CN104007757A - 核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法及系统，该网关通讯异常自诊断方法包括：分布式控制系统产生第一检测信号，并通过网关传送到第三方系统；分布式控制系统从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；分布式控制系统通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；在判断异常时，发出报警信号。实施本发明的技术方案，可以有效、持续监测网关的状态和数据通讯情况，第一时间对出现的网关异常进行报警。

Description

核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其是涉及一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法及系统。

背景技术

核电站DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)系统(非安全级(Non-safety Classification，NC)和安全相关级(Satety-Related，SR))与第三方系统(例如包括：汽机监视与调节系统、反应堆控制棒系统、反应堆保护或紧急停堆系统、电厂辐射监测系统、火警探测系统以及LOCA(Loss OfCoolant Accident，冷却剂事故损失)监测系统等)数据交换普遍采用网关的通讯方式。网关通讯的异常往往对核电机组的控制和监视产生影响，严重会造成重要控制和监视系统的不可用，给核电机组的稳定安全运行埋下重大隐患。而现有核电站DCS系统中，网关通讯的异常却无法及时发现。

核电站采用的DCS系统网络常见的实现方式如图1所示，其主要分为电厂总线和终端总线，控制柜通过通讯模块直接连接到电厂总线，第三方系统则通过网关连接到电厂总线。DCS系统可通过网关和第三方系统进行数据通讯，并将之前定义好的特定数据类型上传至电厂总线上实现数据的交换，部分数据还可以通过过程服务器上传至终端总线，通过操作员站实现对第三方系统的监视和操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述无法及时发现网关通讯的异常的缺陷，提供一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法及系统，能及时发现网关通讯的异常。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，分布式控制系统通过网关与可增加通讯点的第三方系统进行数据交换，其特征在于，所述网关通讯异常自诊断方法包括：

S1.分布式控制系统产生第一检测信号，并通过网关传送到第三方系统；

S2.分布式控制系统从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；

S3.分布式控制系统通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；

S4.分布式控制系统在判断为异常时，发出报警信号。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法中，所述第一检测信号为模拟量点斜波信号；

所述步骤S3包括：

S311.分布式控制系统计算第二检测信号和第一检测信号的差值；

S312.判断所述差值的绝对值是否大于预设值，若是，则执行步骤S313；若否，则执行步骤S314；

S313.判断所述差值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间，若是，则执行步骤S315；若否，则执行步骤S314；

S314.确定网关不存在异常；

S315.确定网关存在异常。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法中，所述预设值为小于等于所述模拟量点斜波信号最大值的1％，所述第一预设时间为小于等于4s。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法中，所述第一检测信号为逻辑量点脉冲信号；

所述步骤S3包括：

S321.分布式控制系统根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间，若是，则执行步骤S323；若否，则执行步骤S322；

S322.确定网关不存在异常；

S323.确定网关存在异常。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法中，所述第二预设时间小于等于3s。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法中，在确定网关存在异常，并发出报警信号后，若接收到复位信号，则对报警信号进行复位。

本发明还构造一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统，分布式控制系统通过网关与可增加通讯点的第三方系统进行数据交换，其特征在于，所述网关通讯异常自诊断系统包括：

信号产生模块，用于产生第一检测信号；

连接于所述信号产生模块的信号发送模块，用于通过网关将所述第一检测信号传送到第三方系统；

信号采集模块，用于从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；

分别连接于所述信号产生模块和所述信号采集模块的异常判断模块，用于通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；

连接于所述异常判断模块的报警模块，用于在判断为存在异常时，发出报警信号。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统中，所述第一检测信号为模拟量点斜波信号，

所述异常判断模块包括：

第一计算单元，用于计算第二检测信号和第一检测信号的差值；

连接与所述第一计算单元的第一判断单元，用于判断所述差值的绝对值是否大于预设值；

连接于所述第一判断单元的第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断大于预设值时，判断所述差值的绝对值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间；

分别连接于所述第一判断单元和所述第二判断单元的第一确定单元，用于在所述第一判断单元判断不大于预设值时，或者，所述第二判断单元判断不大于第一预设时间时，确定网关不存在异常；

