CN103869094A - 一种主泵转速测量信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂泵关键参数测量方法，具体涉及一种主泵转速测量信号处理方法。本发明是这样实现的，一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：它包括，步骤一：设置一次测量仪表；步骤二：脉冲信号预处理；步骤三：转速测量电路设计；步骤四：转速测量电路附加功能。本发明的优点是，本发明采用全硬件电路实现主泵转速测量，避免了软件V&V的复杂工作，也提高了测量精度和响应时间。此外，在电路中采用下降沿触发，减少了由于转速不同脉冲信号脉宽变化带来的不利影响。

Description

一种主泵转速测量信号处理方法

技术领域

本发明属于一种核电厂反应堆冷却剂泵关键参数测量方法，具体涉及一种主泵转速测量信号处理方法。

背景技术

在压水堆核电站中，主泵的转速是非常重要的参数。当主泵转速低时，需要转入孤岛运行甚至直接停堆。因此，为了避免误停堆，影响电站的安全性，主泵转速测量的精度和响应时间都非常重要。

主泵转速测量一般通过专用的主泵转速测量装置实现，结构和原理如下：

当主泵转动时，固定在飞轮上的磁性元件随之同步转动，当磁性元件转动到感应线圈附近时，感应线圈内的磁通量就会发生变化，从而产生一个电压脉冲信号，典型的电压脉冲信号如图1所示。

由于主泵转速的变化，电压脉冲信号的频率、幅值和脉冲的形状（主要是脉宽）都不同，是典型的非标信号，因此，很难直接通过DCS采集卡采集该信号。

在传统设计中，大多是通过单片机采集该电压脉冲信号，然后根据周期计算得出主泵的转速，但是该方法存在以下几个弊端：

1、单片机软件的V&V比较复杂，且单片机可靠性不高，容易出现程序跑飞的情况；

2、采用单片机的方法通常依靠中断处理服务程序来计数，响应慢。

为了避免上述缺陷，提高主泵转速测量的精度、响应时间和可靠性，十分有必要对其进改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种主泵转速测量信号处理方法，它通过采用全硬件电路的方法实现高性能、高可靠性的主泵转速处理装置，降低软件V&V的成本。

本发明是这样实现的，一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：它包括，

步骤一：设置一次测量仪表；

步骤二：脉冲信号预处理；

步骤三：转速测量电路设计；

步骤四：转速测量电路附加功能。

所述的步骤一为在主泵飞轮上设置一磁性元件，为了获得最大的线速度，磁性元件应布置在飞轮半径最大处，在飞轮外侧固定感应线圈，当磁性元件随飞轮转动运动到感应线圈附近，切割磁力线时，感应线圈获得脉冲电压信号，其中，磁性元件采用强磁性永磁材料。

所述的步骤二为设置瞬态电压抑制器保护，防止外部静电、瞬态高压或其他高电压造成的影响，采用有源运放与RC网络构成一阶低通滤波，低通滤波3dB截止频率设定为200Hz，防止外部瞬间干扰信号的引入，采用运放构成的滞回过零比较器形成整形电路，传感器信号通过整形由不规则脉冲信号转变为规则的方波信号，整形后信号经光电隔离后送下一级信号处理。

所述的步骤三为由步骤二得到的方波信号为寄存器提供使能信号，当方波信号的下降沿出现时，寄存器锁存住预载减法计数器的输出。

所述的步骤四为适应各种复杂情况，转速测量电路需要部分附加功能；

1）防止16位预载减法计数器溢出

当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数器就会发生溢出，此时需要减法器能够自锁或通过外部使能信号控制，确保计数器不溢出。当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数输出0即可；

2）报警和保护定值比较

为了提高停堆信号的精度和响应时间，可以直接将16位寄存器的输出和定值进行比较，并根据比较结果输出开关量信号，定值可以通过16位编码开关设定，如果停堆转速为Rtrip，则编码开关设定的停堆定值为：

