CN104318964A - 一种基于核电站soe数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于核电站SOE数据采集方法，包括与核电站现场设备一一对应的信号采集装置、SOE处理器，SOE处理器为单片机；信号采集装置实时采集核电站现场开关设备的状态，并将采集到的状态传送给SOE处理器，SOE处理器针对该开关设备的状态及状态的变化情况进行处理，得到当前开关设备的运行状况，运行状况分为：事件、干扰或者处于稳定状态，如果当前设备的运行状况为事件，则SOE处理器将该事件上报给控制站，采用本发明的方法可以区分是真正的事件还是抖动。

Description

一种基于核电站SOE数据采集方法

技术领域

本发明涉及一种对核电站仪控系统的监视方法，具体涉及一种用于核电站仪控系统领域的SOE数据采集方法。

背景技术

核电站仪控系统是核电站的“神经中枢”，是确保核电厂安全、可靠运行的重要装备。

随着自动控制技术的不断发展，各种类型的开关量输入信号被广泛应用于控制系统中，在复杂的核电站自动控制或监控系统中更是如此。对于核电站而言，这些开关量信号是否能够正确反映监测对象的动作状态和动作时间，将会影响到整个发电系统的安全可靠性。

事件顺序记录SOE作为带有动作时间标记的开关输入量以动作准确、快速的优点在核电站监控系统中被广泛使用。其根本原理就是在开关量(数字量)信号采集板卡的基础上，对采集数据增加了时间记录的功能，而现有的技术中或者电路复杂、或者算法复杂，并且SOE信号采集经常出现误报现象，这样影响到核电站的安全可靠运行。

为了避免误报现象，就需要知道当通道事件发生后，由于开关量是存在较长时间抖动的，抖动不能算事件，所以如何区分是真正的事件还是抖动，就是亟需解决的问题，

目前市场上工控设备的去抖动一般都采取硬件设备的会有4ms-100ms的误差，这个误差是核电站安全设备不能容忍的。

发明内容

本发明针对核电站SOE信号提供一种采集电路和处理方法，可对核电站出现的事件判断出是真正的事件还是抖动，本发明提供的SOE采集电路和方法能够实现对4—100ms的开关量进行去抖，SOE的分辨率可以达到1ms，有效避免误报现象，保证SOE信号能够准确实时的上报给控制站。

本发明的SOE信号采集装置通过不同的电阻配置，可以采集24V或者48V的电压型SOE信号；也可以采集触点型SOE信号，其查询电压由板卡提供，可以是24V，也可以是48V。通道还能提供±60V的过压保护。

由于要区分不同板卡和不同通道对于信号跳变出现的先后顺序，目前内部电路设计都是采用了us级的计数器，最终形成通道间误差和分辨率在1ms的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于核电站SOE数据采集方法，

1)信号采集装置实时采集核电站现场开关设备的信号，并将采集到的信号传送给SOE处理器；所述SOE处理器每次获得信号时，都将所述开关设备当前信号与上次的信号做比较，直到所述开关设备的信号发生变化；

2)当所述开关设备信号发生变化，则所述开关设备信号发生变化的情况为：所述开关设备发生有效事件，所述SOE处理器记录所述开关设备的有效事件；

4)在所述开关设备故障时间内，信号采集装置继续实时采集核电站现场开关设备的信号，并将采集到的信号传送给SOE处理器；

5)所述SOE处理器每次获得信号时，都将所述开关设备当前信号与上次的信号做比较，并根据所述故障时间内所述信号变化\不变化的情况进行处理，将所述有效事件或者所述开关设备当前情况状态上报\不上报给控制站；

所述开关设备故障时间由所述开关设备参数给定。

在执行所述步骤1)之前，在所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化处理，所述初始化处理包括：为所述开关设备赋初始状态；

执行所述步骤5)时，在所述SOE处理器对所述信号处理过程中出现：在一定时间内所述开关设备信号不发生变化的情况，此时，执行步骤a)，

a)如果所述开关设备的当前状态与所述初始状态相同，则所述有效事件为：所述开关设备发生抖动；反之，所述有效事件为：所述开关设备状态改变；

b)所述SOE处理器，将所述有效事件上报控制站，并在所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化处理，执行步骤1)；

