CN102184750B - 一种核电站数字化仪控系统测试装置 - Google Patents

一种核电站数字化仪控系统测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种核电站数字化仪控系统测试装置,涉及自动化控制领域,包括控制装置和信号处理装置,控制装置包括工控机、安装在工控机内部的采集卡和控制测试过程的控制软件,所述信号处理装置包括分线板和调理板,分线板的两端通过信号线分别与采集卡和调理板连接,调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜连接。本方案以DCS控制柜或工艺系统为单位进行测试,可同时将全部信号都接入测试装置,一次能够完成待测DCS控制柜或工艺系统的所有测试项,提高了测试效率、节省了人力资源。控制方法实时反映测试状态及预期结果,模拟软件可模拟工艺系统控制回路,并根据需要设置工艺系统状态测试控制的准确性与控制效果。

Description

-种核电站数字化仪控系统测试装置
技术领域
[0001] 本发明设及自动化控制领域,具体设及一种对核电站数字化仪控柜内所有信号点 同时进行检测的测试装置。
背景技术
[0002] 核电站的DCS(数字化仪控系统)作为核电机组的关键设备,是核电站的重要组成 部分,DCS将现场的各个控制器和仪表及仪表设备互联,DCS包括保护系统、控制系统、安全 停堆系统、保障系统和辅助系统等几部分,各系统利用所需的仪表和控制设备完成核电站 大部分工艺过程的自动化检测和控制功能,因此核电站机组的安全可靠、经济运行在很大 程度上取决于DCS的性能水平,DCS工艺流程复杂,监测和控制的参数多而且各种过程参数 之间联系密切,WlOOOMW典型的核电站DCS为例,它的参数信息量和指令大约是7000~9000 个,因此维护和检测各个DCS控制柜的安全性和稳定性,不但是核电站正常运行的保证,还 是测试系统硬件和软件配置的完整性和正确性、输入文件实施的完整性和正确性的工具, 也是DCS的功能和性能是否符合合同、技术规格等要求的唯一保证。
[0003] 而且DCS在生产的各个阶段都需要进行验证,W确定各系统本身的安全性,其中 DCS集成阶段中的下列工序完成时需要进行测试:硬件系统配置完成时、平台软件安装完成 时、工程组态下装完成时、测试工程下装完成时和网络环境搭建完成时等,另外在整个DCS 集成后还需要进行各种测试来进行验证。DCS的控制点位于多个DCS控制柜内,DCS控制柜包 括不同的10柜和端子柜,对DCS控制柜的验证包括单体测试、性能测试、逻辑测试(设备及功 能测试)和HMI测试四种,测试的基本原理是对控制柜中的各测试点外加各类信号或采集各 类信号。
[0004] 在测试手段上,现有技术中一是采用手工测试,利用信号发生器、示波器、过程控 制仪表等各种设备进行手动测试,在进行测试项时需要外加和采集各类信号,再利用各种 仪表或短接线的方法人工在DCS控制柜的接线端子排上加信号。,例如要为DCS控制柜加入 一个4~20mA信号,需要人工查看图纸W找到相应接收端子,再将信号源的电缆连接到相应 的接线端子上,测试完一个通道(AI、A0、DI、D0)还需要拆线,并再接到另一个通道上进行测 试,一个DCS控制柜测试下来需要发送和采集大量的信号,此方式不但测试效率低、花费时 间长、人力消耗大,而且由于仪表的局限性,一些测试项还无法进行,如:各部分之间连动后 的关系。
[0005] 另一种测试方法是集成测试,采用电脑控制的集成测试装置一次能够对DCS控制 柜中的多个端子进行测试,此方法避免了测试过程中的手工连线,但是现有的集成测试装 置均为国外产品,如:岭澳二期核电站DCS项目采用AREVA公司的ERBUS_TXS产品。还存在一 次测试的信号点少,硬件方面不能满足大量信号(上万信号)的试验要求,而且硬件接口结 构不利于大量测试点的快速连接,只能针对特定的系统执行验证测试,而且不能根据具体 的测试对象增加或减少测试端口。
发明内容
[0006] 为解决现有技术中核电站DCS控制柜手工测试效率低、成本大,集成测试一次测试 控制点少的问题,本发明提供一次能同时测试一个DCS控制柜上所有信号点的集成测试装 置,而且能够根据目标对象的多少增加或减少测试端口,同时能够输出偏移信号W扩大测 试范围,具体方案如下:一种核电站数字化仪控系统的测试装置,包括控制装置和信号处理 装置,其特征在于,所述控制装置包括工控机、安装在工控机内部的采集卡和控制测试过程 的控制软件,所述信号处理装置包括分线板和调理板,分线板的两端通过信号线分别与采 集卡和调理板连接,调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜连接。
[0007] 本发明的另一优选方案:所述分线板上包括一个输入插座和多个输出插座,每个 输出插座通过信号线连接一块调理板,所述调理板与控制柜之间安装有航空插座,调理板 的信号线通过插在航空插座上的航空电连接器与DCS控制柜连接。
[000引本发明的另一优选方案:所述航空电连接器为100PIN插头且符合MIL-irrL-38999 标准。
[0009] 本发明的另一优选方案:所述调理板包括DO调理板、DI调理板、A0调理板和AI调理 板,所述分线板与各调理板对应的分为DO分线板、DI分线板、A0分线板和AI分线板。
