CN106527392B - 一种优先级逻辑模块检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核过程控制系统可靠性检测领域，具体涉及一种优先级逻辑模块检测装置及方法。本发明一种优先级逻辑模块检测装置，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，该装置包括中央控制单元、输出模块、输入模块、控制面板、显示装置、测试底板；本装置可以检测优先级逻辑模块输入与输出的延时，进而判断优先级逻辑模块的响应性能，提前发现设备性能下降，提高设备运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于核过程控制系统可靠性检测领域，具体涉及一种优先级逻辑模块检测装置及方法。
背景技术
核电站反应堆保护系统(RPS)是核电厂数字化仪控系统中重要的安全系统，其主要功能是保护三大核安全屏障(即燃料包壳、一回路压力边界和安全壳)的完整性。
优先级逻辑模块(PLM)专门应用于核过程控制系统，是组成核电站反应堆保护系统的一个重要部件。该模块包括可配置的优先级逻辑电路，功能为接收来自四个控制系统的信号：安全级自动控制系统(Tricon)、安全级手动控制系统(ECP)、多样性保护系统(DAS)、常规自动控制系统(NC/NC+)，其优先级由高到低为：Tricon(1级)>ECP(2级)>DAS(3级)>NC/NC+(4级)。每个优先级输入中，又存在两个输入(A与B)，对应控制设备的两种指令信号(如开与关，或启与停)，A的优先级高于B的优先级，PLM输出信号也相应的分为OUT 1A和OUT 1B。
PLM还接收两个试验使能信号(TE 1和TE 2)，一个由就地机柜内拨码开关控制，一个由操纵员站软件界面上试验按键控制，试验输出信号也相应的分为TO 1A和TO 1B(图1)。
为了确保核电站反应堆保护系统可靠运行，需要定期进行试验以验证其功能正常。目前核电站反应堆保护系统定期试验一般采用输入通道、逻辑处理和输出通道三段部分重叠试验的方法，但是该试验方法并未完全验证优先级逻辑模块的优先级选择功能及响应性能。因此，如果该模块优先级选择功能故障或响应性能下降而又缺少一种有效的方法进行定期检测，将存在核电站专设安全设施误动或拒动的风险，影响核电站的安全稳定运行。但是，在国内外目前还没有针对该优先级逻辑模块(PLM)的测试装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是研发一种专门针对优先级逻辑模块功能及响应性能检测的装置，实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，确保核电站反应堆保护系统可靠运行，同时该装置需要具备便携性、易用性、快速性的特点。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是
一种优先级逻辑模块检测装置，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，该装置包括中央控制单元、输出模块、输入模块、控制面板、显示装置、测试底板；
其中，中央控制单元用来存储本装置的程序，通过中央处理单元控制输出模块输出电压信号到优先级逻辑模块的输入口，然后通过输入模块检测优先级逻辑模块的输出，从而确认优先级逻辑模块功能是否正常；
输出模块由继电器组成、继电器选用带有光电耦合的8路并行输入继电器，对输入与输出进行隔离，保护中央控制单元不会因继电器故障而损坏；
输入模块是由电阻组成的限流电路；
通过控制面板向中央处理单元输入参数，并通过控制面板选择检测模式；
通过显示装置显示检测的结果，由中央控制单元驱动，在选择模式时会在屏幕上显示当前的模式，在测试完成后显示本次测试最长的响应延时并显示PASS或者FAIL；
通过测试底板固定优先级逻辑模块并提供优先级逻辑模块的输入输出接口，在测试底板上设置有一个开关，用于控制优先级逻辑模块在测试模式与正常模式之间进行切换。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，中央控制单元由单片机组成，单片机的最大频率≥12MHz，计算能力＞5MHz。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，中央控制单元为MCS-51型号单片机，按照功能划分，包括如下功能部件成：微处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行口、定时器、中断系统及特殊功能寄存器；其中并行I/O口包括P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7；