S-(1.0×105×60)/Rtrip；

3）输出电流信号

为了提高传输距离，可以在16位数字/模拟转换器之后增加电流转化电路。

本发明的优点是，本发明采用全硬件电路实现主泵转速测量，避免了软件V&V的复杂工作，也提高了测量精度和响应时间。此外，在电路中采用下降沿触发，减少了由于转速不同脉冲信号脉宽变化带来的不利影响。

附图说明

图1为典型的电压脉冲信号示意图；

图2为一种实用的预处理电路原理图；

图3为转速测量原理电路图。

图中，1主泵飞轮，2磁性元件，3感应线圈，4脉冲信号，5主泵转速信号处理装置，6DCS。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

本发明要解决的技术问题是通过充分的功能分析，采用全硬件电路实现高性能、高可靠性的主泵转速测量。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种主泵转速测量信号处理方法，包括：

步骤一：一次测量仪表设置

1）在主泵飞轮上设置一磁性元件，为了获得最大的线速度，磁性元件应布置在飞轮半径最大处。

2）在飞轮外侧固定感应线圈，当磁性元件随飞轮转动运动到感应线圈附近，切割磁力线时，感应线圈获得脉冲电压信号。

其中，磁性元件采用强磁性永磁材料。

通常，压水堆核电站中需要测量的主泵转速范围一般为100rpm~2000rpm，当主泵转速超过100rpm时，脉冲电压信号的电压峰值应大于200mV。

步骤二：脉冲信号预处理

便于后续信号处理，必须对不规则的脉冲信号进行预处理。预处理电路由保护、滤波、整形、隔离组成。

设置瞬态电压抑制器保护，防止外部静电、瞬态高压或其他高电压造成的影响。

采用有源运放与RC网络构成一阶低通滤波，低通滤波3dB截止频率设定为200Hz，防止外部瞬间干扰信号的引入。

采用运放构成的滞回过零比较器形成整形电路，传感器信号通过整形由不规则脉冲信号转变为规则的方波信号。

整形后信号经光电隔离后送下一级信号处理。

如下所示：

经过预处理电路之后可获得规整的方波信号，相邻两个方波的下降沿之间时间差就是主泵飞轮转动一周的时间。

步骤三：转速测量电路设计

1）由步骤二得到的方波信号为寄存器提供使能信号，当方波信号的下降沿出现时，寄存器锁存住预载减法计数器的输出。

2）由步骤二得到的方波信号进入一个延迟环节，延迟环节可以由两个串联的反相器构成。

3）经延迟处理的方波信号进入预载减法计数器的复位端（Reset），当方波信号的下降沿出现时，预载减法计数器被复位到预载数据；

4）预载减法计数器的计数脉冲信号由标准的100kHz时钟信号提供；

5）预载减法计数器的输出给寄存器；

6）寄存器将锁存的数据输出给数字/模拟转换器（D/A）；

7）数字/模拟转换器输出标准的4mA~20mA或者0~10V标准信号。

转速测量电路根据预处理后的方波实时获得主泵转速。

脉冲信号预处理电路的输出连接到两个串联的反相器，第二个串联反相器的输出连接到16位预载减法计数器的复位端（reset），16位预载减法计数器的复位端（reset）的计数输出（B₁~B₁₆）连接到16位寄存器的输入端（I₁~I₁₆），16位寄存器的输出端（Q₁~Q₁₆）连接到16位数字/模拟转换器的输入端（B₁~B₁₆），16位数字/模拟转换器的输出端V_out送给电厂保护系统。脉冲信号预处理电路的输出直接连接到16位寄存器的使能端（ENB），第二个串联反相器的输出直接连接到16位数字/模拟转换器的使能端（ENB）。

