CN104019020A - 一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统，包括：信号采集模块、高转速测量通道、低转速测量通道和转速判断显示模块；所述信号采集模块分别采集主探头和备用探头的转速频率信号，并将采集到的转速频率信号进行隔离处理后输出至高转速测量通道和低转速测量通道；所述高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号均传送至转速判断显示模块，所述转速判断显示模块对接收到的输出信号进行转速判断，并根据转速判断的结果实现转速的显示；所述低转速测量通道对接收的转速频率信号进行隔离和处理以输出电流信号。本发明只要主泵有转速就有显示，主泵转速频率信号不受电源分配器的干扰，并且温度测试信号也不影响转速的测量。

Description

一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统

技术领域

本发明涉及一种主泵测量系统，尤其涉及一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统。

背景技术

目前的数字化核电站的主泵测量回路中存在几个问题，比如在岭澳二期的数字化核电站的主泵转速测量通道中，就存在以下问题：第一，受限于现有处理器处理能力的限制，当主泵转速低于915rpm时失去显示，也就是说，在转速低于915rpm时显示转速为0；第二，主泵的转速频率信号通过电源分配器后产生了干扰，导致主泵转速经常闪发转速低信号，而如果两个主泵的通道同时闪发低信号将产生2/3跳堆信号；第三，在进行温度探头的温度测试时，会导致同一保护组的转速降为0。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种对处理模块的处理能力要求低并且能够将低于915rpm的转速显示出来的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，并进一步克服转速频率信号受到电源分配器的干扰以及进行温度测试时转速出错的问题。

对比，本发明提供一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统，包括：信号采集模块、高转速测量通道、低转速测量通道和转速判断显示模块；所述信号采集模块分别采集主探头和备用探头的转速频率信号，并将采集到的转速频率信号进行隔离处理后输出至高转速测量通道和低转速测量通道；所述高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号均传送至转速判断显示模块，所述转速判断显示模块对接收到的输出信号进行转速判断，并根据转速判断的结果实现转速的显示；

其中，所述高转速测量通道包括波形选择模块、正负半波波形整理模块、处理模块和数字量采集模块，所述波形选择模块用于设置正负半波波形整理模块中的正负阀值；所述正负半波波形整理模块先将信号采集模块所采集的转速频率信号进行放大处理和分波处理，然后将得到的正半波信号和负半波信号分别与波形选择模块的正负阀值进行比较，输出两个方波至处理模块；所述处理模块用于对方波信号进行编码以输出二进制的数字信号，然后通过数字量采集模块实现对数字信号的采集；

所述低转速测量通道对接收的转速频率信号进行采集和隔离处理，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出电流信号。

作为本发明的进一步改进，还包括选择开关，所述信号采集模块通过选择开关的选择分别采集主探头和备用探头的转速频率信号。

作为本发明的进一步改进，所述转速判断显示模块接收高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号后对转速进行判断和显示，当转速大于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过高转速测量通道输出的数字信号进行转速显示；当转速小于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过低转速测量通道的输出信号进行转速显示。

作为本发明的进一步改进，所述处理模块为输出12位二进制数据的模数转换处理器，所述转速设定值为1000rpm。

作为本发明的进一步改进，所述处理模块通过测量两个相邻正弦波波形的时间间隔t，再通过V=（60/t）rpm得到主泵的转速V，其中，时间间隔t的单位为us。

作为本发明的进一步改进，还包括用于实现信号的转接与分配的电源分配器，所述电源分配器设置于信号采集模块与选择开关之间。

作为本发明的进一步改进，还包括温度测试模块，所述温度测试模块通过温度测试开关和继电器连接至选择开关的输出端，所述温度测试模块将温度测试信号通过一个反向连接的二极管连接至温度测试开关。

作为本发明的进一步改进，还包括试验位，所述试验位和继电器连接至同一个测试通道开关的不同切换口。

作为本发明的进一步改进，所述信号采集模块的采集器为Knick P27000。

作为本发明的进一步改进，所述低转速测量通道通过Knick P27000对接收的转速频率信号进行采集和隔离，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出4-20mA的电流信号。