[0010] 本发明的另一优选方案:所述A0调理板将采集卡输出的±10V电压调理成DCS控制 柜需要的0~20mA电流、0~10V电压信号输出;
[00川所述AI调理板将DCS控制柜输出的0~10V电压信号或0~20mA电流信号调理成0~ 10V的信号输出至工控机;
[0012]所述DO调理板将工控机输出的ΤΊΈ-5ν信号调理成DCS控制柜能够接受的触点、 DC24V或DC48V信号输出;
[001引所述DI调理板将DCS控制柜输出的0~10V电压信号或0~20mA电流信号调理成0~ 10V的电压信号输出至工控机。
[0014] 本发明的另一优选方案:所述A0调理板上安装有微调控制器,微调控制器为A0调 理板上电器元件提供电压补偿,电压补偿范围为±2V,使A0调理板能够输出0~24mA或-2~ 12V的偏移电流、电压信号,所述微调控制器为电位器。
[0015] 本发明的另一优选方案:所述DO分线板和DI分线板的输入插座包含96个数据通 道,输出插座为6个,每个输出插座包含16个数据通道;所述A0分线板和AI分线板的输入插 座包含32个数据通道,输出插座为4个,每个输出插座包含8个数据通道。
[0016] 本发明的另一优选方案:所述A0调理板和DO调整板上设置有用于通道保护的元 件,包括设置在A0调理板、DO调理板输入端和外接电源处的TVS, W及光禪回路中设置的自 恢复保险丝。
[0017] 本发明的另一优选方案:所述DO调理板连接有外接电源,所述外接电源功率大于 等于24V/50W或大于等于48V/100W。
[0018] 本发明的另一优选方案:所述AI调理板和DI调理板在外接电源输入端和信号输出 端设置有TVS,在信号输入端设置有二极管组成的通道保护电路。
[0019] 本方案的测试装置W控制柜或工艺系统为单位进行测试,可同时将一个DCS控制 柜或工艺系统的全部信号都接入测试装置,一次能够完成待测现场的DCS控制柜或工艺系 统的所有测试项,中途无需更换信号线缆,保证了测试的连贯性。测试装置不仅可w模拟变 送器等测量设备,更可模拟断路器、阀、风机等执行设备,还可根据测试的需要模拟设备的 各种工作状态。测试装置根据现场设备的信号特性,在测试装置的调理板上配置输入输出 的相应信号类型,完全符合设备运行的真实环境,如断路器的控制信号为DC24V、状态反馈 信号为触点信号,在调理板上使用跳线块接通相应的通道即可输出DC24V信号,完全符合设 计图纸中现场信号的类型。本发明的调理板上可支持触点、DC24V、DC48V的开关量输入输出 信号,如遇其他特殊开关量信号,如DC125V、AC220V,可由调理板上的中间继电器转换成触 点、DC24V或DC48V信号再进行测试。调理板上开关量的输出精度可达IMHz,实现最快1微秒 变位的开关量信号,完全替代现有的SOE发生器。调理板上模拟量输出信号配置为标准电 压、电流信号,电流信号更可分为电流源方式(四线制)和模拟变送器方式(二线制),精度可 达16bit。调理板还可将模拟量输出信号转换为超出标准电量程信号,进行超电量程测试, W验证数字化仪控系统的超电量程识别及报警的功能。使用符合MIレDTレ38999标准的 100PIN航空电连接器连接测试装置与DCS控制柜,将航空电连接器的线路按照通道信号类 型、信号数量进行划分,在更换被测对象时,仅需更换几个插头即可。相比传统的直接接线 方式,航空电连接器可W提供更方便、更可靠的信号连接。而且在测试装置上连接不同DCS 控制柜的航空电连接器,可实现相邻的多个DCS控制柜的同时测试。
[0020] 本方案的测试装置实现了模拟现场设备层化EVEL0层)环境和设备动作等功能,能 够按照工况自动发送和采集大量信号、实现特定测试功能、显示和记录测试结果、提高测试 效率节省人力资源等。一个通常需要2至3周甚至一个月的逻辑测试,在使用本方案测试装 置的情况下1周便可完成,在时间上节约了 50%至70%。
[0021] 本申请的调理板能够兼容3~5种信号,并严格控制硬件板卡尺寸大小,使测试装 置在保证体积的情况下,板卡还能够将信号延时、输入输出精度控制一定范围内,且各通道 间信号不相互干扰,保护了工控机的采集卡。本方案的测试装置可W由多个测试柜联结在 一起,对数字化仪控系统的上万点信息同时进行测试,克服了现有技术中不能同时并行测 试几个相关设备的问题,并且一次可W同时测试几个DCS控制柜,航空电连接器还简化了 W 往手工测试DCS控制柜10端子的连接过程,使现场排线清楚、简洁。
附图说明
[0022] 图1本发明测试装置的连接结构示意图。
[0023] 图2 DO分线板结构示意图。
[0024] 图3本发明DO调理板工作示意框图。
[0025] 图4图3所示DO调理板的单通道电路示意图。
[0026] 图5本发明DI调理板工作示意框图。
[0027] 图6图5所示DI调理板的单通道电路示意图。
[002引图7本发明中A0分线板与A0调理板连接示意图。
[0029] 图8本发明A0调理板电路工作框图。
[0030] 图9图8所示A0调理板的单通道电路示意图。
[0031] 图10本发明中AI分线板与AI调理板连接示意图。
[0032] 图11图10中AI调理板电路工作框图。