所述一定时间为：4ms～100ms。

c)在执行所述步骤5)时，在所述SOE处理器对所述信号处理过程中未出现：在所述一定时间内所述开关设备信号不发生变化的情况，则所述有效事件为：所述开关设备出现故障；所述SOE处理器记录所述开关设备发生故障；

d)所述SOE处理器，判断所述开关设备之前是否出现过故障，如果所述设备未出现故障，则将所述有效事件上报给所述控制站；

e)执行所述步骤4)；

在执行所述步骤a)之前，先判断所述开关设备之前是否出现过故障，如果出现过故障，则所述开关设备当前情况为：所述开关设备故障消除，所述SOE处理器将所述设备当前情况上报给所述控制站；

优选的，所述事件的相关信息包括：所述开关设备名称、所述有效事件种类、所述有效事件发生时间、所述开关设备当前信号。

优选的，所述信号采集装置与所述核电站现场开关设备一一对应；

优选的，所述SOE处理器为单片机；

优选的，所述信号采集周期为1ms；

优选的，所述信号采集装置有1至40个，所述SOE处理器有1个，所述SOE处理器针对所述信号采集装置分别设置初始值；

优选的，所述一定时间为滤波参数；

优选的，所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化还包括：清除所述设备的故障信息、清除所述设备的有效事件信息；为所述开关设备赋初始状态为：取得所述开关设备当前信号。

所述信号采集装置为前向采集通道，所述前向采集通道包括：串联在一起的限流电阻R1和分流电阻R2、所述被测开关设备的电路以及所述前向采集通道的内部电源，所述开关设备包括：电压型开关设备和触点型开关设备；所述前向采集通道通过在所述限流电阻R1、所述分流电阻R2、所述被测开关设备的电路和所述内部电源之间的不同位置焊接0Ω电阻，实现将所述限流电阻R1、所述分流电阻R2、所述被测开关设备的电路串联，再与所述前向采集通道的内部电源串联或者断开，实现对电压型开关设备或触点型开关设备的信号的采集。

所述电压型开关设备包括在所述限流电阻R1和所述被测开关设备之间串联0Ω电阻5，在所述分流电阻R2和所述测开关设备电路之间串联0Ω电阻R7，形成回路。

所述触点型开关设备包括，在所述限流电阻R1和所述内部电源之间串联0Ω电阻R4，在所述分流电阻R2和所述被测开关设备电路之间串联0Ω电阻R6，在所述被测开关设备电路与所述内部电源之间串联0Ω电阻R8，形成回路。

所述电压型开关设备和所述触点型开关设备都分为24V和48V两种型号，通过调整限流电阻R1和分流电阻R2的阻值，将输入端的电流限制在一定范围内，具体为：

当电压为24V时，R1＝4.7KΩ，R2＝510Ω；

当电压为48V时，R1＝10KΩ，R2＝560Ω。

单片机，全称单片微型计算机(英语：Single-Chip Microcomputer)，又称微控制器(Microcontroller)，是把中央处理器、存储器、定时/计数器(Timer/Counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。

本发明的有益效果是，

1、本发明提供的基于核电站SOE数据采集方法，可以有效地避免SOE敏感性过强，外部时钟故障、外部干扰等导致SOE信号采集出现误报现象，能够准确有效实时的对SOE信号进行判断和处理。

2、本发明提供的基于核电站SOE数据采集方法，通过单片机的定时器实现对32通道的SOE信号的判断、处理，站内SOE的分辨率为1ms，对信号的去抖，可以有效避免敏感性过强的问题。并在通道发生事件时，区分是真正的事件还是抖动(由于开关量是存在较长时间抖动的，抖动不能算事件)。