连接于所述第二判断单元的第二确定单元，用于在所述第二判断单元判断大于第一预设时间时，确定网关存在异常。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统中，所述第一检测信号为逻辑量点脉冲信号，

所述异常判断模块包括：

第三判断单元，用于根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间；

连接于所述第三判断单元的第三确定单元，用于在所述第三判断单元判断大于第二预设时间时，确定网关存在异常；

连接于所述第三判断单元的第四确定单元，用于在所述第三判断单元判断不大于第二预设时间时，确定网关不存在异常。

优选地，在本发明所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统中，所述网关通讯异常自诊断系统还包括：

连接于所述报警模块的复位模块，用于接收复位信号，并对报警信号进行复位。

实施本发明的技术方案，对于可增加通讯点的第三方系统，分布式控制系统产生一个检测信号，并通过网关传送到第三方系统，然后再从第三方系统采集回来。最后，通过对比发送出去的信号和接收回来的信号来判断网关是否存在异常，并在判断异常时，发出报警信号。这可以有效、持续监测网关的状态和数据通讯情况，第一时间对出现的网关异常进行报警，以及时地进行人为干预，避免异常和故障的扩大化，保证核电机组的安全稳定。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是核电站分布式控制系统网络的示意图；

图2是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法实施例一的流程图；

图3是图2中步骤S3实施例一的流程图；

图4是图2中步骤S3实施例二的流程图；

图5是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例一的逻辑图；

图6是图5中异常判断模块实施例一的逻辑图；

图7是图5中异常判断模块实施例二的逻辑图；

图8是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例二的逻辑图；

图9A为图8中第一检测信号的时序图；

图9B为图8中第一检测信号和第二检测信号的时序图；

图10是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例三的逻辑图；

图11A为图10中第一检测信号的时序图；

图11B为图10中第一检测信号和第二检测信号的时序图。

具体实施方式

图2是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法实施例一的流程图，首先说明的是，分布式控制系统通过网关与第三方系统进行数据交换，而该第三方系统为可增加通讯点的系统，例如为：汽机监视与调节系统、反应堆控制棒系统、电厂辐射监测系统、火警探测系统以及LOCA监测系统。也就是说，这些系统除自身正常工作所需要的通讯点外，还可额外增加通讯点，以用于收发检测信号，从而判断出网关通讯是否正常。

该网关通讯异常自诊断方法包括：

S1.分布式控制系统产生第一检测信号，并通过网关传送到第三方系统；

S2.分布式控制系统从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；

S3.分布式控制系统通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常，若是，则执行步骤S4；若否，则执行步骤S5；

S4.发出报警信号；

S5.不做处理。

根据核电站分布式控制系统与第三方系统通讯的数据类型，网关可分为只通讯模拟量数据的网关、只通讯逻辑量数据的网关以及既通讯逻辑量又通讯模拟量数据的网关三种类型。由于网关对开关量数据或者模拟量数据的处理程序、存储地址也有所区别，为防止开关量信号或者模拟量信号任意一个通讯故障，所以需对其两种信号类型进行分别诊断。

当网关通讯的是模拟量数据时，步骤S1中分布式控制系统所产生的第一检测信号可为模拟量点斜波信号，相应地，步骤S2中所采集的第二检测信号理想情况下也为模拟量点斜波信号，但实际情况下，由于通讯速率的不稳定，第二检测信号实际为非标准的斜波信号。这样，在判断网关是否存在异常时，结合图3，步骤S3可具体包括：

S311.分布式控制系统计算第二检测信号和第一检测信号的差值；

S312.判断所述差值的绝对值是否大于预设值，若是，则执行步骤S313；若否，则执行步骤S314；

S313.判断所述差值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间，若是，则执行步骤S315；若否，则执行步骤S314；

S314.确定网关不存在异常；

S315.确定网关存在异常。

所述预设值可设为小于等于模拟量点斜波信号的最大值的1％，所述预设值越小，灵敏度越高。在本实施例中，为避免误报警，所述预设值设为等于模拟量点斜波信号的最大值的1％，例如，斜坡信号的最大值为1000，预设值可设置为10。第一预设时间可设置为小于等于4s，所述预设值越小，灵敏度越高。在本实施例中，为避免误报警，所述第一预设时间设置为等于4s。