通过P1.0-P1.7这8路并行I/O口控制输出模块中的8个继电器输出24V电压到测试底板对应的端子上，作为优先级逻辑模块的8个输入；
通过P3.2与P3.3并行I/O口控制输入模块检测优先级逻辑模块开关量的2个输出，以确认优先级逻辑模块功能是否正常；
通过P2.1与P2.2并行I/O口作为控制面板的输入；
通过P0并行I/O口作为数据口来与显示装置之间进行连接，通过P2.5-P2.7并行I/O口作为控制信号来与显示装置之间进行通讯。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，输出模块中的输入输出延时为4.3±0.1ms。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，控制面板由键盘组成，键盘选用2个独立按键，一个用于选择测试模式，一个用于进行确认操作。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，显示装置是LCD液晶显示屏，显示2行数据，每行数据显示16个字母或数字，工作电压为4.5V～5.5V。
进一步的，如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置，中央控制单元为MCS-51型号单片机，按照功能划分，包括如下功能部件成：微处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行口、定时器、中断系统及特殊功能寄存器；其中并行I/O口包括P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7；
通过P1.0-P1.7这8路并行I/O口控制输出模块中的8个继电器输出24V电压到测试底板对应的端子上，作为优先级逻辑模块的8个输入；
通过P3.2与P3.3并行I/O口控制输入模块检测优先级逻辑模块开关量的2个输出，以确认优先级逻辑模块功能是否正常；
通过P2.1与P2.2并行I/O口作为控制面板的输入；
通过P0并行I/O口作为数据口来与显示装置之间进行连接，通过P2.5-P2.7并行I/O口作为控制信号来与显示装置之间进行通讯；
输出模块中的输入输出延时为4.3±0.1ms；
控制面板由键盘组成，键盘选用2个独立按键，一个用于选择测试模式，一个用于进行确认操作；
显示装置是LCD液晶显示屏，显示2行数据，每行数据显示16个字母或数字，工作电压为4.5V～5.5V。
如上所述的一种优先级逻辑模块检测装置的使用方法，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，优先级逻辑模块检测装置开机后自动进行初始化操作，之后进入模式选择菜单，由控制面板上的选择键进行切换，按下确认键后开始执行当前的模式测试；
优先级逻辑模块检测装置选择的检测模式包括：继电器检测、时间校准、逻辑测试，逻辑测试又包括常规检测和测试模式检测；
(1)继电器检测
本模式用于检测继电器自身的延时，每次按下控制面板的选择键，就改变继电器的状态，通过中央控制单元检测输出模块的输出，并自动在显示装置上显示延时；
(2)时间校准
优先级逻辑模块检测装置通过中央控制单元的内部定时器计时，它的计数脉冲由系统的晶振输出脉冲经12分频后送来，定期对其进行校准；
校准的原理是通过定时器使中央控制单元输出周期为T的方波，并用示波器查看其波形，如果检测到的波形周期为T±△T即可确认定时器工作是否正常；如果晶振工作不正常，通过修改定时器参数进行校准，或者更换晶振；
(3)常规检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于常规模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
优先级逻辑模块共有8个输入，因此有256种组合，在执行测试时，优先级逻辑模块的输入组合由二进制00000000逐次加二进制1到二进制11111111，共执行256次，覆盖优先级逻辑模块输入的所有组合；
若在某次输入之后100ms内还检测到期望的输出，或者期望输出未保持100ms，则判定本次试验失败，并停止检测，在显示装置上显示FAIL；
如在100ms内检测到期望输出，且期望输出保持100ms不变，则认为当前输入组合的输出正常；之后复位输入，并确认优先级逻辑模块无输出后再执行下组输入组合的检测，直至256种输入组合全部检测完成；
检测完成后，在显示装置的第一行显示PASS，第二行显示本次检测中，优先级逻辑模块的最长响应延时；