作为本发明的进一步改进，所述处理模块对模数转换后的数字信号进行信号整合，然后再连接至数字量采集模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过高转速测量通道和低转速测量通道分别针对高转速频率信号和低转速频率信号进行不同的处理，对低于转速设定值的转速频率信号仅仅进行采集和隔离处理，既避免了高转速测量与低转速测量之间的信号出现相互干扰，也使得低转速测量通道无需进行逻辑处理，降低了成本，减少了逻辑运算所需要处理的数据量，并最终使得只要主泵有转速就有显示；也就是说，即使在转速低于915rpm时操作员也有监视手段，避免了转速过低时转速显示为0的问题，同时对于处理模块的处理能力要求低，节省了成本，提高了处理数据的安全性能；在此基础上，本发明还进一步优化了信号的走向，使得主泵转速频率信号不受电源分配器的干扰；再者，还在给温度测试信号与转速的探头之间增加反向二极管以实现隔离，使得温度测试信号不影响转速的测量。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构框图；

图2是本发明一种实施例的结构连接示意图；

图3是本发明一种实施例的单个主泵转速波形示意图；

图4是本发明一种实施例的单个探头转速测量信号处理示意图；

图5是本发明一种实施例的转速判断显示模块的切换组态图；

图6是本发明另一种实施例的信号流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1和图2所示，本例一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统，包括：信号采集模块、高转速测量通道、低转速测量通道和转速判断显示模块；所述信号采集模块分别采集主探头和备用探头的转速频率信号，并将采集到的转速频率信号进行隔离处理后输出至高转速测量通道和低转速测量通道；所述高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号均传送至转速判断显示模块，所述转速判断显示模块对接收到的输出信号进行转速判断，并根据转速判断的结果实现转速的显示；

其中，所述高转速测量通道包括波形选择模块、正负半波波形整理模块、处理模块和数字量采集模块，所述波形选择模块用于设置正负半波波形整理模块中的正负阀值；所述正负半波波形整理模块先将信号采集模块所采集的转速频率信号进行放大处理和分波处理，然后将得到的正半波信号和负半波信号分别与波形选择模块的正负阀值进行比较，输出两个方波至处理模块；所述处理模块用于对方波信号进行编码以输出二进制的数字信号，然后通过数字量采集模块实现对数字信号的采集；

所述低转速测量通道对接收的转速频率信号进行采集和隔离处理，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出电流信号。

数字化核电站的主泵轴系径向有一个转速探针，包括主探头和备用探头共两个探头，如图3所示，主泵每转动一周便产生一个正弦波，该正弦波对应的就是转速频率信号，两个相邻正弦波波形之间的时间间隔就是主泵转动一周所需的时间；本例通过测量两个相邻正弦波波形的时间间隔t，再通过公式V=（60/t）rpm计算主泵的转速；而为了提高转速的测量精度，本例将时间间隔t的时间精度设置为us。

由于数字化核电站的主泵转速数据非常庞大，转化成二进制数据后，将产生16位甚至是20位的输出数据；而现有的处理模块一般都只能输出12位的二进制数据，也就是说，在实际应用中，必然会有至少4位数据被忽略，因此，就产生了在主泵转速低于915rpm时显示转速为0的问题；处理模块的输出数值位数非常有限，每增加一个输出数值位数，处理模块所要处理的数据量都呈几何倍数增加，因此，如果想要从技术上使得处理模块输出16位以上的二进制数据，这对于处理模块的处理能力要求是非常高的，不仅仅很难实现，还伴随着成本高、安全性能低和易出错的问题。其中，rpm是转速的单位，即转/分钟。

因此，如图1、图2和图4所示，本例通过信号采集模块对转速频率信号进行采集和隔离，所述信号采集模块优选采用的是Knick P27000；然后将采集的转速频率信号经隔离后分别在高转速测量通道和低转速测量通道中进行处理。

在高转速测量通道中，通过波形选择模块分别对正半波信号和负半波信号进行正负阀值处理，各产生一个方波，所述正半波信号为正半正弦波信号，所述负半波信号为负半正弦波信号；将方波送到处理模块进行处理，处理模块计算出方波信号的脉冲时间周期，该脉冲时间周期也是两个相邻正弦波波形的时间间隔t；最后将该时间周期t转变为二进制数输出至数字量采集模块，这就是一个完整的高转速测量通道回路，所述高转速即大于转速设定值的转速频率信号。图4中，首先对采集转速频率信号进行隔离和分波，然后正负半波波形整理模块通过正半波波形放大器和负半波波形放大器分别对正半波信号和负半波信号进行波形整理。

