CN112327766A - 一种核安全级dcs系统的高频脉冲计数系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统及测量方法，本发明的系统包括可编程逻辑器件；其中，所述可编程逻辑器件获取两路冗余的待测试脉冲输入信号；所述可编程逻辑器件采用测周法来测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号；所述可编程逻辑器件采用测频法来测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号。本发明基于可编逻辑器件，根据脉冲频率范围采用不同的频率测量方法来测量不同量程范围内的脉冲信号，能够保证不同量程范围内的测量精度以及核仪控系统的高可靠性。

Description

一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统及测量方法

技术领域

本发明属于核电厂安全级数字化控制技术领域，具体涉及一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统及方法。

背景技术

核电厂反应堆功率由堆芯中子注量率的高低来反映，而堆芯中子注量率由插入堆芯的中子探测器来测量。中子探测器根据中子注量率的高低线性产生不同大小的微弱电流信号，该电流信号经过放大、电流频率(I-F)信号变换等过程，生成表征反应堆功率的高频脉冲信号。

核电厂反应堆一回路主泵是一回路冷却剂强迫循环的动力来源。主泵的转速由转速传感器来测量，转速传感器会根据主泵转速的高低线性产生类正弦信号。该类正弦信号经过整形滤波等环节后形成表征主泵转速的低频脉冲信号。

表征核电厂反应堆功率的高频脉冲信号的频率范围为0～1MHz，而表征主泵转速的低频脉冲信号的频率范围为0～50Hz。而现有的测量技术无法在测量上述不同量程范围的频率脉冲信号的同时保证核仪控系统的高可靠性和安全性。

发明内容

为了克服现有技术无法在测量不同量程范围的频率脉冲信号的同时保证核仪控系统的高可靠性和安全性，本发明提供了一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统。本发明基于可编逻辑器件，根据脉冲频率范围采用不同的频率测量方法来测量不同量程范围内的脉冲信号，能够保证不同量程范围内的测量精度以及核仪控系统的高可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，该系统包括可编程逻辑器件；

其中，所述可编程逻辑器件获取两路冗余的待测试脉冲输入信号；

所述可编程逻辑器件采用测周法来测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号；

所述可编程逻辑器件采用测频法来测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号。

优选的，本发明的可编程逻辑器件包括随机脉冲发生器A、脉冲测量流程控制模块A、窄量程脉冲计算模块A、宽量程脉冲计算模块A、随机脉冲发生器B、脉冲测量流程控制模块B、窄量程脉冲计算模块B、宽量程脉冲计算模块B、去冗余模块、配置管理与通信控制模块；

其中，所述随机脉冲发生器A、窄量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块A均与所述脉冲测量流程控制模块A通信连接，所述随机脉冲发生器B、窄量程脉冲计算模块B和宽量程脉冲计算模块B均与所述脉冲测量流程控制模块B通信连接；所述脉冲测量流程控制模块A和脉冲测量流程控制模块B均与所述去冗余模块通信连接；所述去冗余模块与所述配置管理与通信控制模块通信连接；

所述随机脉冲发生器A和所述随机脉冲发生器B根据配置的量程范围，生成用于周期性自检的随机脉冲信号；

所述脉冲测量流程控制模块A和所述脉冲测量流程控制模块B用于实现周期性自检控制、脉冲量程选择控制、外部测试脉冲信号注入控制、故障信号生成控制、配置参数下发控制和脉冲频率上传控制；

所述窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B采用测周法测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号；

所述宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B采用测频法测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号；

所述去冗余模块为用于去除两通道冗余的逻辑选择模块；

所述配置管理与通信控制模块用于从上位机获取并解析配置信息，并将配置数据传送到相应通道脉冲测量流程控制模块。

优选的，本发明的窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率；

所述宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率，在计数过程中：根据配置数据采用模糊计数算法来实现脉冲计数以缓解脉冲重叠现象，根据配置数据采用过滤毛刺算法过滤脉冲信号毛刺。