[0033] 图12图11中AI调理板的单通道电路示意图。
[0034] 图中1-测试装置,2-DCS控制柜,3-工控机,4-分线板,5-调理板,6-航空电连接插 座板,7-航空电连接器插座,8-信号线,9、控制模块,10-航空电连接器。
具体实施方式
[0035] 如图1所示,本发明的测试装置包括工控机3,分线板4、调理板5、航空插座板6,上 述设备都安装在一个机柜内,其中工控机3上安装有12块负责接收和发送测试信号的采集 卡,采集卡通过信号线8与分线板4连接,分线板4一般包括一个输入接口多个输出接口,主 要用于将接入的信号分散输出,每个输出接口连接一块调理板5,相当于一个分线板按输出 接口的数量控制相应的调理板。调理板包括信号输入通道和信号输出通道,每个对应的信 号输入通道和信号输出通道之间有转换模块和对应的跳线块,调理板将输入输出的各种电 压、电流信号调理到相应的电压、电流后输出。每个调理板利用信号线将调理后的信号W点 对点的方式与航空电连接插座板6上的插针连接,利用符合MIL-irrL-38999标准的100PIN插 头的航空电连接器10连接测试装置1与DCS控制柜2,航空电连接器的每根线都是一个独立 信号通道,DCS控制柜里控制模块9上的每个10端子都单接一根航空电连接线,每个DCS控制 柜仅需要将航空电连接器的插头插接到测试装置的航空电连接插座板上,就使每根航空电 连接线对应到一个调理板上的独立信号通道上,大大简化了检测过程和连接过程,节省了 大量的人力。工控机上利用软件模拟各种现场设备的功能,包括模拟变送器、断路器、阀、风 机等执行设备,还可W模拟上述设备的各种工作状态,工控机可W利用软件模拟出工艺系 统控制回路,并根据需要设置工艺系统的状态、W得到测试控制的准确性和控制效果,工控 机上预留有数学模型接口,为模拟更大型的工艺系统或是现场环境提供支持。本方案安装 的四种调理板可W根据实际测试的需要进改变,如设及AI测试时,可W只安装AI调理板,运 样能够提高每次测试的测试数量。
[0036] 测试装置中的调理板包括四种信号的调理,即DO(开关量输出)、DI(开关量输入)、 A0(模拟量输出)和AI(模拟量输入),,针对上述四种信号,调理板也分为DO调理板、DI调理 板、A0调理板和AI调理板四种结构。本方案在一个测试装置机柜内安装12块分线板,其中包 括3个A0分线板含192个测试点,1个AI分线板含32个测试点,8个DI和DO分线板共768个测试 点,四种调理板合计65块,1块航空电连接插座板,航空电连接插座板上安装有10个航空电 连接插座7,而每个航空电连接插座为100PIN,运样本测试装置的机柜可W测试的信号点就 达到1000个。工控机中安装的采集卡型号为NI6224,可提供32个AI电压信号采集通道和48 个DO电压输出通道,如图2所示,采集卡上输入输出的信号由2组SCSI68接口直接与分线板 连接,每个分线板设置一个输入接口和多个输出接口(输出接口的数量按DO为6个,A0为4 个,AI为7个,DI为6个),各输出接口的型号为DB37F同时按相应输出接口的数量连接相应数 量的调理板。
[0037] 本方案中的每块调理板上可W兼容3~5个测试信号,可支持触点、DC24V、DC48V的 开关量输入输出信号,通过AI调理板将各种模拟量输入信号1~5V、4~20mA转换为模拟量 输入模块可采集的标准电压信号-10~10V,精度可达到16bit。也可通过A0调理板将模拟量 输出信号-10~10V转换为标准电压、电流信号,如0~l〇V、l~5V、4~20mA等,电流信号更可 分为电流源方式(四线制)和模拟变送器方式(二线制)。另外通过A0调理板将模拟量输出信 号转换为超出标准的电量程信号,进行超电量程测试,w验证核电站数字化仪控系统的超 电量程识别及报警的功能。如标准信号为-4~20mA,超出标准电量程信号为0~24mA。
[003引本方案测试装置的工控机主控采用PXI8106,航空连接器座采用8DO-23F35PN, 8DO-23F35PN,航空连接器头采用8D5-23F35SN,信号线采用NI线缆85095-02細100-100- 化EX.2M,NI线缆細C68-68-EPM和NI线缆細68-C68-S,连接线采用DB3737mm-lm,屏蔽1米37 针两端公头,数字量的分线板一个可接96个测试点,而模拟量的分线板一个可接32个测试 点。
[0039] W下W具体数据说明四种调理板和相应分线板的具体结构和工作过程。
[0040] 实施例1:
[0041 ] 一、DO 调理板:
[0042] 如图3所示,工控机上采集卡信号输入端子排96个通道中的T化-5V信号由SCSI- 100接口引入DO分线板,在DO分线板上被分成6组,每组16个通道信号,6组通道分别连接一 块DO调理板。如图2所示,DO分线板和DI分线板结构相同,主要功能是将采集卡的DO信号引 入分组后输出给DO调理板,将来自DI调理板的信号汇集后输出给采集卡,图中J1为输入接 口,J01~J06为输出接口,J2为24V电源接口 J3为48V电源接口,DO分线板上还设置有电源 警报灯。
