CN110347143A - 核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统及方法，本发明通过由二极管、MOSFET继电器及其限流电阻等构成的诊断电路，实现现场驱动输出回路的全面诊断：包括驱动输出线路诊断、驱动输出触点诊断、现场设备电源诊断等，且通过优选逻辑控制器实时采集各MOSFET继电器的开关输出状态，综合诊断现场驱动输出回路的故障情况，并及时上报；本发明能够全面、快速、准确的获得现场驱动输出回路的故障情况，保障了优选模块即现场设备的可靠性和稳定性，降低系统的拒动率，提高了系统的安全性和稳定性。

Description

核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，具体涉及核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统及方法。

背景技术

优选模块是核电厂安全级仪控系统的一个重要部分，主要用于驱动专设安全设施及相关支持系统的泵、阀等设备。优选模块是DCS系统的最终输出单元，其直接用于驱动现场相关支持系统的泵、阀等设备，位于执行端的驱动装置(如阀门，主泵电机等)需要根据系统发出的驱动信号执行相应的功能。为了保证安全级仪控系统的安全控制功能，故需要优选模块对现场驱动输出回路进行诊断，以防止下一级受控设备未处于优选的控制状态，导致事故发生。

现有的现场驱动输出回路诊断电路有：

1、通过在优选模块驱动输出的触点侧并联电阻，同时在下一级受控设备处并联电阻，通过采集两个电阻之间对地压降，从而确定现场设备电源及驱动线缆是否断路。该方法需要下一级设备对优选模块进行配合，在设备端子间并联一个与触点侧大小一样的电阻。在核电控制领域，泵、阀等设备都是通用型号，故难以与优选模块进行配合，故该方法虽然简单，但操作困难，不实用。

2、串联一个大功率的小电阻在驱动输出回路，利用隔离差分运放对电阻两端的压差进行检测，并与优选模块驱动输出电平高低进行比较，从而确定现场设备电源及驱动线缆是否短路。该方法需要提供隔离电压源，一片差分运放以及一个电阻，所需外围电路复杂。在核电控制领域，由于现场一般为48VDC供电，所以需要对48VDC进行降压处理，以提供差分运放的电源，且需要在驱动输出回路中串联一个电阻，大大降低了驱动输出回路的可靠性，难以满足安全级仪控系统的应用。

因此，设计一种方法简单且易于实现的核电厂优选模块现场驱动输出回路诊断电路应用于核电技术领域是非常必要的。

发明内容

为了解决现有技术无法全面且及时诊断驱动输出回路故障的技术问题，本发明提供了解决上述问题的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统及方法。本发明通过采用高灵敏度的MOSFET继电器来实现对现场驱动输出回路的全面诊断(包括线路故障、触点故障以及设备电源故障的诊断)，且能够及时上报故障，保证了优选模块及现场设备的可靠性，降低了系统的拒动率，提高了系统的安全性。

本发明通过下述技术方案实现：

核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，该系统包括诊断电路，通过该诊断电路实现现场驱动回路的诊断；所述诊断电路包括两个二极管、两个限流电阻和两个MOSFET继电器；其中，现场驱动输出触点、两个二极管、现场设备及其供电电源形成一条回路；其中，一个MOSFET继电器U1、一个限流电阻和两个二极管连接形成一条回路；另一个MOSFET继电器U2、另一个限流电阻、输出触点和2个二极管连接形成一条回路。

优选的，所述MOSFET继电器的触发电流值低于现场设备最低电流值。

优选的，所述MOSFET继电器采用OMRON继电器G3VM-201G2。

优选的，该系统还包括优选逻辑控制器，用于控制输出触点的状态控制以及对两个MOSFET继电器开关状态的诊断，并根据两个MOSFET继电器开关状态结合驱动输出状态判断现场驱动输出回路是否故障。

优选的，该系统采用三极管共射极连接方式，通过所述优选逻辑控制器给三极管基极注入电流，该注入电流被三极管饱和放大之后，会在其集电极到发射极之间产生一个放大之后的电流，该电流导致继电器线圈产生磁场，从而能对驱动触点的状态进行控制。

优选的，所述优选逻辑控制器由CPLD、FPGA、ARM或者单片机实现。

另一方面，本发明还提出了核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，该方法采用上述核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统实现优选模块现场驱动输出回路诊断，包括：驱动输出触点诊断、驱动输出线路诊断和现场设备电源诊断。

优选的，当驱动输出触点断开时，限流电阻、MOSFET继电器U2与现场设备形成一条回路，由现场设备供电电源为MOSFET继电器U2提供触发电流，MOSFET继电器U2输出状态为高电平。