(4)测试模式检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于测试模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
测试模式检测的期望输出与常规检测不同，其余检测方法与常规检测一致。
本发明技术方案的显著效果在于：
完全验证了优先级逻辑模块在测试/正常模式下的256种输入组合下的输出，确保了优先级逻辑模块优先选择功能的可用性，弥补了核电站反应堆保护系统定期试验的不足。并且最多可同时检测4块PLM。
本装置可以检测优先级逻辑模块输入与输出的延时，进而判断优先级逻辑模块的响应性能，提前发现设备性能下降，提高设备运行的可靠性。
附图说明
图1为优先级逻辑模块检测装置结构图；
图2为优先级逻辑模块检测装置程序流程图。
图中：1为中央控制单元，2为输出模块，3为输入模块，4为控制面板，5为显示装置，6为测试底板，7为优先级逻辑模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种优先级逻辑模块检测装置，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，该装置包括中央控制单元1、输出模块2、输入模块3、控制面板4、显示装置5、测试底板6；
其中，中央控制单元1用来存储本装置的程序，通过中央处理单元1控制输出模块2输出电压信号到优先级逻辑模块的输入口，然后通过输入模块3检测优先级逻辑模块的输出，从而确认优先级逻辑模块功能是否正常；
在本实施例中，中央控制单元1为MCS-51型号单片机，按照功能划分，包括如下功能部件成：微处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行口、定时器、中断系统及特殊功能寄存器；其中并行I/O口包括P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7；
通过P1.0-P1.7这8路并行I/O口控制输出模块中的8个继电器输出24V电压到测试底板对应的端子上，作为优先级逻辑模块的8个输入；
通过P3.2与P3.3并行I/O口控制输入模块检测优先级逻辑模块开关量的2个输出，以确认优先级逻辑模块功能是否正常；
通过P2.1与P2.2并行I/O口作为控制面板4的输入；
通过P0并行I/O口作为数据口来与显示装置5之间进行连接，通过P2.5-P2.7并行I/O口作为控制信号来与显示装置5之间进行通讯。
输出模块2由继电器组成、继电器选用带有光电耦合的8路并行输入继电器，对输入与输出进行隔离，保护中央控制单元不会因继电器故障而损坏；在本实施例中，输出模块2中的输入输出延时为4.3±0.1ms；
输入模块3是由电阻组成的限流电路；
通过控制面板4向中央处理单元1输入参数，并通过控制面板4选择检测模式；在本实施例中，控制面板4由键盘组成，键盘选用2个独立按键，一个用于选择测试模式，一个用于进行确认操作；
通过显示装置5显示检测的结果，由中央控制单元1驱动，在选择模式时会在屏幕上显示当前的模式，在测试完成后显示本次测试最长的响应延时并显示PASS或者FAIL；在本实施例中，显示装置5是LCD液晶显示屏，显示2行数据，每行数据显示16个字母或数字，工作电压为4.5V～5.5V。
通过测试底板6固定优先级逻辑模块并提供优先级逻辑模块的输入输出接口，在测试底板6上设置有一个开关，用于控制优先级逻辑模块在测试模式与正常模式之间进行切换。
一种优先级逻辑模块检测装置的使用方法，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，优先级逻辑模块检测装置开机后自动进行初始化操作，之后进入模式选择菜单，由控制面板4上的选择键进行切换，按下确认键后开始执行当前的模式测试；
优先级逻辑模块检测装置选择的检测模式包括：继电器检测、时间校准、逻辑测试，逻辑测试又包括常规检测和测试模式检测；
(1)继电器检测
本模式用于检测继电器自身的延时，每次按下控制面板4的选择键，就改变继电器的状态，通过中央控制单元1检测输出模块2的输出，并自动在显示装置5上显示延时；
(2)时间校准
优先级逻辑模块检测装置通过中央控制单元1的内部定时器计时，它的计数脉冲由系统的晶振输出脉冲经12分频后送来，定期对其进行校准；
校准的原理是通过定时器使中央控制单元1输出周期为T的方波，并用示波器查看其波形，如果检测到的波形周期为T±△T即可确认定时器工作是否正常；如果晶振工作不正常，通过修改定时器参数进行校准，或者更换晶振；