当网关通讯的是逻辑量数据时，步骤S1中分布式控制系统所产生的第一检测信号可为逻辑量点脉冲信号，相应地，步骤S2中所采集的第二检测信号理想情况下也为逻辑量点脉冲信号，但实际情况下，由于通讯速率的不稳定，第二检测信号实际为占空比处于变化的脉冲信号。这样，在判断网关是否存在异常时，结合图4，步骤S3可具体包括：

S321.DCS系统根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间，优选地，第二预设时间可设置为小于等于3s，若是，则执行步骤S323；若否，则执行步骤S322；

S322.确定网关不存在异常；

S323.确定网关存在异常。

另外，不管网关通讯的是模拟量数据还是逻辑量数据，在确定网关存在异常，并发出报警信号后，若接收到复位信号，则可对报警信号进行复位。

图5是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例一的逻辑图，首先说明的是，分布式控制系统通过网关与可增加通讯点的第三方系统进行数据交换。该网关通讯自诊断系统包括信号产生模块10、信号发送模块20、信号采集模块30、异常判断模块40和报警模块50，其中，信号产生模块10用于产生第一检测信号；信号发送模块20连接于信号产生模块10，且用于通过网关将所述第一检测信号传送到第三方系统；信号采集模块30用于从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；异常判断模块40分别连接于信号产生模块10和信号采集模块30，且用于通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；报警模块50连接于异常判断模块40，且用于在判断存在异常时，发出报警信号。

另外，该网关通讯自诊断系统还可包括连接于报警模块的复位模块，用于接收复位信号，并对报警信号进行复位。

当网关通讯的是模拟量数据时，信号产生模块10所产生的第一检测信号可为模拟量点斜波信号，相应地，信号采集模块30所采集的第二检测信号理想情况下也为模拟量点斜波信号，但实际情况下，由于通讯速率的不稳定，第二检测信号实际为非标准的斜波信号。这样，在判断网关是否存在异常时，结合图6，异常判断模块40可具体包括：第一计算单元411、第一判断单元412、第二判断单元413、第一确定单元414和第二确定单元415，其中，第一计算单元411用于计算第二检测信号和第一检测信号的差值；第一判断单元412连接与第一计算单元411，且用于判断所述差值的绝对值是否大于预设值；第二判断单元413连接于第一判断单元412，且用于在所述第一判断单元判断大于预设值时，判断所述差值的绝对值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间；第一确定单元414分别连接于第一判断单元412和第二判断单元413，且用于在所述第一判断单元412判断不大于预设值时，或者，所述第二判断单元413判断不大于第一预设时间时，确定网关不存在异常；第二确定单元415连接于第二判断单元413，且用于在所述第二判断单元413判断大于第一预设时间时，确定网关存在异常。

当网关通讯的是逻辑量数据时，信号产生模块10所产生的第一检测信号可为逻辑量点脉冲信号，相应地，信号采集模块30所采集的第二检测信号理想情况下也为逻辑量点脉冲信号。关于“逻辑量点脉冲信号”，本领域技术人员应能理解，其只有1或0两个状态值。在实际情况下，由于通讯速率的不稳定，第二检测信号实际为占空比处于变化的脉冲信号。这样，在判断网关是否存在异常时，结合图7，异常判断模块40可具体包括：第三判断单元421及分别与第三判断单元421连接的第三确定单元422和第四确定单元423，其中，第三判断单元421用于根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间；第三确定单元422用于在所述第三判断单元判断大于第二预设时间时，确定网关存在异常；第四确定单元423用于在所述第三判断单元判断不大于第二预设时间时，确定网关不存在异常。