除了高转速测量通道回路之外，本发明还包括一个低转速测量通道，该低转速测量通道通过对接收的转速频率信号进行采集和隔离，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出电流信号。所述高转速和低转速的划分可以根据用户的需求进行自定义设置。

作为本例的进一步改进，还包括选择开关，所述信号采集模块通过选择开关的选择分别采集主探头和备用探头的转速频率信号。如图2所示，所述信号采集模块通过选择开关来实现对主探头和备用探头的信号采集的选择。

本例优选应用于岭澳二期的数字化核电站中，如图2所示，所述波形选择模块优选采用SPAM1模块，SPAM1模块为可编程模拟量处理板件，通过内部参数设置，能够实现对正弦波的截波；所述正负半波波形整理模块优选采用SSR1卡件，SSR1卡件为脉冲信号放大器，用于实现频率信号幅值放大，并将正弦波信号转换成方波信号；所述处理模块优选采用SPLM1-PPS10模块，SPLM1-PPS10模块用于将模拟量转换成12位二进制码；所述低转速测量通道的隔离和放大模块优选采用Knick P27000，Knick P27000 用于采集现场信号，并对采集的信号进行隔离；所述数据处理卡优选采用SSC1卡，SSC1卡用于采集频率信号的个数，并将个数转换成4-20mA的输出信号。

本例通过高转速测量通道、低转速测量通道和转速判断显示模块的设置，使得信号采集模块所采集的转速频率信号经隔离后分别在不同的测量通道进行处理，以输出高转速频率信号和低转速频率信号，最终使得只要主泵有转速就有显示，避免了转速过低时转速显示为0的问题，同时对于处理模块的处理能力要求低，节省了成本，数据的安全性能高。如图5所示，所述高转速频率信号为大于转速设定值的转速频率信号，所述低转速频率信号为小于转速设定值的转速频率信号，所述转速设定值可以根据数字化核电站的主泵转速的实际情况进行设置，优选为1000rpm；优选的，高转速测量通道所能够测量的范围为915~1800 rpm，所述低转速测量通道所能够测量的范围为0~1100 rpm。

经测试，在岭澳二期的数字化核电站中，低转速测量通道的最大负荷为455mA，原机架的信号采集模块、波形选择模块、正负半波波形整理模块、处理模块以及数字量采集模块等的最大负荷为2575mA，增加低转速测量通道后整个机架的最大负荷为3030mA，小于机架的供电保险容量4A，因此机架的电源容量满足新增卡件的负荷需求。在转速测量回路中的正负半波波形整理模块（SSR1卡件）的输入阻抗为130欧，Knick P27000的输入阻抗为1M欧，据此可计算出增加低转速测量通道后，高转速测量通道的信号只衰减0.012%，因此，并不影响高转速测量通道的转速测量。

作为本例的进一步改进，所述转速判断显示模块接收高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号后对转速进行判断和显示，当转速大于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过高转速测量通道输出的数字信号进行转速显示；当转速小于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过低转速测量通道的输出信号进行转速显示。所述转速判断显示模块优选为通过可视化操作界面实现的转速显示模块，在该转速判断显示模块中进行转速判断，然后根据转速选择相应的测量通道的输出数据进行显示，达到了只要主泵有转速就有显示的效果，并且能够合理控制成本，安全系数高。

作为本例的进一步改进，所述低转速测量通道通过Knick P27000对接收的转速频率信号进行采集和隔离，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出4-20mA的电流信号。所述低转速测量通道通过Knick P27000对接收的转速频率信号进行并行的隔离和放大处理，避免了高转速测量通道与低转速测量通道之间的信号出现相互干扰，同时也能够保证所有的转速均有相应的准确显示，数据处理卡输出的电流信号也便于后续的采集和处理，整个主泵测量回路控制系统对数据处理能力要求适中，安全系数高。

作为本例的进一步改进，所述处理模块对模数转换后的数字信号进行信号整合，然后再连接至数字量采集模块。将正半波信号和负半波信号的二进制输出数据进行信号整合后在进行数字量采集，能够降低采集的难度，提高工作效率。