(3)常规检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于常规模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
优先级逻辑模块共有8个输入，因此有256种组合，在执行测试时，优先级逻辑模块的输入组合由二进制00000000逐次加二进制1到二进制11111111，共执行256次，覆盖优先级逻辑模块输入的所有组合；
若在某次输入之后100ms内还检测到期望的输出，或者期望输出未保持100ms，则判定本次试验失败，并停止检测，在显示装置5上显示FAIL；
如在100ms内检测到期望输出，且期望输出保持100ms不变，则认为当前输入组合的输出正常；之后复位输入，并确认优先级逻辑模块无输出后再执行下组输入组合的检测，直至256种输入组合全部检测完成；
检测完成后，在显示装置5的第一行显示PASS，第二行显示本次检测中，优先级逻辑模块的最长响应延时；
常规模式下PLM输入与输出的关系如表1所示。
表1常规模式下PLM输入与输出的关系
(4)测试模式检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于测试模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
测试模式检测的期望输出与常规检测不同，其余检测方法与常规检测一致。
测试模式下PLM输入与输出的关系如表2所示。
表2测试模式下PLM输入与输出的关系
本装置用于对福清、方家山等核电项目使用的INVENSYS公司生产的3900N系列PLM进行逻辑功能及响应时间检测，并记录其响应时间，从而判断PLM模块的老化程度，以便在PLM故障或因为老化而出现响应过慢时提前更换，保障机组安全稳定运行。在更换PLM前更可提前对备件进行在线检测，避免专设安全设施误动或拒动。
本装置所采用的测试方法将对同时对至多4块PLM模块的256种输入对应的输出进行逐一验证，验证了PLM在各种组合输入下都能实现正确的输出。
本装置长约50cm，宽约15cm。方便携带，可直接带入核电站工作现场，方便在现场直接对PLM进行检测。在大修期间，可搬到现场，快速检测正在使用的PLM，可缩短大修的工期。
本装置检测速度快，最多可同时检测4块PLM，每次逻辑检测耗时30s。每次大修期间需检测25％的PLM，约为80块，算上拆卸及安装时间，1小时内即可进行全部检测。检测过程中导致单个设备不可用的时间仅3分钟，所需工作窗口时间短，易于在大修期间实施。
本装置操作简单，只有2个按键：选择和确定键。只需选择检测模式后按下确定键，程序便可自动执行检测，检测完成后显示是否通过以及PLM的最长的响应延时。
Claims (6)
1.一种优先级逻辑模块检测装置，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，其特征在于：该装置包括中央控制单元(1)、输出模块(2)、输入模块(3)、控制面板(4)、显示装置(5)、测试底板(6)；
其中，中央控制单元(1)用来存储本装置的程序，通过中央处理单元(1)控制输出模块(2)输出电压信号到优先级逻辑模块的输入口，然后通过输入模块(3)检测优先级逻辑模块的输出，从而确认优先级逻辑模块功能是否正常；
输出模块(2)由继电器组成、继电器选用带有光电耦合的8路并行输入继电器，对输入与输出进行隔离，保护中央控制单元不会因继电器故障而损坏；
输入模块(3)是由电阻组成的限流电路；
通过控制面板(4)向中央处理单元(1)输入参数，并通过控制面板(4)选择检测模式；
通过显示装置(5)显示检测的结果，由中央控制单元(1)驱动，在选择模式时会在屏幕上显示当前的模式，在测试完成后显示本次测试最长的响应延时并显示PASS或者FAIL；
通过测试底板(6)固定优先级逻辑模块并提供优先级逻辑模块的输入输出接口，在测试底板(6)上设置有一个开关，用于控制优先级逻辑模块在测试模式与正常模式之间进行切换；
中央控制单元由单片机组成，单片机的最大频率≥12MHz，计算能力＞5MHz；
中央控制单元(1)为MCS-51型号单片机，按照功能划分，包括如下功能部件成：微处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行口、定时器、中断系统及特殊功能寄存器；其中并行I/O口包括P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7；
通过P1.0-P1.7这8路并行I/O口控制输出模块中的8个继电器输出24V电压到测试底板对应的端子上，作为优先级逻辑模块的8个输入；
通过P3.2与P3.3并行I/O口控制输入模块检测优先级逻辑模块开关量的2个输出，以确认优先级逻辑模块功能是否正常；