图8是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例二的逻辑图，该网络通讯异常自诊断系统适用于分布式控制系统与第三方系统通过网关通讯模拟量数据。其中，斜波信号生成器U11包括定值模块U113、U114、选择开关U112、斜波模块U111和延时模块U115、U116，其中，定值模块U113输出的定值为0，定值模块U114输出的定值为1000，且定值模块U113、U114分别连接选择开关U112的两个输入端，选择开关U112的输出端连接斜波模块U111的初始值端(S)和输入值端(A)，斜波模块U111的输出端(SP)连接加法模块U12的输入端，斜波模块U111的上限值(UP)端依次通过延时模块U116、U115连接斜波模块U111的复位端(T)和选择开关U112的控制端，这样，该斜波信号生成器U11可生成周期为T、斜率为k，范围为0-1000(可设定)的斜波信号，结合图9A，此信号作为第一检测信号D2传送至第三方系统，待到达第三方系统后，分布式控制系统又将此信号采集回来，作为第二检测信号D1。结合图9B，由于网络传输，第一检测信号D2和第二检测信号D1存在一定时间的延时Δt，从波形上看第二检测信号D1为第一检测信号D2曲线平移Δt，但在实际中，由于通讯速率的不稳定，第二检测信号D1是非标准的斜波信号。

结合图8，通过加法模块U12计算第一检测信号D2与第二检测信号D1的差值，再通过绝对值模块对该差值求绝对值，计为Δu。定值模块U14所设定的定值为预设值，即，偏差标准Δu'。通过比较模块U15比较Δu与Δu'的大小，且在Δu>Δu'时向延时模块U16输出1，延时模块U16判断输出1的时间是否大于第一预设时间t₁，若是，则说明网关长时间接收不到第二检测信号D1(发送中断或者接收中断)，可判断存在网关异常，此时，向RS触发器U17的置位端输出1，以使RS触发器U17输出报警信号D5，触发报警。但是，如果比较模块U15比较的结果为Δu≤Δu'，或者，虽然比较模块U15比较的结果为Δu>Δu'，但是延时模块U16判断输出1的时间不大于第一预设时间t1，则RS触发器U17就不输出报警信号。另外，在触发报警后，用户可输入复位信号D4，通过RS触发器进行复位。

综上，报警信号触发逻辑为：

报警信号

长延时对核电站分布式控制系统可容忍度较低，可通过固定的偏差标准Δu'计算出延时的标准Δt'：

Δt'＝Δu'/k+nT,(n＝0,1,2,…)。

图10是本发明核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统实施例三的逻辑图，该网络通讯异常自诊断系统适用于分布式控制系统与第三方系统通过网关通讯逻辑量数据。其中，脉冲信号发生器U21产生一个周期为2T的脉冲信号，如图11A所示，并将该信号作为第一检测信号D8/D9传送至第三方系统，待到达第三方系统后，分布式控制系统又将此信号采集回来，作为第二检测信号D6/D7，而且，采集回来的第二检测信号D6/D7继续送入脉冲信号发生器U21的两个输入端(A ON、A OFF)，脉冲信号发生器U21的两个输出端(ON、OFF)所输出的信号分别经延时模块U22、U23延时一定的时间后，便可产生下一个周期的第一检测信号D8/D9。

正常情况下，第二检测信号D6/D7也为周期为2T的脉冲信号，由于网络传输的延时，第二检测信号D6/D7的波形较第一检测信号D8/D9有所延时，延时为，延时为Δt，如图11B所示。但实际过程中由于通讯速率的不稳定，第二检测信号D6/D7为占空比处于变化的脉冲信号。

在第一检测信号D8/D9周期已知的情况下，对于第二检测信号D6/D7(该实施例中，第二检测信号D6/D7等于脉冲信号发生器U21的两个输出端所输出的信号)，先对第二检测信号D7(即脉冲信号发生器U21的第二输出端(OFF)所输出的信号)取反，然后使其二者分别经延时模块U24、U25延时第二预设时间t2后，再送入或门U26。如果第二检测信号D6/D7维持1或0不发生变化，并且持续时间大于第二预设时间t2，说明分布式控制系统长时间不能正常接收到第一检测信号，则判断网关通讯存在异常，此时，或门U26向RS触发器U27的置位端输出1，以产生报警信号D5，反之，不触发报警。另外，在触发报警后，用户可输入复位信号D4，通过RS触发器U27进行复位。