优选的，本发明的模糊计数算法具体为：

当脉冲宽度为0～600ns时，脉冲计数器加1；

当脉冲宽度为600ns～1100ns时，脉冲计数器加2；

当脉冲宽度大于1100ns，脉冲计数器加3。

优选的，本发明的过滤毛刺算法具体为：

将脉冲信号宽度小于100ns的脉冲信号过滤掉不进行脉冲计数。

优选的，本发明的测周法通过测量两个脉冲之间的时长，通过脉冲周期计算出对应的脉冲频率；

所述测频法通过脉冲计数器计算规定时间内的脉冲数量，进而计算脉冲频率。

优选的，本发明的窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲间隔采集模块、第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

优选的，本发明的宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲计数器、第二脉冲计数器和第三脉冲计数器来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲计数器的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

优选的，本发明的系统还包括信号处理电路A、信号处理电路B、开关阵列A和开关阵列B；

其中，所述信号处理电路A用于为脉冲输入信号A提供双冗余脉冲输入通道和测试通道，所述脉冲输入信号A的双冗余脉冲输入通道和测试通道通过开关阵列A进行切换，从而将脉冲频率信号输入到可编辑逻辑器件中；

所述信号处理电路B用于为脉冲输入信号B提供双冗余脉冲输入通道和测试通道；所述脉冲输入信号B的双冗余脉冲输入通道和测试通道通过开关阵列B进行切换，从而将脉冲频率信号输入到可编程逻辑器件中；

所述开关阵列A和开关阵列B的切换由所述可编辑逻辑器件控制。

优选的，本发明的配置数据包括：脉冲量程范围配置数据、脉冲测量精度配置数据、毛刺过滤宽度配置数据、自诊断周期配置数据和脉冲发生器频率范围配置数据。

优选的，本发明的可编程逻辑器件为FPGA。

另一方面，本发明还提出了一种基于上述核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统的测量方法，该测量方法包括：

系统初始化；

判断周期自检是否有效：

如果有效，则进行周期自检，当周期自检通过，则返回系统初始化步骤；当周期自检未通过，则生成通道故障信号，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则判断外部测试信号是否有效：

如果有效，则进行外部脉冲测试流程，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则进行外部脉冲信号采集计数；

进行脉冲频率计算；

进行量程选择与判断；

进行脉冲频率有效输出。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明基于可编程器件采用不同的测量方法来测量两种量程范围的脉冲信号(表征核电厂反应堆功率的高频脉冲信号的频率范围为0～1MHz，而表征主泵转速的低频脉冲信号的频率范围为0～50Hz)，同时保证核电厂安全级仪控系统的高可靠性、高安全性和高精度。

2、本发明能够为为核电厂反应堆功率脉冲信号和一回路主泵转速信号的测量提供高安全性、高可靠性的技术支持。

3、本发明采用了测频法与测周法相接合的方式来测试0Hz～1MHz频率范围内的脉冲信号，采用了模糊计数方法缓解脉冲重叠的现象，采用过滤毛刺算法提高测量精度，采用多层次的冗余设计、周期性随机频率自诊断等技术手段保证高频脉冲测量的高可靠性和高安全性。

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为本发明的系统架构原理图。

图2为本发明的可编程器件原理框图。

图3为本发明的测周法原理示意图。

图4为本发明的测频法原理示意图。

图5为本发明的频率测量方法流程示意图。

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。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

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

为了能够测量两种量程范围的脉冲信号的同时符合核电厂安全级仪控系统的高可靠性、高安全性和高精度的要求，本实施例提出了一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统。

本实施例的系统基于可编程逻辑器件(FPGA)分别采用测周法和测频法来测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号和1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号；本实施例的系统采用冗余通道测量方法，保证核仪控系统的高可靠性；本实施例的系统采用在线自诊断，保证核仪控系统的高安全性。