[0043] 如图4所示,从DO分线板输入的TT1-5V信号,在DO调理板的每个单通道信号调理电 路的光禪前端输入,其电平高低变化使光禪的发光二极管导通或关断,通过感光Ξ极管光 电禪合,引起Ξ极管的开关变化。通过光禪后端的电路使调理电路输出相应的触点、24V或 48V信号,实现对信号的隔离和调理目的。调理后的信号与DCS控制柜共地。由于调理前信号 为TTk5V电平,调理后要输出DCS控制柜能接受的触点、24V或48V信号,并且通道延时时间 不大于0.1ms,因此需要选择精度高的光禪元件作为信号调理的主器件,既要实现隔离输入 输出通道的目的,又要承受24V、48V的查询电压及5mA查询电流。
[0044] 采集卡上5V电源的最大电流为1A,如果直接用采集卡驱动96路通道那么电流将达 到96*8.5mA = 816mA再加上板卡本身的消耗250mA,采集卡的电源会超负荷,因此需要增加 外接电源和Ξ极管来增大光禪前级驱动能力,降低采集卡的10 口电流消耗。本方案的Ξ极 管选择NPN型,需要CE节之间承受25V电压,集电极电流达到0.5A,放大倍数一般为200倍。光 禪发光二极管导通时压降为1. IV左右,由于Ξ极管的化e导通压降很小可W忽略,运样限流 电阻32计算为(5¥-1.1¥)/8.51114 = 456 〇,优选430 〇;重新计算1(;为(5-1.1)¥/430〇 = 9mA,此电路中Ξ极管Ic就是发光二极管的If即9mA,那么基极电流计算为0.045mA,基极电 阻R1为(5-0.7)V/0.045mA = 95.化Ω,再考虑阻值系列和电流驱动能力等情况,选择9化Ω, 运样重新估算扣基极电流=(5-0.7) V/9化Ω =0.047mA,Ic = 9.4mA符合光禪前级要求。
[004引在对外输出24V、48V电压信号时为防止电源信号不经过光禪输出端直接流向外部 接口,在电压信号的对外线路上增设一个肖特基二极管,使输入的24V、48V电压信号只能从 光禪端经过,肖特基二极管可W承受90V电压,在5mA查询电流下的正向结压降为0.6W下, 对整个回路影响很小可忽略不计。
[0046] 如表1所示,DO调理板的每个通道都有两组跳线,每组Ξ个线柱,利用两个跳线块 将输入的TTL5V信号,分别跳转到DC 24V、DC 48V或触点的线路上,则相应的将输入信号变 化为DCS控制柜需要的24V、48V和触点输出信号。
[0047] 表1 DO调理板跳线方式说明 [004引
Figure CN102184750BD00081
[0049] 表中的数字1-6表示接线柱,号表示跳线块连接相邻的两个接线柱。
[0050] 为提高DO调整板的承受能力,在DO调理板上设置W下过压过流保护措施:
[0051] (1)对采集卡输出端的信号利用5伏TVS的通道保护;
[0052] (2)调理板上的光禪输出端由于对外部提供24V或者48V电压信号,并且DCS控制柜 侧需要5mA的查询电流,因此回路里面设置了50mA的自恢复保险丝,运样可W防止外部接线 意外造成回路短路烧毁光禪元件;
[0053] (3)为防止电源电压电流的意外波动烧毁元件,在DO调理板的24V、48V电源处,分 别设置了 TVS防护元件。
[0054] 表2 DO调理板的硬件接口说明
[0055]
Figure CN102184750BD00082
[0057] 在电源方面,因为DO调理板为信号调理模块,需要将TTk5V电平信号调理为触点、 24V或48V信号输出,运样就需要为测试装置配备5V、24V、48V电源。根据运些要求,电源的分 配方式和功耗估算如下:由于DO分线板上共有96个信号通道,在DO调理板每个通道的光禪 前端电流大约9.4mA,运样96通道的电流总和大约为902.4mA,而采集卡的输出能力最大为 1A并且静态时电流为250mA,因此需要选择外接电源系统,W防止电源系统对采集卡可能带 来的干扰,将外接电源系统的24V电源进行隔离降压后输出5V电源,外接电源系统隔离后与 采集卡系统共地,考虑5V电源的总体功耗W及冗余设计,需要选择功率在8W,最大输出电流 为1500mA的隔离电源模块,运样,经过DO调理板后可W对外输出24V、48V电源信号。单个输 出通道的电流能力为8mA左右,96条通道需要的电流应该在768mAW上,再加上电源的冗余 使用,优选24V/50W及48V/100WW上的电源为测试装置供电。
[005引二、DI调理板:
[0059] 如图5所示,DI调理板主要功能为将DCS控制柜输入的触点、DC24V和DC48V信号经 过光电隔离调理输出为TT1-5V信号,通过分线板传给采集卡设备,运主要为工控机检测DCS 控制柜所输出的信号是否存在异常。DI分线板与DO分线板结构一致运里不再说明。DI调理 板的硬件参数如表3所示:
[0060] 表3 DI调理板的硬件接口说明
[0061]
Figure CN102184750BD00091
[0063] DCS控制柜的输入信号通过航空电连接器输入到DI调理板,每个输入信号在DI调 理板的单通道电路中光禪的前端输入,信号回路的电流通断变化使光禪发光二极管开关变 化进而引起输出端光敏Ξ极管发生通断变化,并由电路调理为TTk5V信号变化,多路信号 经过调理W后输出到DI分线板的SCSI-100-F端子的96条通道中,由工控机上的采集卡采集 检测。从而达到对信号的隔离和调理功能,调理后的信号地与采集卡侧共地。