实施例2：

在实施例1的基础上，本例所述处理模块为输出12位二进制数据的模数转换处理器，所述转速设定值为1000rpm。即SPLM1-PPS10模块优选为输出实际量为12位的处理器，所述转速判断显示模块可以包括转速切换开关，所述转速设定值为1000rpm，当转速大于1000rpm时，判定为高转速，所述转速判断显示模块通过转速切换开关选择高转速测量通道的输出信号进行显示；当转速小于1000rpm时，判定为低转速，所述转速判断显示模块通过低转速测量通道的输出信号进行显示。

作为本例的进一步改进，所述处理模块的处理时间区间为15~65520us。

作为本例的进一步改进，所述处理模块通过测量两个相邻正弦波波形的时间间隔t，再通过V=（60/t）rpm得到主泵的转速V，其中，时间间隔t的单位为us。

本例的处理模块的实际输出二进制数据共12位，其测量的最大周期为65520us，其对应的转速为915.75rpm，这种处理模块的处理能力较强，而且安全性能好，如果需要增加输出二进制数据的位数，即如果需要使得实际输出的二进制数据大于12位，则对处理模块的处理能力要求较为苛刻，成本高而且安全系数低；根据公式V=60/t,时间间隔t越大，转速越低，主泵转速测量的处理模块只能测量915rpm以上的转速。例如：要测量100rpm的主泵转速，其对应的脉冲时间周期是600000us，将之转换成二进制将产生20位的输出数据，也就远远超过处理模块的处理能力，如果没有低转速测量通道的设置将使得转速低于915rpm的转速显示不出来。

本例为解决主泵处于低转速时无法监视的问题，增加了一路并行的低转速测量通道，即用于测量主泵低转速区间的低转速测量通道，所述低转速测量通道将低于转速设定值，如低于1000rpm的转速进行并行的采集和隔离处理，避免了高转速测量与低转速测量之间的信号产生干扰，同时也能够保证所有的转速均有相应的准确显示。

所述低转速测量通道所采集的转速数据与处理模块输出的二进制数据进行合并整理后送到KIC/BUP/KDO实现显示，即送到转速判断显示模块进行转速判断和显示，所述KIC表示的是工作站，所述BUP表示的是后备盘，所述KDO表示的是实验数据采集系统；新增加的低转速测量通道并不参与主泵高转速相关的控制逻辑，进而使得整个主泵测量回路控制系统简单可控。

所述低转速测量通道在信号采集模块的隔离放大器之后，引出一路信号进行采集和隔离处理，然后通过数据处理卡进行转速测量，将近似正弦波的转速频率信号转化为标准的方波信号，计算出其转速，转化为标准的电压或电流信号。所述数据处理卡优选可实现0-6000rpm的范围测量。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，如图2所示，本例还包括用于实现信号的转接与分配的电源分配器，所述电源分配器设置于信号采集模块与选择开关之间。

现有技术中，在探头与信号采集模块之间还设置有电源分配器，而这样的设置使得转速频率信号产生了干扰，进而影响后续的处理。

所述电源分配器优选为SPDM1卡件，用于实现信号的转接与分配，所述电源分配器有多个通道，在实际应用中发现转速频率信号经过该电源分配器时将产生干扰，使得主泵转速经常错误发出转速低信号，因此，本例将电源分配器设置于探头与选择开关之间，使得探头的转速频率信号不经过电源分配器，进而避免了产生干扰的问题。

实施例4：

如图1、图2和图6所示，在实施例1或实施例2的基础上，本例还包括温度测试模块，所述温度测试模块通过温度测试开关和继电器连接至选择开关的输出端，所述温度测试模块将温度测试信号通过一个反向连接的二极管连接至温度测试开关。