具体如图1所示，本实施例的系统包括FPGA、光耦开关阵列A、光耦开关阵列B、信号处理硬件电路A和信号处理硬件电路B。

其中，图1中的信号定义如下：

1)IN_A和IN_B——需要测量的两路冗余的脉冲输入信号；

2)T_A和T_B——外部注入的脉冲测量信号；

3)ST_A和ST_B——两路周期自检脉冲信号；

4)P_A和P_B——输入到FPGA的脉冲频率信号；

5)C_A1和C_B1——自检脉冲信号与外部脉冲信号光耦开关控制信号；

6)C_A2和C_B2——自检脉冲信号与外部检测信号光耦开关控制信号；

7)RS232——FPGA与上位机通信的串行数据信号。

为了保证脉冲测试高度可靠性，本实施例中采用双冗余输入通道和双冗余测试通道设计。双冗余的脉冲输入通道分别采用独立的信号处理硬件电路，双冗余测试通道与脉冲输入通道采用继电器或光耦开关进行切换，切换逻辑由可编程逻辑器件控制。每个脉冲输入通道都有与之对应的自检通道和外部检测通道，自检通道用于周期性自检，外联检测通道用于外部测量信号的注入。

具体如图1所示，信号处理硬件电路A用于输入需要测量的脉冲输入信号IN_A和外部注入的脉冲测量信号T_A，并对脉冲输入信号IN_A进行处理(包括滤波、去噪声等环节)；

信号处理硬件电路B用于输入需要测量的脉冲输入信号IN_B和外部注入的脉冲测量信号T_B，并对脉冲输入信号IN_B进行处理(包括滤波、去噪声等环节)；

通过光耦开关阵列A来切换信号处理硬件电路A的双冗余测试通道与脉冲输入通道；通过光耦开关阵列B来切换信号处理硬件电路B的双冗余测试通道与脉冲输入通道，当切换为从而使得处理之后的脉冲频率信号输入到FPGA。光耦开关阵列A和光耦开关阵列B的切换逻辑由可编程逻辑器件控制。

为了保证脉冲测试的高度可靠性，本实施例为脉冲输入通道添加了自诊断功能。通道自诊断的脉冲输入频率为在一定范围内变化的随机数值，由随机脉冲生成模块产生，脉冲频率范围可配置。本实施例采用定周期(周期时间可配置)自检的方式对输入通道进行自检，对比测量到的脉冲频率与随机生成的脉冲频率差异，若偏差过大则产生故障信号。

本实施例采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲频率的计算和逻辑控制功能，其具体如图2所示，本实施例的FPGA包括：包括随机脉冲发生器A、脉冲测量流程控制模块A、窄量程脉冲计算模块A、宽量程脉冲计算模块A、随机脉冲发生器B、脉冲测量流程控制模块B、窄量程脉冲计算模块B、宽量程脉冲计算模块B、去冗余模块、配置管理与通信控制模块和RS232通信模块；

其中，随机脉冲发生器A、窄量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块A均与脉冲测量流程控制模块A通信连接，随机脉冲发生器B、窄量程脉冲计算模块B和宽量程脉冲计算模块B均与脉冲测量流程控制模块B通信连接；脉冲测量流程控制模块A和脉冲测量流程控制模块B均与去冗余模块通信连接；去冗余模块与配置管理与通信控制模块通信连接。

1、随机脉冲发生器A和随机脉冲发生器B根据配置的量程范围，生成用于周期性自检的随机脉冲信号。

2、脉冲测量流程控制模块A和脉冲测量流程控制模块B用于实现周期性自检控制、脉冲量程选择控制、外部测试脉冲信号注入控制、故障信号生成控制、配置参数下发控制和脉冲频率上传控制。

3、窄量程脉冲计算模块A和窄量程脉冲计算模块B采用测周法测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号。

测周法表示测量两个脉冲之间的时长，通过脉冲周期T算出对应的脉冲频率F。有两种测量方式，分别为测量上升沿间隔和测量脉冲下降沿间隔，在本发明中采用100MHz的采样时钟采集两个脉冲上升沿间隔，具体测量方法如图3所示。共有三个冗余的脉冲上升沿间隔采集模块，保证脉冲采集的高度可靠性。冗余模块的频率输出进行两两对比，当三者均较接近时取三者平均值，当两者比较接近时两者平均值，当三者均偏差较大时输出上一次测量值并向上位机报故障。由于周期与频率是倒数关系，周期无穷大则频率无穷小，因此本发明中规定周期T超过600ms则认为频率为0Hz。

本实施例的窄量程脉冲计算模块A和窄量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率。

本实施例的窄量程脉冲计算模块A和窄量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲间隔采集模块、第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

4、宽量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块B采用测频法测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号。