[0064] 图6为DI调理板的一个单通道调理电路示意图,由于调理前后通道信号不一致,调 理后信号为TT1-5V电平,调理前为触点、24V或48V信号,而且通道延时时间不大于0.1ms,因 此DI调理板的电路中需要选择合适的光禪元件作为信号调理的主器件,既要隔离输入输出 通道,又要承受24V、48V的电压,W充分满足了DI调理板电路的电气性能要求。DCS控制柜侧 输出触点、24V电压或48V电压巧巾信号,通过R1电阻的限流作用使光禪的发光管导通,触发 输出端光敏Ξ极管对地导通,运样L1将点亮提示前端动作,此时的逻辑是和前端相反的,因 此用反相器使两端逻辑一致。输入端接入无极性电容CD1用于消除信号进入通道时的干扰 脉冲,R1用于对24V/48V信号进行限流,使通道电流不大于10mA,Fl为50mA保护能力的自恢 复保险丝,防止外部误接线导致DI调理板短路及防止过压及静电损坏,T1为TVS,满足瞬间 电压、电流变化的保护要求,D1为快速二极管对光禪续流放电,R97电阻既可W对光禪二极 管分流保护,又可W消除输入信号开关时的冲击电流干扰,为瞬间峰值电流提供释放通道, 避免光禪的误导通。在5mA电流下光禪二极管导通时的结电压大约1. IV,运样R97上的电压 被限制在该值,运样其流过电流约为1. lV/lk=l. 1mA,流过R1的电流为(48-1. l)V/4.7 = 9.97mA(24V信号时,该电流为4.87mA,因此光禪二极管电流If为8.87mA(24V时为3.77mA), 光禪处于导通状态,根据光禪的CTR特性曲线此时输出端的电流能力为8mA左右(24V时为 1.8mA左右),在输出端选择高亮度LED,在ImAW上(结电压低于1.8V)即可达到亮度要求。DI 调理板的过压过流保护采用如下方式:
[0065] (1)DI调理板输入端的信号经过48V TVS的通道保护;
[0066] (2)DCS控制柜输出触点信号时,系统的24V电源作为查询电源将流经DCS控制柜, 因此回路里面设置了50mA的自恢复保险丝,防止外部接线意外造成回路短路烧毁光禪元 件;
[0067] (3)DI调理板的24V、5V电源处分别设置了TVS防护元件,W防止电源意外波动烧毁 元件。
[0068] DI调理板设计为信号调理模块,需要将24V电源隔离转化为5V电源,为采集卡侧提 供ΤΊΈ-5电平,并且需要输出24V作为通道的查询电源。具体电源分配方式和功耗估算如下: DI调理板的信号调理系统中共有96个信号通道,每个通道的光禪前端电流大约5mA,运样96 通道的电流总和大约为480mA;同时5V电流要为Lm)提供电流,96通道*lmA大约为100mA,基 于降额应用的原则,选择24V电源输出电流应在1AW上,5V隔离电源模块输出电流在200mA 社。
[0069] Ξ、Α0 调理板:
[0070] Α0调理板的主要功能为将采集卡输出的模拟电压信号,通过高精度运放电路W及 压流转换电路的调理输出DCS控制柜能够接收的电流或电压信号,并可W实现对DCS控制柜 的超量程测试。
[0071] 如图7所示,工控机的采集卡输出32通道的电压模拟信号,首先由2组SCSI-68接口 进入A0分线板,A0分线板再将其分成4个信号组,每组设置8个通道信号进行输出。A0分线板 采用24VDC系统电源引入,经过隔离输出±15V为调理电路提供正负电源,同时隔离后的24V 为外部电路提供电源输出,AO分线板的硬件接口说明如表4所示:
[0072] 表4 A0分线板的硬件接口说明
[0073]
Figure CN102184750BD00111
[007引 A0分线板通过DB37/F接口将电压模拟信号引入A0调理板,如图7、8所示,每个A0调 理板上设置8个信号通道,电压信号经过2组运算放大电路的增益和零点调理后可得到理想 精度的电压值输出,并且该电压信号经过压流转换电路后可得到相应的电流输出。在A0调 理板输出端子上通过硬线连接将调理后信号输出到DCS控制柜里。A0调理板的硬件接口参 数说明如表6所示:
[0076] 表6 A0调理板硬件接口说明
[0077]
Figure CN102184750BD00121
[0078] AO调理板上的每个单通道电路如图9所示,当AO调理板进行电压信号调理时,υΐ内 部含有2路运算放大器,运放A和运放Β。采集卡输出的模拟电压信号经过了过压保护忍片D4 后输入到运放前端,经过电阻R12和R13的1:1分压后输入到运放A的正端( + InA),负端(- InA)处电阻R10,RP4,R15构成了同相放大器电路运放A的增益调节电路,gain = l+Rf/R即1+ (R15+x)/(R10+化4-x),x为电位器构成反馈电阻的阻值,根据电阻参数取值可得gain = [1.83,2.2].该电路通过微调电位器RP4使gain = 2,运样被分半的电压信号经过放大2倍后 输出。
[0079] 运放B及II共同组成的电路可W实现对运放A进行调"零点"和增加偏置电压的功 能,从而实现对输入信号的调理功能。II产生lOOuA的恒流源,运样在R42、R43上产生6V的压 差,在其中间加设0V的电势点,可W在R42和R43上产生±3V参考电压,运样调节电位器RP11 就可W实现-3V~+3V范围内的电压浮动。