系统正常工作需要满足下列条件：

1、触发要求

16位预载减法计数器的复位（reset）、16位寄存器的使能（enable）和16位数字/模拟转换器的使能（enable）都采用下降沿触发。

2、时序要求

对同一个方波信号，到达16位寄存器使能端（ENB）的时间必须早于到达16位预载减法计数器的复位端（reset）和16位数字/模拟转换器的使能端（ENB），即在16位寄存器建立好稳定输出前，16位预载减法计数器不能复位，16位数字/模拟转换器也不能开始数字、模拟信号转换。

3、16位预载减法计数器的预载值确定

16位预载减法计数器的预载值S通过如下公式确定：

S=(1.0×10⁵×60)/R_min

其中R_min为主泵转速测量装置可测量的最低转速，单位为rpm（转/分钟）。如果计算结果为小数，S需要取整（四舍五入即可）。

4、16位数字/模拟转换器的配置

16位数字/模拟转换器的配置如下：当计数输入为0时，输出0V。

当计数输入为U时，输出10V。

其中U的确定方法如下：

U=S-(1.0×10⁵×60)/R_max

其中R_max为主泵转速测量装置可测量的最高转速，单位为rpm（转/分钟）。如果计算结果为小数，U需要取整（四舍五入即可）。

步骤四：转速测量电路附加功能

为了适应各种复杂情况，转速测量电路需要部分附加功能。

1）防止16位预载减法计数器溢出

当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数器就会发生溢出，此时需要减法器能够自锁或通过外部使能信号控制，确保计数器不溢出。当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数输出0即可。

2）报警和保护定值比较

为了提高停堆信号的精度和响应时间，可以直接将16位寄存器的输出和定值进行比较，并根据比较结果输出开关量信号。定值可以通过16位编码开关设定。如果停堆转速为R_trip，则编码开关设定的停堆定值为：

S-(1.0×10⁵×60)/R_trip。

3）输出电流信号

为了提高传输距离，可以在16位数字/模拟转换器之后增加电流转化电路。

Claims (5)

1.一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：它包括，

步骤一：设置一次测量仪表；

步骤二：脉冲信号预处理；

步骤三：转速测量电路设置；

步骤四：转速测量电路附加功能设置。

2.如权利要求1所述的一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：所述的步骤一为在主泵飞轮上设置一磁性元件，为了获得最大的线速度，磁性元件应布置在飞轮半径最大处，在飞轮外侧固定感应线圈，当磁性元件随飞轮转动运动到感应线圈附近，切割磁力线时，感应线圈获得脉冲电压信号，其中，磁性元件采用强磁性永磁材料。

3.如权利要求1所述的一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：所述的步骤二为设置瞬态电压抑制器保护，防止外部静电、瞬态高压或其他高电压造成的影响，采用有源运放与RC网络构成一阶低通滤波，低通滤波3dB截止频率设定为200Hz，防止外部瞬间干扰信号的引入，采用运放构成的滞回过零比较器形成整形电路，传感器信号通过整形由不规则脉冲信号转变为规则的方波信号，整形后信号经光电隔离后送下一级信号处理。

4.如权利要求1所述的一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：所述的步骤三为由步骤二得到的方波信号为寄存器提供使能信号，当方波信号的下降沿出现时，寄存器锁存住预载减法计数器的输出。

5.如权利要求1所述的一种主泵转速测量信号处理方法，其特征在于：所述的步骤四为适应各种复杂情况，转速测量电路需要部分附加功能；

1）防止16位预载减法计数器溢出

当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数器就会发生溢出，此时需要减法器能够自锁或通过外部使能信号控制，确保计数器不溢出。当主泵转速低于测量下限时，16位预载减法计数输出0即可；

2）报警和保护定值比较

为了提高停堆信号的精度和响应时间，可以直接将16位寄存器的输出和定值进行比较，并根据比较结果输出开关量信号，定值可以通过16位编码开关设定，如果停堆转速为Rtrip，则编码开关设定的停堆定值为：

S-(1.0×105×60)/Rtrip；

3）输出电流信号

为了提高传输距离，可以在16位数字/模拟转换器之后增加电流转化电路。

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