综上，该实施例的报警触发逻辑如下：

报警信号

当然，在另一个实施例中，第二检测信号D6/D7也可不通过脉冲信号发生器U21，而直接接入延时模块U24、U25(需先对第二检测信号D7取反)，这也在本发明的保护范围内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，分布式控制系统通过网关与可增加通讯点的第三方系统进行数据交换，其特征在于，所述网关通讯异常自诊断方法包括：

S1.分布式控制系统产生第一检测信号，并通过网关传送到第三方系统；

S2.分布式控制系统从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；

S3.分布式控制系统通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；

S4.分布式控制系统在判断为异常时，发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，其特征在于，所述第一检测信号为模拟量点斜波信号；

所述步骤S3包括：

S311.分布式控制系统计算第二检测信号和第一检测信号的差值；

S312.判断所述差值的绝对值是否大于预设值，若是，则执行步骤S313；若否，则执行步骤S314；

S313.判断所述差值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间，若是，则执行步骤S315；若否，则执行步骤S314；

S314.确定网关不存在异常；

S315.确定网关存在异常。

3.根据权利要求2所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，其特征在于，所述预设值为小于等于所述模拟量点斜波信号最大值的1％，所述第一预设时间为小于等于4s。

4.根据权利要求1所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，其特征在于，所述第一检测信号为逻辑量点脉冲信号；

所述步骤S3包括：

S321.分布式控制系统根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间，若是，则执行步骤S323；若否，则执行步骤S322；

S322.确定网关不存在异常；

S323.确定网关存在异常。

5.根据权利要求4所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，其特征在于，所述第二预设时间小于等于3s。

6.根据权利要求2-5任一项所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断方法，其特征在于，在确定网关存在异常，并发出报警信号后，若接收到复位信号，则对报警信号进行复位。

7.一种核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统，分布式控制系统通过网关与可增加通讯点的第三方系统进行数据交换，其特征在于，所述网关通讯异常自诊断系统包括：

信号产生模块，用于产生第一检测信号；

连接于所述信号产生模块的信号发送模块，用于通过网关将所述第一检测信号传送到第三方系统；

信号采集模块，用于从第三方系统采集第二检测信号，所述第二检测信号为第三方系统所接收的第一检测信号；

分别连接于所述信号产生模块和所述信号采集模块的异常判断模块，用于通过对比所述第一检测信号和所述第二检测信号判断网关是否存在异常；

连接于所述异常判断模块的报警模块，用于在判断为存在异常时，发出报警信号。

8.根据权利要求7所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统，其特征在于，所述第一检测信号为模拟量点斜波信号，

所述异常判断模块包括：

第一计算单元，用于计算第二检测信号和第一检测信号的差值；

连接与所述第一计算单元的第一判断单元，用于判断所述差值的绝对值是否大于预设值；

连接于所述第一判断单元的第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断大于预设值时，判断所述差值的绝对值大于预设值的持续时间是否大于第一预设时间；

分别连接于所述第一判断单元和所述第二判断单元的第一确定单元，用于在所述第一判断单元判断不大于预设值时，或者，所述第二判断单元判断不大于第一预设时间时，确定网关不存在异常；

连接于所述第二判断单元的第二确定单元，用于在所述第二判断单元判断大于第一预设时间时，确定网关存在异常。

9.根据权利要求7所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统，其特征在于，所述第一检测信号为逻辑量点脉冲信号，

所述异常判断模块包括：

第三判断单元，用于根据所述第一检测信号的周期，判断第二检测信号维持1或0的持续时间是否大于第二预设时间；

连接于所述第三判断单元的第三确定单元，用于在所述第三判断单元判断大于第二预设时间时，确定网关存在异常；

连接于所述第三判断单元的第四确定单元，用于在所述第三判断单元判断不大于第二预设时间时，确定网关不存在异常。

10.根据权利要求8或9所述的核电站分布式控制系统中网关通讯异常自诊断系统，其特征在于，所述网关通讯异常自诊断系统还包括：

连接于所述报警模块的复位模块，用于接收复位信号，并对报警信号进行复位。