[0080] 由于采集卡输出的是±l〇V的电压,在测试中需要对DCS控制柜的信号进行-2~ 12V的超限测量,而采集卡本身不能输出12V电压,因此只有将该范围进行±2V偏移处理,才 能得到-4V~10V范围,来满足采集卡的输出能力范围,而运个±2V的偏移量由A0调理板来 完成,本方案在A0调理板上安装提供偏置电压的微调控制器,微调控制器提供的电压补偿 范围为±2V,微调控制器利用电位器实现,本方案通过微调电位器化11使采集卡输出0V电 压时,使得运放A输出VoutA=2.000V。运样采集卡输出的-4V~10V信号与电位器提供的± 2V偏置电压叠加就得到-2~12V信号,再进入运放电路前端,因此A0调理板可将采集卡输出 的-4~10V电压调理为-2~12V信号输出给DCS控制柜,实现正常和超限范围的测量功能。电 路中利用电位器引入±2V的电压来克服电器元件本身存在的误差,使引出的±2V电压达到 要求的精度。
[0081] A0调理板在进行电流调理时,为了输出电流信号,需要将调理后的电压信号转换 为电流驱动外部电路,图9中的XI可将输入的微小电流放大100倍输出,并有偏置电路,最大 值12V电压对应输出24mA电流,因此在XI前端配置电阻R58,IinMAX = 0.24mA经过放大100倍 后的电流能力为24mA"Q3S极管负责引导XI全量程的输出电流,承担大部分的功率消耗,防 止XI片上发热带来的误差。
[008引如图9所示,A0调理板在进行电压/电流调理时,需要利用A0调理板上的跳线来调 整相应的输出,输出通道跳线有Ξ个针脚,在电压输出时,将2,3脚短接,断开1脚上的电流 通路,输出端子上6脚为电压信号,5脚为对应参考地信号。在电流输出时,将1,2脚短接,断 开3脚上的电压通路,防止输出电流时,该引脚产生天线效应给电路带来干扰,当A0调理板 向外供电时,短接J9跳线,由输出端子3,2脚引出电流信号和地线回路;当外部输入电源信 号时,断开J9跳线,输出端子的1脚为信号输入端,3脚为信号输出端。
[0083] A0调理板的精度可W达到0.1%,电路中设及的电阻均需要达到0.05%精密电阻 溫度系数±10ppm/°C,使用的运算放大器电压偏差为lOuV,溫漂±0.1yV/°C,恒流源的 lOOuA电流精度为±0.25%,溫度系数±25ppm/°C,线路及元件带来的误差可由两个运放搭 建的增益调节和偏置调节电位器消除,并达到电压测量精度。可调电位器的溫度系数± 100ppm/°C,压流转换器的非线性误差在0.003%,加上0.05%精度的精密电阻,是电压到电 流转换过程的精度也得到保证。A0调理板采用的电源保护措施如下:
[0084] (1)采集卡输出端的信号经过D4的通道保护,可W防止线上信号电压超限;
[008引 (2)在24V电源的接口处设置了 T3TVS防止电压过高损坏电路;
[0086] (3)压流转换器本身含有32mA的限流保护功能,当电流超限时能够进行自我保护。
[0087] 四、AI调理板
[0088] 如图10所示,DCS控制柜侧输出的电流和电压信号通过线缆接入测试柜,在内部通 过硬接线分通道引入AI调理板,再由AI调理板将调理后的电压信号汇集到AI分线板,每块 AI分线板将板上的四个通道信号通过2组SCSI接口输出给工控机的采集卡。如图11所示, DCS控制柜输出的0~10V模拟电压、0~20mA电流信号由输入端子进入AI调理板,经过通道 过压保护W后,进入由高精度电阻和高精度仪表放大器构成的采样电路,仪放忍片具有极 高的共模抑制比,能有效的抑制共模信号对测量电路带来的干扰,运样电流电压信号经过 仪放可W被真实的还原输出,在经过后续运放电路和调偏电路的补偿修正,信号转换精度 得W保证,将调理后的电压信号输出给采集卡采集检测。AI分线板硬件接口说明表8所示:
[0089] 表7 AI分线板硬件接口参数标准
[0090]
Figure CN102184750BD00141
[0091] 其中AI调理板每个通道的电路结构如图12所示,DCS控制柜输出的模拟电压或电 流信号经过了过压保护忍片D1W后进入采样电路,信号经过电阻R9、R10限流后进入RF滤波 电路((:1,〔2,(:17,1?25,1?26)消除福射信号的干扰可提高采集精度,高精度仪表放大器1]1再 将输入信号采集后转换为干净的电压信号后输出,由于元件本身及电路上带来的误差,需 要对输出电压进行补偿和修正。AI调理板的硬件参数标准如表9所示:
[0092] 表9 AI调理板的硬件接口说明
[0093]
Figure CN102184750BD00142
[0094] 仪表放大器U1输出的电压信号经过电阻R50和R51的1:1分压后输入到运放A的正 端(+InA),负端(-InA)处电阻R49,RP1,R52构成了同相放大器电路运放A的增益调节电路, gain=l+Rf/R即l+(R52+x)/(R49+I?pl-x),x为电位器构成反馈电阻的阻值,根据电阻参数 取值可得旨曰^=[1.83,2.2].该电路通过微调电位器1??1使旨曰^ = 2,运样被分半的电压信 号经过放大2倍后输出。运放B及XI共同组成的电路可W实现对运放A进行调"零点"和增加 偏置电压的功能,从而实现对输入信号的调理功能。此电路II产生lOOuA的恒流源,运样在 R81、R82上产生±1V参考电压,运样调节电位器RP1就可W实现-IV~+1V范围内的电压浮 动,对输入信号进行有效的补偿。