3、本发明针对核电站SOE信号提供一种采集电路和处理方法，可对核电站24V和48V查询电压的SOE信号，以及电压型的SOE信号进行采集和处理，上报主控制板卡，提供给上层进行数据记录和分析。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的一种基于核电站SOE数据采集方法进行具体说明。

图1是本发明数据采集方法结构示意图；

图2是本发明SOE事件的判断流程图；

图3是本发明前向采集通道的结构示意图；

图4是本发明电压型采集通道结构示意图；

图5是本发明电压型采集通道结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于核电站SOE数据采集方法，包括32个前向采集通道2和SOE处理器3，前向采集通道2采集现场设备1的信号，所述现场设备为开关设备，再经过SOE处理器判断，如果该通道有事件发生了，则判断该通道采集的信号是真正的事件还是抖动(采集到的开关量是存在较长时间抖动的，抖动不能算事件)，并将真正的时间上传给控制站4，所以如何区分是真正的事件还是抖动，软件上必须做到各种判断。在这里SOE处理器一共有32个通道，所以每一个都要做判断。

一、SOE处理器

从信号流入看，信号首先经过前向采集通道1，然后进入SOE处理器2，SOE处理器的软件就要进行判断，首先要判断出这个信号跳变是不是一次事件，如果是，那么打上时间戳报到控制站，如果不是，则需要抛弃，下一时刻再重新判断，具体的SOE事件的判断流程如图2所示：

1、首先要对SOE数据采集方法进行初始化，包括SOE处理器3的CPU初始化、并为每个采集通道设置初始值，这里的初始值包括：初始状态、上一个时间段的状态、事件标志位＝0、开关失效标志＝0、滤波时间、稳定变量＝0、抖动变量＝0、变位时间、故障时间、稳定时间等。

2、正常工作时，SOE数据采集方法以1ms的频率采集32个前向采集通道的状态，然后，SOE处理器分别针对每个采集通道的状态进行处理。

3、将采集通道的当前状态与上一个时间段的状态(即前1ms采集到的值)做比较，如果该通道发生变位(状态有变化)时，执行步骤4；反之执行步骤10。

4、如果通道发生变位，首先判断该通道是否第一次发生变位，也就是判断该通道的事件标志位是否为0，如果是，则执行步骤5；反之执行步骤6。

5、如果此通道是第一次变位，就置该通道的事件标志位，即设置事件标志位＝1，同时将该通道的稳定变量、抖动变量清零，并且将该通道的变位时间设置为当前时间。

6、如果此通道不是第一次变位，即该通道的事件标志位＝1，那就将抖动变量+1，稳定变量清零。

7、然后判断抖动时间是否大于故障时间，如果抖动时间大于故障时间，则执行步骤8，反之执行步骤2。

8、这时再判断，该通道采集的开关之前是否已经有故障，即判断开关失效标志是否为1，如果之前没有故障，即开关失效标志为0，则执行步骤9，反之执行步骤2。

9、此时，上报该通道的开关故障，同时设置关失效标志＝1。

10、在执行步骤3后，如果通道没有发生变位，则判断该通道的事件标志是否为1，如果是，执行下一步，反之执行步骤2。

11、当通道没有发生变位，同时该通道的事件标志位＝1，此时，稳定变量+1，抖动变量+1。

12、此时，判断稳定时间是否大于滤波时间，这里的稳定时间＝稳定次数*信号采集频率(这里是1ms)取当前时间与变位时间差。

13、如果稳定时间大于滤波时间，则将通道的稳定变量、抖动变量、通道的事件标志位清零，反之执行步骤2。

14、这时，如果失效标志位＝1，则将失效标志位清零，同时上报故障消除。

15、判断，通道当前状态与初始状态信号是否一致，如果一致则执行步骤17，反之执行步骤16。

16、如果此通道当前的状态与初始状态不一致，说明此通道有事件发生，则上报开关状态改变。

17、如果此通道状态与初始状态一致，则说明此通道发生了开关抖动，此时上报开关抖动。

二、前向采集通道

对被控对象进行数据采集或现场参数监视的信息通道称为前向采集通道。对于核电站而言，这些被控对象主要指一些开关设备，如图3所示，前向采集通道主要由电阻、电容、二极管和光耦等组成，并且，前向采集通道可以分为：电压型和触点型采集通道，同时电压型和触点型都分为24V和48V两种型号，本发明通过不同的电阻组合，有效地将触点型SOE采集和电压型SOE采集，24V查询电压信号和48V查询电压信号集中到一块板卡上，保护电路还提供了±60V过压保护功能。具体做法为：在设计印刷电路时，只设计一种电路板，但在焊接电阻时，根据现场的不同要求来设计电阻值。

