 V}{10 μA} \cdot \frac{5 V}{4.5 V} | - 45.3 K \approx 10.2 K

R_{c} = | \frac{5 V}{10 μA} | - 45.3 K - 10.2 K \approx 442 K

当监测电压值为24V±20％，通过电阻的额定电流为10μA，计算如下：

R_{A} = | \frac{0.5 V}{10 μA} \cdot \frac{24 V}{28.8 V} | \approx 41.6 K

R_{B} = | \frac{0.5 V}{10 μA} \cdot \frac{24 V}{19.2 V} | - 41.6 K \approx 20.9 K

R_{c} = | \frac{24 V}{10 μA} | - 41.6 K - 20.9 K \approx 2.34 M

参见图3，图3为本发明的安全级机柜监视装置的机柜监视方法的温度监视的热电阻采集电路图，本装置对温度的监视采用热电阻进行监视机柜出风口处的空气温度，温度信号首先把采集为热电阻的阻值换算成电压值，信号调理后分成2路，1路进行监视，判断机柜温度范围是否在可靠的工作范围之内；当检测的温度为设定值时，机柜LED面板上温度显示灯TEM熄灭，同时输出温度报警信号和故障信号都为逻辑1；当检测的温度低于设定值在5分钟之内，机柜LED面板上温度显示灯TEM点亮，并以2HZ的频率闪烁，同时输出温度报警信号为逻辑0；当检测的温度低于设定值超出5分钟时，机柜LED面板上温度显示灯TEM保持长亮，同时输出温度故障信号为逻辑0。

另外1路用于把温度的具体数值上报至主控室，所以进行电压/电流V/I转换后成为0-20mA的电流信号，方便进行采集。

本装置对热电阻的采集的精度要求不高，1％的精度就能满足需求，所以设计时采用相对精确的3线值热电阻设计。热电阻的基准源采用电流源的形式，以便减小机柜内走线对采集精度的影响。如图3所示，电阻信号到电压信号转换的电路原理。该电路选用了TI的INA132集成差动放大芯片。设三线RTD信号的线阻相同，均为r，以C点为参考点，可以得出：

V_A＝I×(2×r+R_t+R₀)

V_B＝I×(r+R_t)

V_out＝V_sh+-V_ch-＝2V_B-V_A＝I×(R_t-R₀)

由于I(电流源)为常数，电压“V(CH+)-V(CH-)”仅由RTD的阻值决定。上述计算表明，只要三线RTD信号的线阻相同，V_OUT只和RTD的阻值相关，线电阻对最终的运算结果没有影响。所以，在RTD信号的线电阻相等的情况下，此电路可完全消除线电阻对测量精度的影响。

根据模块的量程范围，图中电阻R0可取阻值为70Ω±0.02％，1/8W，5ppm的精密电阻。当基准源电压采用2.5V时，电阻量程范围与有效信号范围、运放增益等关系如表所示。

V_ch-＝I×R₁≥0

V_ch+＝V_out+V_ch-＝I×(R_t-R₀)+I×R₁＝I×(R_t+R₁-R₀)≥0

参见图4，图4为本发明的安全级机柜监视装置的机柜监视方法的温度监视的温度信号变送电路图，如图4所示，将图3热电阻采集电路所得信号放大100后的信号Vo通过R_IN接入XTR115的I_IN。

由经典电流变送芯片XTR115构成的电流变送器的电路如错误！未找到引用源。所示，将引脚3视为公共地，由引脚1给应变桥提供+2.5V的电源电压。C为降噪电容，VT为外部NPN功率管，可选2N4992，其主要参数为UCE0＝60V，ICM＝1A，PCM＝30W。当铂电阻所测温度改变时，恒流源测铂电阻电路输出的电压信号首先经过前置放大器放大成0.8-4V的输入电压UIN，再通过RIN转换成40-200uA的输入电流，最后经XTR115放大100倍后获得4-20mA的电流。

XTR115的最大静态电流约为250μA，最大输出电流约为250mA，功耗总和约为1250mW。

Claims

1.一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，所述系统包括如下监视模块：

监视温度模块，所述温度监视采用热电阻监视机柜出风口处的空气温度，将检测到的温度信号分为两路，一路进行监视，判断机柜温度是否在可靠的工作范围之内；另一路进行采集和传输，将温度的具体数值上报至主控室，主控室参照两者结果，判断机柜温度状态。

2.根据权利要求1所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述的开关量信号为机柜门开时，输出门打开报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上柜门显示灯DOR点亮，并以固定的频率闪烁，；所述的开关量信号为机柜门关时，输出门关报警信号为逻辑1，同时机柜LED面板上柜门监视灯DOR熄灭。

3.根据权利要求1所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述监视的风机为2路风机，当所述的风机转速为设定值时，输出风机报警信号和故障信号都为逻辑1，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN熄灭；当所述的风机转速低于设定值时，输出风机报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN点亮，并以固定的频率闪烁，；当所述的风机转速低于设定值5分钟时，输出风机故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上风机显示灯FAN保持长亮。

4.根据权利要求1所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述的冗余电源为+5V冗余电源和+24V冗余电源，所述+5V冗余电源欠压或过压限制值为其电压的±10％，所述+24V冗余电源欠压或过压限制值为其电压的±20％。

5.根据权利要求1或4所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，当所述+5V冗余电源其中一路+5V超过所述限制值1S时，所述机柜关断该路电源，输出电源报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上+5V显示灯点亮，并以固定的频率闪烁，；当二路+5V冗余电源都超出所述限制值时，输出电源故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上+5V显示灯长亮，；当所述两路冗余电源均为正常值时，输出电源报警信号和故障信号均为逻辑1，同时机柜LED面板上+5V显示灯熄灭。

6.根据权利要求5所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述电源监视采用监视器LTC2912对电源进行欠压和过压监视。

7.根据权利要求1所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述的温度监视一路当检测的温度为设定值时，输出温度报警信号和故障信号都为逻辑1，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM熄灭，；当检测的温度低于设定值在5分钟之内，输出温度报警信号为逻辑0，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM点亮，并以固定的频率闪烁，；当检测的温度低于设定值超出5分钟时，输出温度故障信号为逻辑0，同时机柜LED面板上温度显示灯TEM保持长亮。

8.根据权利要求1所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述的温度采集和传输一路将温度信号转化为4-40mA的模拟信号，通过采集之后上传给主控室得到机柜内温度的具体数值。

9.根据权利要求2或3或5或7所述的一种安全级机柜监视装置的机柜监视系统，其特征在于，所述的固定的频率为2HZ。