[0095] 采样电阻R1用于实现电流电压输入信号转换,仪表放大器U1只能对电压信号的进 行采集放大,所W当外部输入为电流信号时需要通过高精度电阻将电流信号转化为可测的 电压信号,然后输入给仪表放大器U1。
[0096] AI调理板的精度可W达到0.1%,电路中设及的电阻均使用0.05%精密电阻,仪表 放大器U1的最大输入偏差25uV,最大溫漂0.3uV/°C,具有极低的噪声,运算放大器U0的电压 偏差为lOuV,溫漂±0. lyV/°C,恒流源的lOOuA电流精度为± 0.25 %,溫度系数± 25ppm/°C, 线路及元件带来的误差可由两个运放搭建的增益调节和偏置调节电位器消除,可调电位器 的溫度系数±l(K)ppm/°C,可达到电压测量精度。如图12所示,在AI调理板上设置了相应的 电路保护:
[0097] (1)输入信号经过D1由二极管组成的通道保护电路,用于防止线上信号电压超限;
[0098] (2)系统里面在24V电源的接口处设置了 TVS防止电压过高损坏电路;
[0099] (3)输出信号端设置TVS防止电压高于10V对采集卡造成损坏。

Claims (8)

1. 一种核电站数字化仪控系统的测试装置,包括控制装置和信号处理装置,其特征在 于,所述控制装置包括工控机(3)、安装在工控机内部的采集卡和控制测试过程的控制软 件,所述信号处理装置包括分线板(4)和调理板(5),分线板的两端通过信号线分别与采集 卡和调理板连接,调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜(2)连接; 所述分线板(4)上包括一个输入插座和多个输出插座,每个输出插座通过信号线连接 一块调理板(5),所述调理板与控制柜之间安装有航空插座(6),调理板的信号线通过插在 航空插座上的航空电连接器(1 〇)与DCS控制柜(2)连接; 所述调理板包括DO调理板、DI调理板、A0调理板和AI调理板,所述分线板与各调理板对 应的分为DO分线板、DI分线板、A0分线板和AI分线板; 所述DO调理板、DI调理板、A0调理板、AI调理板分别设置有单通道信号调理电路; 所述DCS控制柜里控制模块(9)上的每一 10端子通过一航空电连接线与一调理板相连。
2. 如权利要求1所述的测试装置,其特征在于,所述航空电连接器(10)为100PIN插头且 符合 MIL-DTL-38999标准。
3. 如权利要求1所述的测试装置,其特征在于,所述A0调理板将采集卡输出的±10V电 压调理成DCS控制柜需要的0~20mA电流、0~10V电压信号输出; 所述AI调理板将DCS控制柜输出的0~10V电压信号或0~20mA电流信号调理成0~10V 的信号输出至工控机; 所述D0调理板将工控机输出的TTL-5V信号调理成DCS控制柜能够接受的触点、DC24V或 DC48V信号输出; 所述DI调理板将DCS控制柜输出的0~10V电压信号或0~20mA电流信号调理成0~10V 的电压信号输出至工控机。
4. 如权利要求3所述的测试装置,其特征在于,所述A0调理板上安装有微调控制器,微 调控制器为A0调理板上电器元件提供电压补偿,电压补偿范围为±2V,使A0调理板能够输 出0~24mA或-2~12V的偏移电流、电压信号,所述微调控制器为电位器。
5. 如权利要求4所述的测试装置,其特征在于,所述D0分线板和DI分线板的输入插座包 含96个数据通道,输出插座为6个,每个输出插座包含16个数据通道;所述A0分线板和AI分 线板的输入插座包含32个数据通道,输出插座为4个,每个输出插座包含8个数据通道。
6. 如权利要求5所述的测试装置,其特征在于,所述A0调理板和D0调整板上设置有用于 通道保护的元件,包括设置在A0调理板、D0调理板输入端和外接电源处的TVS,以及光耦回 路中设置的自恢复保险丝。
7. 如权利要求6所述的测试装置,其特征在于,所述D0调理板连接有外接电源,所述外 接电源功率大于等于24V/50W或大于等于48V/100W。
8. 如权利要求5所述的测试装置,所述AI调理板和DI调理板在外接电源输入端和信号 输出端设置有TVS,在信号输入端设置有二极管组成的通道保护电路。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102541052B (zh) * 2012-02-16 2014-04-09 山东电力研究院 计算机控制系统实时性测试方法
CN102694530A (zh) * 2012-05-11 2012-09-26 蔡远文 运载火箭惯性平台的脉冲信号测试装置
CN103676661B (zh) * 2012-09-18 2018-05-11 国核自仪系统工程有限公司 多功能仿真验证系统及其仿真验证方法
CN103853859B (zh) * 2012-11-30 2017-01-25 中广核工程有限公司 一种核电站端接图成图方法及系统
CN104503293A (zh) * 2014-11-13 2015-04-08 大亚湾核电运营管理有限责任公司 数字化核电站一回路数据采集系统及其数据处理方法
CN104898512B (zh) * 2015-05-05 2017-12-05 北京广利核系统工程有限公司 核电厂核安全级数字化仪控系统设备鉴定样机的构建方法