其中，电压型和触点型的切换可以通过：将部分电阻短接、部分电阻不焊接的方式实现；对于24V和48V两种可以通过：限流(R1)和分流(R2)电阻的调整，控制输入端的电流在合理的范围内；而输出端的R3电阻是微调逻辑电平的。因此不管是电压型还是触点型，R1/R2/R3都是必不可少的。

1、电压型采集通道，如图4所示，短接R5和R7，不焊接R4、R6和R8，外供信号是电压型，通过R1/R2和光耦形成回路。

2、触点型采集通道，如图5所示，短接R4、R6和R8，不焊接R5和R7,外部信号是触点开关，内控查询电源通过R1/R2和光耦与外部触点形成回路。

3、当信号输入为24V电压型信号时，光耦采用MOCD213，取R1＝4.7KΩ，R2＝510Ω，，R3＝4.7KΩ，经实际测量光耦二极管两端电压在光耦导通时，有VF＝1.1V，所以有：

当电压型输入为11V时，有：i1＝(11-1.1)/4.7≈2.11mA，i2＝1.1/510≈2.15，i3＝i1-i2≈0mA。

当电压型输入为16V时，有：i1＝(16-1.1)/4.7≈3.17mA，i2＝1.1/510≈2.15，i3＝i1-i2≈1.02mA。

由计算可知，当输入电压小于等于11V时，通道处于OFF；当输入电压大于等于16V时，通道处于ON。11V～16V之间为过度阶段，此时通道状态不稳定；因此-3V～11V为OFF状态；16V～30V为ON状态。

4、当信号输入为48V电压型信号时，采用48V查询电源，R1＝10KΩ，R2＝560Ω，R3＝4.7KΩ：

当电压型输入为23V时，有：i1＝(23-1.1)/10≈2.19mA，i2＝1.1/560≈1.96，i3＝i1-i2≈0.23mA。

当电压型输入为34V时，有：i1＝(34-1.1)/10≈3.29mA，i2＝1.1/560≈1.96，i3＝i1-i2≈1.33mA。

由计算可知，当输入电压小于等于23V时，通道处于OFF；当输入电压大于等于34V时，通道处于ON。23V～34V之间为过度阶段，此时通道状态不稳定；因此-3V～23V为OFF状态；34V～60V为ON状态。

5、当外加60V电压时，i3＝i1-i2＝(60-1.1)/4.7K–1≈12.5mA，该光耦的IF(MAX)是60mA，所以正向60VDC电压是可以满足要求的。

当外加-60VDC电压时，流过二极管BYM10-100-E3的电流约12.77mA,而二极管BYM10-100-E3的最大电流可达1A耐压为100V，所以反向电压是可以满足的。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于， 

1)信号采集装置实时采集核电站现场开关设备的信号，并将采集到的信号传送给SOE处理器；所述SOE处理器每次获得信号时，都将所述开关设备当前信号与上次的信号做比较，直到所述开关设备的信号发生变化； 

2)当所述开关设备信号发生变化，则所述开关设备发生有效事件，所述SOE处理器记录所述开关设备的有效事件； 

3)在所述开关设备故障时间内，信号采集装置继续实时采集核电站现场开关设备的信号，并将采集到的信号传送给SOE处理器； 

4)所述SOE处理器每次获得信号时，都将所述开关设备当前信号与上次的信号做比较，并根据所述故障时间内所述信号变化\不变化的情况进行处理，将所述有效事件或者所述开关设备当前情况状态上报\不上报给控制站； 