本实施例的宽量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率，在计数过程中：根据配置数据采用模糊计数算法来实现脉冲计数以缓解脉冲重叠现象，根据配置数据采用过滤毛刺算法过滤脉冲信号毛刺。

具体在本实施例中，测频法表示通过脉冲计数器计算规定时间内的脉冲数量N，进而计算脉冲频率。有三种方式确定脉冲计数，分别为脉冲上升沿到下一上升沿、脉冲下降沿到下一脉冲下降沿，以及单脉冲上升沿到下降沿。本实施例中采用单脉冲上升沿到下降沿的方式确定脉冲个数N，其计算方法如图4所示。

在本实施例中采用三个冗余的脉冲计数器来计算脉冲数量，本实施例的宽量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲计数器、第二脉冲计数器和第三脉冲计数器来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲计数器的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

去冗余模块为用于去除A、B两通道冗余的逻辑选择模块。

由于实际的脉冲信号不可避免的会混有毛刺信号，因此为了过滤毛刺信号，本发明在1000～1MHz频率测量范围内添加毛刺过滤功能。由于典型的堆芯功率脉冲的宽度在300ns～500ns，因此当脉冲信号宽度小于100ns时，可认为是毛刺信号，将其过滤掉不进行脉冲计数。

由于实际的脉冲信号不可避免地会产生脉冲重叠现象，为了缓解这种现象产生的影响，本发明采用模糊计数算法来实现脉冲计数。由于典型的反应堆功率脉冲信号宽度为300ns～500ns，因此当脉冲宽度为0～600ns时，脉冲计数器加1，当脉冲宽度为600ns～1100ns时，脉冲计数器加2，当脉冲宽度大于1100ns，脉冲计数器加3。

本实施例在进行脉冲频率计算时，两个量程范围内脉冲计算模块同时工作。计算出脉冲频率后，根据其精度和结果，自动选择精度高的脉冲频率数据输出。

5、配置管理与通信控制模块用于从上位机获取并解析配置信息，并将配置数据传送到相应通道脉冲测量流程控制模块。

本实施例支持从上位机下发配置数据的功能。具体配置数据包括：脉冲量程范围配置数据、脉冲测量精度配置数据、毛刺过滤宽度配置数据、自诊断周期配置数据、脉冲发生器频率范围配置数据等。

6、RS232通信模块与所述配置管理与通信控制模块通信连接，通过RS232通信模块实现与上位机的通信。与上位机通信过程中，本发明周期性向上位机上传采集到的脉冲频率数据和故障数据。本发明的故障类型包括通道故障和量程超限两类。

本实施例采用上述计数系统进行脉冲频率测量过程如图5所示，包括：

系统初始化；

判断周期自检是否有效：

如果有效，则进行周期自检，当周期自检通过，则返回系统初始化步骤；当周期自检未通过，则生成通道故障信号，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则判断外部测试信号是否有效：

如果有效，则进行外部脉冲测试流程，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则进行外部脉冲信号采集计数；

进行脉冲频率计算；

进行量程选择与判断；

进行脉冲频率有效输出。

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 (12)

1.一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，该系统包括可编程逻辑器件；

其中，所述可编程逻辑器件获取两路冗余的待测试脉冲输入信号；

所述可编程逻辑器件采用测周法来测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号；

所述可编程逻辑器件采用测频法来测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件包括随机脉冲发生器A、脉冲测量流程控制模块A、窄量程脉冲计算模块A、宽量程脉冲计算模块A、随机脉冲发生器B、脉冲测量流程控制模块B、窄量程脉冲计算模块B、宽量程脉冲计算模块B、去冗余模块、配置管理与通信控制模块；

其中，所述随机脉冲发生器A、窄量程脉冲计算模块A和宽量程脉冲计算模块A均与所述脉冲测量流程控制模块A通信连接，所述随机脉冲发生器B、窄量程脉冲计算模块B和宽量程脉冲计算模块B均与所述脉冲测量流程控制模块B通信连接；所述脉冲测量流程控制模块A和脉冲测量流程控制模块B均与所述去冗余模块通信连接；所述去冗余模块与所述配置管理与通信控制模块通信连接；