CN105629954B (zh) * 2016-01-25 2019-01-04 国核自仪系统工程有限公司 核电厂dcs控制系统闭环测试车
CN106370209A (zh) * 2016-11-16 2017-02-01 天津市盛丹电子技术发展有限公司 一种输入输出多通道信号调理器
CN106527406B (zh) * 2016-12-20 2019-05-17 中核控制系统工程有限公司 一种安全级dcs产品自动化测试装置
CN106773785B (zh) * 2016-12-26 2020-02-18 中核控制系统工程有限公司 一种基于fpga技术的核安全级智能仿真验证平台的实现方法
CN108288846B (zh) * 2017-01-09 2020-07-03 展鹏科技股份有限公司 一种光耦输入保护电路及其保护方法
CN106774224B (zh) * 2017-02-21 2019-10-15 中广核工程有限公司 核电站数字化控制系统的测试装置
CN107591216B (zh) * 2017-09-19 2019-08-06 厦门大学 一种核电站数字化仪控的混合现实系统和方法
CN108733556A (zh) * 2017-10-26 2018-11-02 江苏核电有限公司 一种模拟机i/o系统仪表自动化对点方法
CN108181890A (zh) * 2017-12-12 2018-06-19 中核控制系统工程有限公司 基于虚拟仪器的dcs自动化测试装置
CN108153279A (zh) * 2017-12-20 2018-06-12 上海默松控制系统设备有限公司 一种eke硬件自动化测试装置
CN108735309B (zh) * 2018-02-07 2020-10-09 中国原子能科学研究院 反应堆保护系统在役检验装置
CN109965866A (zh) * 2019-01-30 2019-07-05 安博特纳米生物科技有限公司 生物电信号采集模组和信号采集卡
CN109841051A (zh) * 2019-02-22 2019-06-04 山东欧德利电气设备有限公司 一种远程模拟量双向传输技术
CN109949956B (zh) * 2019-03-25 2021-07-23 北京广利核系统工程有限公司 一种核电站控制系统高负荷工况模拟方法及系统
CN112099453A (zh) * 2020-09-23 2020-12-18 中国核动力研究设计院 一种核电厂安全级仪控系统的功能验证系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655202A (zh) * 2004-08-09 2005-08-17 大连大学 Rs485+i多路模拟信号总线发送器
CN1680956A (zh) * 2005-02-04 2005-10-12 合肥亚太科技发展有限公司 一种用于智能化住宅小区的多通道共享式远程控制系统
CN2881820Y (zh) * 2006-03-17 2007-03-21 中国电力科学研究院 晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统
CN201336157Y (zh) * 2008-11-07 2009-10-28 北京广利核系统工程有限公司 一种用于反应堆保护系统过程仪表测试的新型试验装置
CN202126626U (zh) * 2011-04-11 2012-01-25 北京广利核系统工程有限公司 一种核电站数字化仪控系统测试装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7035773B2 (en) * 2002-03-06 2006-04-25 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Appendable system and devices for data acquisition, analysis and control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655202A (zh) * 2004-08-09 2005-08-17 大连大学 Rs485+i多路模拟信号总线发送器
CN1680956A (zh) * 2005-02-04 2005-10-12 合肥亚太科技发展有限公司 一种用于智能化住宅小区的多通道共享式远程控制系统
CN2881820Y (zh) * 2006-03-17 2007-03-21 中国电力科学研究院 晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统
CN201336157Y (zh) * 2008-11-07 2009-10-28 北京广利核系统工程有限公司 一种用于反应堆保护系统过程仪表测试的新型试验装置
CN202126626U (zh) * 2011-04-11 2012-01-25 北京广利核系统工程有限公司 一种核电站数字化仪控系统测试装置

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