CN107024911A - 一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元，所述逻辑处理单元包括：数据处理模块、通信模块、诊断模块、数据存储器、人机接口设备、调试接口及电源模块，通信模块、诊断模块、数据存储器均与数据处理模块连接，通信模块与数据处理模块、数据存储器均连接；实现了逻辑处理单元安全等级高、功耗低、支持三种结构模式、扩容能力强、操控及维护方便的技术效果。

Description

一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元

技术领域

本发明涉及核电厂数字化仪控领域，具体地，涉及一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元。

背景技术

核电厂数字控制系统(DSC)用于监视、控制核电站运行状态，尤其是在核电厂运行中发生异常时，该系统启动安全系统有关设备对核电厂进行保护，防止核电厂设备损坏和放射性物质泄漏。目前，核电厂常采用安全级数字控制系统(SDCS)，在满足总体需求和保证系统可靠性指标的前提下，能提高系统的安全等级，实现数字化仪控系统反应堆保护系统达到SIL3等级。

现有的DCS逻辑处理单元存在：1)只支持一种的架构(专利号：102799104A，202421819U)，2)不能够支持系统在板自诊断，3)不能与其它部件进行通信等缺点。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的DCS逻辑处理单元存在只能支持一种的架构，不能够支持系统在板自诊断，不能与其它部件进行通信的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元，解决了现有的DCS逻辑处理单元存在只能支持一种的架构，不能够支持系统在板自诊断，不能与其它部件进行通信的技术问题，实现了逻辑处理单元安全等级高、功耗低、支持三种结构模式、扩容能力强、操控及维护方便的技术效果。

本逻辑处理单元是整个安全级数字控制系统的主控制单元，与输入/输出及通信单元组成一个主控机箱，再与其它功能机箱共同组成安全级核电厂数字控制系统。本逻辑处理单元主要进行逻辑运算和数据处理，将来自其它功能模块采集到的实时数据计算处理后，将处理结果传输到输出设备以实现对执行机构的实时控制。本逻辑处理单元同时检测自身及其它各功能模块工作状态，发生故障时，将故障信息上报监控设备。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元，所述逻辑处理单元包括：

数据处理模块、通信模块、诊断模块、数据存储器、人机接口设备、调试接口及电源模块，通信模块、诊断模块、数据存储器均与数据处理模块连接，通信模块与数据处理模块、数据存储器均连接；其中：

数据处理模块用于：接收来自IO单元的现场实时参数值、人机输入设备和调试接口的数据并进行运算处理，然后将处理结果及状态信息发送至IO单元或通信单元或显示屏或调试接口，实现对后级执行机构的控制和逻辑处理单元运行状态的指示；

通信模块用于：接收或转发与外部扩展机箱连接的扩展接口传输的数据，以及用于接收或转发与逻辑处理单所在机箱内功能模块连接的背板通信接口传输的数据；

诊断模块用于：监控数据处理模块及电源电压工作状态；

数据存储器用于：存储临时数据、预置数据及各种缓存数据；

人机接口设备包括：模式切换开关、闭锁开关、显示屏、LED状态指示灯、复位按钮；

调试接口包括：RS232接口、JTAG接口；

电源模块输入端为两路独立的24V DC，电源模块将24V DC转换成各种预设电压以给后级负载供电。

进一步的，通信模块用于：接收或转发与外部扩展机箱连接的4个扩展接口传输的数据，以及用于接收或转发与本机箱内功能模块连接的14个背板通信接口上的数据。

进一步的，诊断模块在诊断出故障时，则复位数据处理模块或将故障信息上报到监控设备。

进一步的，上层组态软件可配置逻辑处理单元的工作模式，并生成配置文件下装到逻辑处理单元，逻辑处理单元根据解析的配置文件分别能工作于二取一、热备冗余和单通道三种结构模式。