通过P2.1与P2.2并行I/O口作为控制面板(4)的输入；
通过P0并行I/O口作为数据口来与显示装置(5)之间进行连接，通过P2.5-P2.7并行I/O口作为控制信号来与显示装置(5)之间进行通讯。
2.如权利要求1所述的一种优先级逻辑模块检测装置，其特征在于：输出模块(2)中的输入输出延时为4.3±0.1ms。
3.如权利要求1所述的一种优先级逻辑模块检测装置，其特征在于：控制面板(4)由键盘组成，键盘选用2个独立按键，一个用于选择测试模式，一个用于进行确认操作。
4.如权利要求1所述的一种优先级逻辑模块检测装置，其特征在于：显示装置(5)是LCD液晶显示屏，显示2行数据，每行数据显示16个字母或数字，工作电压为4.5V～5.5V。
5.如权利要求1所述的一种优先级逻辑模块检测装置，其特征在于：中央控制单元(1)为MCS-51型号单片机，按照功能划分，包括如下功能部件成：微处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行口、定时器、中断系统及特殊功能寄存器；其中并行I/O口包括P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7、P3.0-P3.7；
通过P1.0-P1.7这8路并行I/O口控制输出模块中的8个继电器输出24V电压到测试底板对应的端子上，作为优先级逻辑模块的8个输入；
通过P3.2与P3.3并行I/O口控制输入模块检测优先级逻辑模块开关量的2个输出，以确认优先级逻辑模块功能是否正常；
通过P2.1与P2.2并行I/O口作为控制面板(4)的输入；
通过P0并行I/O口作为数据口来与显示装置(5)之间进行连接，通过P2.5-P2.7并行I/O口作为控制信号来与显示装置(5)之间进行通讯；
输出模块(2)中的输入输出延时为4.3±0.1ms；
控制面板(4)由键盘组成，键盘选用2个独立按键，一个用于选择测试模式，一个用于进行确认操作；
显示装置(5)是LCD液晶显示屏，显示2行数据，每行数据显示16个字母或数字，工作电压为4.5V～5.5V。
6.如权利要求1所述的一种优先级逻辑模块检测装置的使用方法，通过该装置实现定期对优先级逻辑模块功能及性能进行有效检测，提前发现模块失效风险，其特征在于：
优先级逻辑模块检测装置开机后自动进行初始化操作，之后进入模式选择菜单，由控制面板(4)上的选择键进行切换，按下确认键后开始执行当前的模式测试；
优先级逻辑模块检测装置选择的检测模式包括：继电器检测、时间校准、逻辑测试，逻辑测试又包括常规检测和测试模式检测；
(1)继电器检测
本模式用于检测继电器自身的延时，每次按下控制面板(4)的选择键，就改变继电器的状态，通过中央控制单元(1)检测输出模块(2)的输出，并自动在显示装置(5)上显示延时；
(2)时间校准
优先级逻辑模块检测装置通过中央控制单元(1)的内部定时器计时，它的计数脉冲由系统的晶振输出脉冲经12分频后送来，定期对其进行校准；
校准的原理是通过定时器使中央控制单元(1)输出周期为T的方波，并用示波器查看其波形，如果检测到的波形周期为T±△T即可确认定时器工作是否正常；如果晶振工作不正常，通过修改定时器参数进行校准，或者更换晶振；
(3)常规检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于常规模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
优先级逻辑模块共有8个输入，因此有256种组合，在执行测试时，优先级逻辑模块的输入组合由二进制00000000逐次加二进制1到二进制11111111，共执行256次，覆盖优先级逻辑模块输入的所有组合；
若在某次输入之后100ms内还检测到期望的输出，或者期望输出未保持100ms，则判定本次试验失败，并停止检测，在显示装置(5)上显示FAIL；
如在100ms内检测到期望输出，且期望输出保持100ms不变，则认为当前输入组合的输出正常；之后复位输入，并确认优先级逻辑模块无输出后再执行下组输入组合的检测，直至256种输入组合全部检测完成；
检测完成后，在显示装置(5)的第一行显示PASS，第二行显示本次检测中，优先级逻辑模块的最长响应延时；
(4)测试模式检测
通过测试底板上的开关控制优先级逻辑模块中的输入，根据优先级逻辑模块中的输入判断优先级逻辑模块所处模式；
当优先级逻辑模块处于测试模式时，检测优先级逻辑模块的输出是否正确；
测试模式检测的期望输出与常规检测不同，其余检测方法与常规检测一致。
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