作为本例的进一步改进，还包括试验位，所述试验位和继电器连接至同一个测试通道开关的不同切换口。

当温度测试模块的温度试验接头插入机柜后，会连通一个温度测试信号，该温度测试信号连接至机柜的硬件监视单元实现触发机柜报警；同样，主泵转速的测量也有一个转速测试信号，该转速测试信号通过试验位发出，在试验时也会发送至机柜的硬件监视单元实现触发机柜报警，而这两个信号，即温度测试信号和转速测试信号在发送至机柜的硬件监视单元的过程中如果连在一起，则当温度测试信号触发后同时也会使得主泵转速直接连接至了试验位，进而导致转速转变为0；本例通过在温度测试信号和温度测试开关中间设置一个反向连接的二极管，实现对温度测试信号的隔离，使得温度测试不影响转速的测量通道的工作。所述试验位为转速试验位，用于发出转速测试信号。图6中，采集软件用于实现数字量采集模块的功能软件，也就是说，对二进制的数字量的采集既可以通过硬件模块来实现，也可以通过软件来实现。

本例也适用于实施例3。

与现有技术相比，本例的有益效果是：通过高转速测量通道和低转速测量通道分别针对高转速频率信号和低转速频率信号进行不同的处理，对低于转速设定值的转速频率信号仅仅进行采集和隔离处理，既避免了高转速测量与低转速测量之间的信号出现相互干扰，也使得低转速测量通道无需进行逻辑处理，降低了成本，减少了逻辑运算所需要处理的数据量，并最终使得只要主泵有转速就有显示；也就是说，即使在转速低于915rpm时操作员也有监视手段，避免了转速过低时转速显示为0的问题，同时对于处理模块的处理能力要求低，节省了成本，提高了处理数据的安全性能；在此基础上，本发明还进一步优化了信号的走向，使得主泵转速频率信号不受电源分配器的干扰；再者，还在给温度测试信号与转速的探头之间增加反向二极管以实现隔离，使得温度测试信号不影响转速的测量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，包括：信号采集模块、高转速测量通道、低转速测量通道和转速判断显示模块；所述信号采集模块分别采集主探头和备用探头的转速频率信号，并将采集到的转速频率信号进行隔离处理后输出至高转速测量通道和低转速测量通道；所述高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号均传送至转速判断显示模块，所述转速判断显示模块对接收到的输出信号进行转速判断，并根据转速判断的结果实现转速的显示；

其中，所述高转速测量通道包括波形选择模块、正负半波波形整理模块、处理模块和数字量采集模块，所述波形选择模块用于设置正负半波波形整理模块中的正负阀值；所述正负半波波形整理模块先将信号采集模块所采集的转速频率信号进行放大处理和分波处理，然后将得到的正半波信号和负半波信号分别与波形选择模块的正负阀值进行比较，输出两个方波至处理模块；所述处理模块用于对方波信号进行编码以输出二进制的数字信号，然后通过数字量采集模块实现对数字信号的采集；

所述低转速测量通道对接收的转速频率信号进行采集和隔离处理，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出电流信号。

2.根据权利要求1所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，还包括选择开关，所述信号采集模块通过选择开关的选择分别采集主探头和备用探头的转速频率信号。

3.根据权利要求1所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述转速判断显示模块接收高转速测量通道和低转速测量通道的输出信号后对转速进行判断和显示，当转速大于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过高转速测量通道输出的数字信号进行转速显示；当转速小于转速设定值时，所述转速判断显示模块通过低转速测量通道的输出信号进行转速显示。

4.根据权利要求3所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述处理模块为输出12位二进制数据的模数转换处理器，所述转速设定值为1000rpm。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述处理模块通过测量两个相邻正弦波波形的时间间隔t，再通过V=（60/t）rpm得到主泵的转速V，其中，时间间隔t的单位为us。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，还包括用于实现信号的转接与分配的电源分配器，所述电源分配器设置于信号采集模块与选择开关之间。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，还包括温度测试模块，所述温度测试模块通过温度测试开关和继电器连接至选择开关的输出端，所述温度测试模块将温度测试信号通过一个反向连接的二极管连接至温度测试开关。

8.根据权利要求7所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，还包括试验位，所述试验位和继电器连接至同一个测试通道开关的不同切换口。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述信号采集模块的采集器为Knick P27000。

10.根据权利要求9所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述低转速测量通道通过Knick P27000对接收的转速频率信号进行采集和隔离，然后通过数据处理卡进行数据处理，输出4-20mA的电流信号。

11.根据权利要求9所述的数字化核电站的主泵测量回路控制系统，其特征在于，所述处理模块对模数转换后的数字信号进行信号整合，然后再连接至数字量采集模块。