进一步的，当单个机箱中的IO单元容量不足时，可通过前面板4个扩展接口分别与扩展机箱连接。

进一步的，逻辑处理单元的数据处理流程为：

点对点数据接收端口接收到来自输入单元传输来的数据信息后，经滤波、转换，再送达到通信模块；

通信模块通过内部总线再将数据转发到数据处理模块；

数据处理模块通过逻辑运算处理后，再将处理结果数据返回到通信模块；

通信模块再将处理结果数据转发到发送端口，然后再到后级输出单元，最后送达到执行机构。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

该发明和其它功能模块共同组成核电厂安全级数字控制系统，并占据主导控制作用。该发明嵌入式处理器加协处理的软硬件架构，低功耗元器件的选用和各功能模块高集成度，能通过上层组态软件进行设备算法组态，提供数字化显示界面等使其具有响应时间快、功耗低、配置灵活、操作方便等特点，并支持三种结构模式，和支持容量扩展，各项测试指标达到或超过客户需求。

根据工程需要，该逻辑处理单元可支持二取一、热备冗余和单通道三种结构模式。当单个机箱中的IO模块容量不足时，将前面板4个扩展接口分别与扩展机箱连接，能实现扩展容量作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中核电厂数字控制系统逻辑处理单元的组成示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元，解决了现有的DCS逻辑处理单元存在只能支持一种的架构，不能够支持系统在板自诊断，不能与其它部件进行通信的技术问题，实现了逻辑处理单元安全等级高、功耗低、支持三种结构模式、扩容能力强、操控及维护方便的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本发明提供了一种核电厂安全级逻辑处理单元，它应用于核电厂安全级数字控制系统中，并作为主控单元担负着数据逻辑运算、控制反应堆中与安全相关的设备、故障监测及上报等核心工作任务，降低核电厂反应堆出现事故的风险。

主要包括数据处理模块、通信模块、数据存储器、诊断模块、调试接口、电源模块及人机接口设备。支持二取一、热备冗余和单通道三种结构模式以适用于不同应用需求；支持与机箱内部其它13个功能模块通信及故障诊断功能；具备非常强大扩容能力，可与四个扩展机箱连接；具备复位解锁功能，待人确认可进行复位操作后，通过手动操作复位按钮来解除自身一直处于复位状态，防止可能出现的反复重启现象；在某些特殊的工作状态下，可通过手动操作闭锁输出开关，禁止输出，防止误动作并提高安全性。

该逻辑处理单元主要包括负责数据处理模块、通信模块、诊断模块、数据存储器、人机接口设备、调试接口及电源模块。如图1所示。

各部分功能描述如下：

1.数据处理模块接收来自IO单元的现场实时参数值、人机输入设备和调试接口的数据并进行运算处理，然后将处理结果及状态信息发送至IO或通信单元、显示屏及调试接口，实现对后级执行机构的控制和逻辑处理单元运行状态的指示；

2.通信模块接收、转发与外部扩展机箱连接的4个扩展接口及与本机箱内其它功能模块连接的14个背板通信接口上的数据；

3.诊断模块用于监控数据处理模块及电源电压工作状态，如出现故障则复位数据处理模块或将故障信息上报到监控设备；

4.数据存储器用于临时数据、预置数据及各种缓存数据的存储；

5.人机接口设备包括模式切换开关、闭锁开关、显示屏、LED状态指示灯、复位按钮(更详细内容参见章节八)；

6.调试接口包括RS232接口、JTAG接口(更详细内容参见章节八)；

7.电源模块输入端为两路独立的24V DC，电源模块将24V DC转换成各种更低电压以给后级负载供电。

a)本发明装置机械结构信息如下：

高度为6U，宽度为6HP；面板采用立体结构设计；内部PCB尺寸为233.35mm×205mm。

b)前面板包括状态指示灯、显示屏、复位按钮、模式切换开关、闭锁开关、四路扩展接口、RS232和JTAG接口。它们的功能描述如下所示：

1.状态指示灯：用于指示本装置的工作状态；

2.显示屏：当出现故障时，用于显示故障代码，便于调试及找出故障原因；

3.复位按钮：当本装置出现死机现象时，可通过按下此复位按钮，让本装置重启；该按钮配合模式切换开关，实现装置工作模式切换；由于特定需求，当装置内诊断模时块检测出故障时，装置一直处于复位状态而不能进入正常工作模式，待维护人员确认后，按下复位按钮，让装置重新启动，防止出现反复复位现象；