所述开关设备故障时间由所述开关设备参数给定。 

2.根据权利要求1所述的一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于， 

在执行所述步骤1)之前，在所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化处理，所述初始化处理包括：为所述开关设备赋初始状态； 

执行所述步骤4)时，在所述SOE处理器对所述信号处理过程中出现：在一定时间内所述开关设备信号不发生变化，此时，执行步骤a)， 

a)如果所述开关设备的当前状态与所述初始状态相同，则所述有效事件为：所述开关设备发生抖动；反之，所述有效事件为：所述开关设备状态改变； 

b)所述SOE处理器，将所述有效事件上报控制站，并在所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化处理，执行步骤1)； 

所述一定时间为：4ms～100ms，所述一定时间小于所述开关设备故障时间。 

3.根据权利要求1或2所述的任意一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于， 

c)在执行所述步骤4)时，在所述SOE处理器对所述信号处理过程中未出现：在所述一定时间内所述开关设备信号不发生变化，则所述有效事件为：所述开关设备出现故障；所述SOE处理器记录所述开关设备发生故障； 

d)所述SOE处理器，判断所述开关设备之前是否出现过故障，如果所述设备未出现故障，则将所述有效事件上报给所述控制站； 

e)执行所述步骤3)。 

4.根据权利要求1-3所述的任意一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于，在执行所述步骤a)之前，先判断所述开关设备之前是否出现过故障，如果出现过故障，则所述开关设备当前情况为：所述开关设备故障消除，所述SOE处理器将所述设备当前情况上报给所述控制站； 

优选的，所述事件的相关信息包括：所述开关设备名称、所述有效事件种类、所述有效事件发生时间、所述开关设备当前信号。 

优选的，所述信号采集装置与所述核电站现场开关设备一一对应； 

优选的，所述SOE处理器为单片机； 

优选的，所述实时采集信号的周期为1ms； 

优选的，所述信号采集装置有1至40个，所述SOE处理器有1个，所述SOE处理器针对所述信号采集装置分别设置初始值； 

优选的，所述SOE处理器中对所述开关设备进行初始化还包括：清除所述设备的故障信息、清除所述设备的有效事件信息；为所述开关设备赋初始状态为：取得所述开关设备当前信号。 

5.根据权利要求1-4所述的任意一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于，所述信号采集装置为前向采集通道，所述前向采集通道包括：串联在一起的限流电阻R1和分流电阻R2、所述被测开关设备的电路以及所述前向采集通道的内部电源，所述开关设备包括：电压型开关设备和触点型开关设备；所述前向采集通道通过在所述限流电阻R1、所述分流电阻R2、所述被测开关设备的电路和所述内部电源之间的不同位置焊接0Ω电阻，实现将所述限流电阻R1、所述分流电阻R2、所述被测开关设备的电路串联，再与所述前向采集通道的内部电源串联或者断开，实现对电压型开关设备或触点型开关设备的信号的采集。 

6.根据权利要求5所述的一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于：所述电压型开关设备包括在所述限流电阻R1和所述被测开关设备之间串联0Ω电阻5，在所述分流电阻R2和所述测开关设备电路之间串联0Ω电阻R7，形成回路。 

7.根据权利要求6所述的一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于：所述触点型开关设备包括，在所述限流电阻R1和所述内部电源之间串联0Ω电阻R4，在所述分流电阻R2和所述被测开关设备电路之间串联0Ω电阻R6，在所述被测开关设备电路与所述内部电源之间串联0Ω电阻R8，形成回路。 

8.根据权利要求6-7所述的任意一种基于核电站SOE数据采集方法，其特征在于所述电压型开关设备和所述触点型开关设备都分为24V和48V两种型号，通过调整限流电阻R1和分流电阻R2的阻值，将输入端的电流限制在一定范围内，具体为： 

当电压为24V时，R1＝4.7KΩ，R2＝510Ω； 

当电压为48V时，R1＝10KΩ，R2＝560Ω。