所述随机脉冲发生器A和所述随机脉冲发生器B根据配置的量程范围，生成用于周期性自检的随机脉冲信号；

所述脉冲测量流程控制模块A和所述脉冲测量流程控制模块B用于实现周期性自检控制、脉冲量程选择控制、外部测试脉冲信号注入控制、故障信号生成控制、配置参数下发控制和脉冲频率上传控制；

所述窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B采用测周法测量0Hz～1000Hz频率范围的脉冲信号；

所述宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B采用测频法测量1000Hz～1MHz频率范围的脉冲信号；

所述去冗余模块为用于去除两通道冗余的逻辑选择模块；

所述配置管理与通信控制模块用于从上位机获取并解析配置信息，并将配置数据传送到相应通道脉冲测量流程控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率；

所述宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B均采用三冗余结构设计，采用浮点运行器计算脉冲频率，在计数过程中：根据配置数据采用模糊计数算法来实现脉冲计数以缓解脉冲重叠现象，根据配置数据采用过滤毛刺算法过滤脉冲信号毛刺。

4.根据权利要求3所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述模糊计数算法具体为：

当脉冲宽度为0～600ns时，脉冲计数器加1；

当脉冲宽度为600ns～1100ns时，脉冲计数器加2；

当脉冲宽度大于1100ns，脉冲计数器加3。

5.根据权利要求3所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述过滤毛刺算法具体为：

将脉冲信号宽度小于100ns的脉冲信号过滤掉不进行脉冲计数。

6.根据权利要求3所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述测周法通过测量两个脉冲之间的时长，通过脉冲周期计算出对应的脉冲频率；

所述测频法通过脉冲计数器计算规定时间内的脉冲数量，进而计算脉冲频率。

7.根据权利要求3所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述窄量程脉冲计算模块A和所述窄量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲间隔采集模块、第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲间隔采集模块和第三脉冲间隔采集模块的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲间隔采集模块和第二脉冲间隔采集模块的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲间隔采集模块的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

8.根据权利要求3所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述宽量程脉冲计算模块A和所述宽量程脉冲计算模块B均采用冗余的第一脉冲计数器、第二脉冲计数器和第三脉冲计数器来计算脉冲频率，三者的去冗余过程为：

将三个冗余的脉冲计数器的输出频率进行两两对比；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均小于阈值时，取三个冗余的脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率之间的差值小于阈值，第一脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值，第二脉冲计数器和第三脉冲计数器的输出频率之间的差值大于阈值时，则取第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的输出频率的平均值作为测量得到的频率；

当三个冗余的脉冲计数器的输出频率两两之间的差值均大于阈值时，则输出上一次测量值并向上位机报故障。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，该系统还包括信号处理电路A、信号处理电路B、开关阵列A和开关阵列B；

其中，所述信号处理电路A用于为脉冲输入信号A提供双冗余脉冲输入通道和测试通道，所述脉冲输入信号A的双冗余脉冲输入通道和测试通道通过开关阵列A进行切换，从而将脉冲频率信号输入到可编辑逻辑器件中；

所述信号处理电路B用于为脉冲输入信号B提供双冗余脉冲输入通道和测试通道；所述脉冲输入信号B的双冗余脉冲输入通道和测试通道通过开关阵列B进行切换，从而将脉冲频率信号输入到可编程逻辑器件中；

所述开关阵列A和开关阵列B的切换由所述可编辑逻辑器件控制。

10.根据权利要求2所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述配置数据包括：脉冲量程范围配置数据、脉冲测量精度配置数据、毛刺过滤宽度配置数据、自诊断周期配置数据和脉冲发生器频率范围配置数据。

11.根据权利要求1所述的一种核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件为FPGA。

12.基于权利要求1-11任一项所述的核安全级DCS系统的高频脉冲计数系统的测量方法，其特征在于，该测量方法包括：

系统初始化；

判断周期自检是否有效：

如果有效，则进行周期自检，当周期自检通过，则返回系统初始化步骤；当周期自检未通过，则生成通道故障信号，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则判断外部测试信号是否有效：

如果有效，则进行外部脉冲测试流程，之后返回系统初始化步骤；

如果无效，则进行外部脉冲信号采集计数；

进行脉冲频率计算；

进行量程选择与判断；

进行脉冲频率有效输出。

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