4.模式切换开关：此装置具有三种工作模式以满足不同应用场合，通过旋转模式切换开关并配合复位按钮使用便能实现工作模式切换，防止误操作，以提高安全性；

5.闭锁开关：将闭锁开关置于禁止输出档位时，本装置不输出控制命令到后级执行机构，防止在维护时产生误动作，提高安全性；

6.四路扩展接口：用于连接扩展机箱，扩容IO模块；

7.RS232和JTAG接口：调试时使用，用于更新软件及打印显示逻辑处理单元工作状态信息。

c)装置的数据传输流程如下：

1.本装置点对点数据接收端口接收到来自输入单元传输来的数据信息后，经滤波、转换，再送达到通信模块；

2.通信模块通过内部高速总线再将数据转发到数据处理模块；

3.数据处理模块通过逻辑运算处理后，再将处理结果数据返回到通信模块；

4.通信模块再将处理结果数据转发到发送端口，然后再到后级输出单元，最后送达到执行机构。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

该发明和其它功能模块共同组成核电厂安全级数字控制系统，并占据主导控制作用。具有响应时间快、功耗低、配置灵活、操作方便等特点，支持三种结构模式，支持容量扩展，各项测试指标达到或超过客户需求。

根据工程需要，该逻辑处理单元可支持二取一、热备冗余和单通道三种结构模式。当单个机箱中的IO模块容量不足时，将前面板4个扩展接口分别与扩展机箱连接，能实现扩展容量作用。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，所述逻辑处理单元包括：

数据处理模块、通信模块、诊断模块、数据存储器、人机接口设备、调试接口及电源模块，通信模块、诊断模块、数据存储器均与数据处理模块连接，通信模块与数据处理模块、数据存储器均连接；其中：

数据处理模块用于：接收来自IO单元的现场实时参数值、人机输入设备和调试接口的数据并进行运算处理，然后将处理结果及状态信息发送至IO单元或通信单元或显示屏或调试接口，实现对后级执行机构的控制和逻辑处理单元运行状态的指示；

通信模块用于：接收或转发与外部扩展机箱连接的扩展接口传输的数据，以及用于接收或转发与逻辑处理单所在机箱内功能模块连接的背板通信接口传输的数据；

诊断模块用于：监控数据处理模块及电源电压工作状态；

数据存储器用于：存储临时数据、预置数据及各种缓存数据；

人机接口设备包括：模式切换开关、闭锁开关、显示屏、LED状态指示灯、复位按钮；

调试接口包括：RS232接口、JTAG接口；

电源模块输入端为两路独立的24V DC，电源模块将24V DC转换成各种预设电压以给后级负载供电。

2.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，通信模块用于：接收或转发与外部扩展机箱连接的4个扩展接口传输的数据，以及用于接收或转发与本机箱内功能模块连接的14个背板通信接口上的数据。

3.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，诊断模块在诊断出故障时，则复位数据处理模块或将故障信息上报到监控设备。

4.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，诊断模块通过监控电源模块工作状态、通信模块工作状态、存储器工作状态、数据处理模块工作状态，在逻辑处理单元出现故障时根据预先设定的故障类型和故障级别，对应采取将故障信息上报或保持逻辑处理单元处于复位状态。

5.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，逻辑处理单元支持二取一、热备冗余和单通道三种结构模式。

6.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，当单个机箱中的IO单元容量不足时，可通过前面板4个扩展接口分别与扩展机箱连接。

7.根据权利要求1所述的核电厂数字控制系统逻辑处理单元，其特征在于，逻辑处理单元的数据处理流程为：

点对点数据接收端口接收到来自输入单元传输来的数据信息后，经滤波、转换，再送达到通信模块；

通信模块通过内部总线再将数据转发到数据处理模块；

数据处理模块通过逻辑运算处理后，再将处理结果数据返回到通信模块；

通信模块再将处理结果数据转发到发送端口，然后再到后级输出单元，最后送达到执行机构。