优选的，当驱动输出触点闭合时，两个串联二极管作为限流电阻和MOSFET继电器U1的稳压源，MOSFET继电器U1输出状态为高电平。

优选的，所述两个串联二极管的压降为1.2—2.1V，所述MOSFET继电器限流0.5mA。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过由二极管、MOSFET继电器及其限流电阻等构成的诊断电路，实现现场驱动输出回路的全面诊断：包括驱动输出线路诊断、驱动输出触点诊断、现场设备电源诊断等，且通过优选逻辑控制器实时采集各MOSFET继电器的开关输出状态，综合诊断现场驱动输出回路的故障情况，并及时上报；本发明能够全面、快速、准确的获得现场驱动输出回路的故障情况，保障了优选模块即现场设备的可靠性和稳定性，降低系统的拒动率，提高了系统的安全性和稳定性。

2、本发明简单，易于实现，所需外围器件少。

3、本发明能够确保核电厂安全级DCS系统运行过程中，当驱动输出回路异常时，可迅速通过优选模块的故障指示灯进行故障定位，提高了驱动输出回路的可靠性和安全性，本发明在核电厂数控领域具有广泛的应用前景。

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。在附图中：

图1为本发明的系统原理示意图。

图2为本发明的系统诊断电路原理示意图。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，该系统通过采用高灵敏度的MOSFET继电器来实现对现场驱动输出回路的全面诊断(包括线路故障、触点故障以及设备电源故障的诊断)，且能够及时上报故障，保证了优选模块及现场设备的可靠性，降低了系统的拒动率，提高了系统的安全性。

如图1和2所示，本实施例中，该系统包括诊断电路，通过该诊断电路实现现场驱动回路的诊断；所述诊断电路包括两个二极管、两个限流电阻和两个MOSFET继电器；其中，现场驱动输出触点、两个二极管、现场设备及其供电电源形成一条回路；其中，一个MOSFET继电器U1、一个限流电阻和两个二极管连接形成一条回路；另一个MOSFET继电器U2、另一个限流电阻、输出触点和2个二极管连接形成一条回路。

本实施例中，所述MOSFET继电器的触发电流值低于现场设备最低电流值。

本实施例中，该系统还包括优选逻辑控制器，用于控制输出触点的状态控制以及对两个MOSFET继电器开关状态的诊断，并根据两个MOSFET继电器开关状态结合驱动输出状态判断现场驱动输出回路是否故障。

本实施例中，所述优选逻辑控制器由CPLD实现，利用现场设备供电电源作为MOSFET继电器的信号源，通过CPLD接收两个MOSFET继电器监控的状态即可判断现场驱动输出回路是否故障。

在另一优选实施例中，所述优选逻辑控制器也可由FPGA、ARM或者单片机实现。

本实施例的驱动输出控制部分采用三极管共射极连接方式，通过CPLD的IO口给三极管基极注入电流，该注入电流被三极管饱和放大之后，会在其集电极到发射极之间产生一个放大之后的电流，该电流导致继电器线圈产生磁场，从而能对驱动触点的状态进行控制。

本实施例中，通过现场设备供电电源作为MOSFET继电器的信号源。

本实施例中，所述MOSFET继电器的三极管源极与优选模块板卡电源连接，发射极通过电阻接地，发射极输出状态信号通过CPLD的IO口采集到CPLD内。

本实施例中，所述MOSFET继电器的原边压降为1V，限流0.5mA。

本实施例中，由输入MOSFET继电器及其限流电阻的电压减去继电器的原边压降之后，再除以限流值即可得到该MOSFET继电器的限流电阻阻值。

本实施例中，所述MOSFET继电器选用高灵敏度型，优选为OMRON继电器G3VM-201G2。

本实施例中，所述二极管优选为功率二极管。

本实施例中，该系统还包括故障报警装置，分别对应不同故障类型设置相应的报警装置，能够根据实际情况进行故障报警，及时提醒相应人员进行处理。

本实施例驱动输出触点状态监控部分，利用两个MOSFET继电器及其限流电阻实现，当驱动输出触点断开时，限流电阻、MOSFET继电器U2与现场设备形成一条回路，MOSFET继电器U2输出状态为高电平；当驱动输出触电闭合时，两个串联的二极管作为MOSFET继电器U1及其限流电阻的稳压源，两个串联二极管压降为1.2—2.1V，使MOSFET继电器U1导通，U1输出高电平。当现场驱动输出触点故障时，比如发生粘连，无法断开时，则U2输出状态为低电平；CPLD通过该电平状态，结合U1输出电平状态，即可判断现场驱动输出触点是否故障。

本实施例驱动输出线路状态监控部分，利用MOSFET继电器U1及其限流电阻实现，当驱动输出触点断开时，限流电阻、MOSFET继电器U2与现场设备形成一条回路，MOSFET继电器U2输出状态为高电平；当驱动输出触电闭合时，两个串联的二极管作为MOSFET继电器U1及其限流电阻的稳压源，两个串联二极管压降为1.2—2.1V，使MOSFET继电器U1导通，U1输出高电平。当现场驱动输出线缆断线时，由于回路断开，故此时U1输出状态为低电平，CPLD通过该电平状态，即可判断现场输出线缆是否断路。

本实施例驱动输出线路现场设备供电电源状态监控部分，利用两个MOSFET继电器及其限流电阻实现，当现场设备供电电源故障时，回路均断开，即U1和U2的输出状态均为低电平，CPLD通过判断U1和U2的输出电平状态，即可诊断现场设备供电电源是否故障。

实施例2

基于上述实施例，本实施例提出了核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，该方法采用上述实施例的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统实现优选模块现场驱动输出回路诊断，包括：驱动输出触点诊断、驱动输出线路诊断和现场设备电源诊断。

CPLD的具体诊断状态表如下所示：

结合上表，本实施例提供的诊断方法实现优选模块现场驱动输出回路诊断，具体包括：

当优选模块现场驱动输出回路正常工作时：当驱动输出触点断开时，限流电阻、MOSFET继电器U2与现场设备形成一条回路，MOSFET继电器U2输出状态为高电平，而MOSFET继电器U1未导通，U1输出状态为低电平；当驱动输出触电闭合时，两个串联的二极管作为MOSFET继电器U1及其限流电阻的稳压源，两个串联二极管压降为1.2—2.1V，使MOSFET继电器U1导通，U1输出高电平；而MOSFET继电器U2由于限流电阻很大，继电器原边压降很小，无法导通，U2输出低电平。

1、即当驱动输出触点断开时，CPLD检测到U1输出状态为低电平，U2输出状态为高电平，则判断驱动输出回路正常；当驱动输出触点闭合时，CPLD检测到U1输出状态为高电平，U2输出状态为低电平，则判断驱动输出回路正常。

2、当驱动输出触点断开时，若CPLD检测到U1输出状态为低电平，U2输出状态为低电平，则判断为电源故障或者出现断线故障；当驱动输出触点闭合时，CPLD检测到U1输出状态为低电平，U2输出状态为低电平，则判断为电源故障或者出现断线故障。

3、当驱动输出触点断开时，若CPLD检测到U1输出状态为高电平，U2输出状态为低电平，则判断为现场驱动输出触点发生粘连，无法断开的故障；当驱动输出触点闭合时，CPLD检测到U1输出状态为低电平，U2输出状态为高电平，则判断为现场驱动输出触点无法闭合等故障。

由此可知，本实施例通过采用高灵敏度的MOSFET继电器及其限流电阻，结合二极管等构成的诊断电路，能够实现对现场驱动输出回路的全面诊断：包括现场驱动回路断线故障、现场驱动输出触点不可控(发生粘连或者无法闭合等故障情况)以及现场设备供电电源故障的诊断。通过CPLD实时采集各MOSFET继电器的开关输出状态，综合诊断现场驱动输出回路的故障情况，并及时上报；本发明能够全面、快速、准确的获得现场驱动输出回路的故障情况，保障了优选模块即现场设备的可靠性和稳定性，降低系统的拒动率，提高了系统的安全性和稳定性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，该系统包括诊断电路，通过该诊断电路实现现场驱动回路的诊断；所述诊断电路包括两个二极管、两个限流电阻和两个MOSFET继电器；其中，现场驱动输出触点、两个二极管、现场设备及其供电电源形成一条回路；其中，一个MOSFET继电器U1、一个限流电阻和两个二极管连接形成一条回路；另一个MOSFET继电器U2、另一个限流电阻、输出触点和2个二极管连接形成一条回路。

2.根据权利要求1所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，所述MOSFET继电器的触发电流值低于现场设备最低电流值。

3.根据权利要求2所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，所述MOSFET继电器采用OMRON继电器G3VM-201G2。

4.根据权利要求1-3任一项所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，该系统还包括优选逻辑控制器，用于控制输出触点的状态控制以及对两个MOSFET继电器开关状态的诊断，并根据两个MOSFET继电器开关状态结合驱动输出状态判断现场驱动输出回路是否故障。

5.根据权利要求4所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，该系统采用三极管共射极连接方式，通过所述优选逻辑控制器给三极管基极注入电流，该注入电流被三极管饱和放大之后，会在其集电极到发射极之间产生一个放大之后的电流，该电流导致继电器线圈产生磁场，从而能对驱动触点的状态进行控制。

6.根据权利要求4所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断系统，其特征在于，所述优选逻辑控制器由CPLD、FPGA、ARM或者单片机实现。

7.核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，其特征在于，该方法采用上述权利要求2-6任一项所述的诊断系统实现优选模块现场驱动输出回路诊断，包括：驱动输出触点诊断、驱动输出线路诊断和现场设备电源诊断。

8.根据权利要求7所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，其特征在于，当驱动输出触点断开时，限流电阻、MOSFET继电器U2与现场设备形成一条回路，由现场设备供电电源为MOSFET继电器U2提供触发电流，MOSFET继电器U2输出状态为高电平。

9.根据权利要求7所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，其特征在于，当驱动输出触点闭合时，两个串联二极管作为限流电阻和MOSFET继电器U1的稳压源，MOSFET继电器U1输出状态为高电平。

10.根据权利要求9所述的核安全级优选模块现场驱动输出回路诊断方法，其特征在于，所述两个串联二极管的压降为1.2—2.1V，所述MOSFET继电器限流0.5mA。