CN113110395A - 一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置及方法，根据高温气冷堆DCS不同层级上的总线通信方式选择不同的高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡；将高温气冷堆数字化仪控系统原有的总线断开，将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡连接在原有的通信总线上；在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序从高温气冷堆测试系统数据库中读取数据，完成测试后将硬件接线断开，将原有的总线回复原状。本发明克服在传统的高温气冷堆因DCS控制系统点数多、层级多导致的无法对整个工艺系统使用到的DCS进行测试的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高温气冷堆数字化仪控系统技术领域，特别涉及一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置及方法。
背景技术
高温气冷堆(High Temperature Gas Cooled Reactor/HTGR)是一种石墨慢化氦气冷却的反应堆。
核电站数字化仪控系统(Distributed Control System/DCS)是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系统。DCS作为核电站的重要组成部分，核电机组的安全性、可靠性、经济性在很大程度上取决于其性能水平。伴随着核电站堆安全性能的不断提高，第四代反应堆DCS往往具有数量巨大的点数，在实际的高温气冷堆核电厂中，数字化仪控系统DCS的点数往往上万，同时还会将整个DCS系统分为不同的层级，对于如此庞大的控制系统，使用传统点对点测试无论是在测试点数上还是在测试的便利程度上都无法满足对整个系统的快速高效测试的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置及方法，克服在传统的高温气冷堆因DCS控制系统点数多、层级多导致的无法对整个工艺系统使用到的DCS进行测试的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，包括多种不同类型的总线板卡、板卡背板以及与板卡背板相连的高性能工作站，总线测试板卡通过高速连接器连接在总线测试板卡背板上，多总线测试板卡背板与高性能工作站相连实现数据交互。
所述高性能工作站为高性能计算机，用于负责高温气冷堆系统的仿真模拟，实现对高温气冷堆整个工艺系统的超实时仿真，高性能工作站包括高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面，高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，高温气冷堆全范围工艺仿真程序，高温气冷堆测试系统数据库。
所述高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面用于对测试设备与操作员进行人机交互的作用，高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面包括对高温气冷堆数字化仪控系统测试需要的各种不同工况，所述不同工况既包括正常工况也包括各种事故下的工况，通过对不同工况的模拟全面地测试出高温气冷堆数字化仪控系统对整个机组的控制能力和控制性能。
所述高温气冷堆数字化仪控系统测试程序用于提供高温气冷堆数字化仪控系统测试界面，提供友好的人机界面以实现方便快捷的测试，核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序与核电厂工艺模拟程序相耦合，将工艺模拟程序中的参数设置代码转换成核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序软件上方便易懂的虚拟按钮，滑块，输入框，在提供友好人机界面的同时还提供数据记录，历史数据调取，以及与硬件高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡的连接功能。
所述高温气冷堆测试系统数据库包括测试类型数据库和测试记录数据库，测试类型数据库针对不同类型的堆型进行测试的数据，测试记录数据库用来记录测试数据。
所述总线测试板卡包括但不限于RS-485总线板卡，RS-232总线板卡，PROFIBUS总线板卡，PROFINET总线板卡，CAN总线板卡，LIN总线板卡，串行总线板卡，并行总线板卡，以太网板卡，EtherCAT总线板卡，InterBus总线板卡；所述高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡配套有对应的总线连接线缆。
一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置的运行方法，包括以下步骤；
(1)根据高温气冷堆DCS不同层级上的总线通信方式选择不同的高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡；
(2)将选好的高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱上；
(3)将高温气冷堆数字化仪控系统原有的总线断开，将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡通过硬件接线的方式连接在原有的通信总线上；
(4)在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行相应的配置，确保各通信总线之间串接，同时也使得高温气冷堆多总线测试装置及时介入总线通信中实现实时工艺信息的反馈；
(5)在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库方便之后调用数据；
(6)完成测试之后将测试时使用的硬件接线断开即可，将原有的总线回复原状。
所述步骤(1)中具体的选择方式为：
若待测位置是使用RS-485总线进行通讯，则采用RS-485总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测RS-485总线进行连接；
若待测位置是使用RS-232总线进行通讯，则采用RS-232总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测RS-232总线进行连接；
若待测位置是使用PROFIBUS总线进行通讯，则采用PROFIBUS总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测PROFIBUS总线进行连接；
若待测位置是使用PROFINET总线进行通讯，则采用PROFINET总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测PROFINET总线进行连接；
若待测位置是使用CAN总线进行通讯，则采用CAN总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测CAN总线进行连接；
若待测位置是使用LIN总线进行通讯，则采用LIN总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测LIN总线进行连接；
若待测位置是使用串行总线进行通讯，则采用串行总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测串行总线进行连接；
若待测位置是使用并行总线进行通讯，则采用并行总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测并行总线进行连接；
若待测位置是使用以太网进行通讯，则采用以太网板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测以太网进行连接；
若待测位置是使用EtherCAT总线进行通讯，则采用EtherCAT总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测EtherCAT总线进行连接；
若待测位置是使用InterBus总线进行通讯，则采用InterBus总线板卡安装在板卡机箱上，同时将板卡与待测InterBus总线进行连接。
本发明的有益效果：
本发明在操作时，首先根据高温气冷堆DCS不同的层级上使用的不同总线通信方式选择不同的通信板卡。板卡选择好之后将选好的通信板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱上。接着将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡通过硬件接线的方式连接到高温气冷堆DCS的不同层级的总线上，同时断开不同层级之间的总线连接。接着在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行主从选择，明确不同的总线对应的系统层级。最后在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库方便之后调用数据。完成测试之后将测试时使用的硬件接线断开即可。
本发明通过使用成熟总线通信技术，通过在测试时候取消原有的DCS系统不同层级，通过本发明所述装置总线板卡，在本发明装置内部软件组成不同的总线通讯形式，最终构成一套串接在原有的不同层级的通信总线之中的测试装置，一方面不影响原有的工作过程，不影响原本DCS的使用，另一方面又通过串接在不同层级的总线中，可以结合对高温气冷堆整个测试系统的工艺仿真程序实现对高温气冷堆整套DCS控制策略和控制过程的测试。其次，因为采用了接入不同层级总线的方式进行测试，因此与传统的点对点测试方式相比极大提高了测试装置的部署时间，这对于追求经济性的高温气冷堆核电厂施工建设来说无疑具有极大优势。
附图说明
图1为高温气冷堆多总线测试装置总线板卡示意图。
图2为本发明的高温气冷堆多总线测试装置结构示意图。
附图标记：图中1为高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示：本发明所述的高温气冷堆多总线测试装置包括：
高性能工作站又称高性能计算机，其主要负责高温气冷堆系统的仿真模拟，其性能可以实现对高温气冷堆整个工艺系统的超实时仿真。高性能工作站包括高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面，高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，高温气冷堆全范围工艺仿真程序，高温气冷堆测试系统数据库。
高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面主要是起到测试设备与操作员进行人机交互的作用，高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面主要包括对高温气冷堆数字化仪控系统测试需要的各种不同工况。这里的不同工况既包括正常工况也包括各种事故事故下的工况，通过对不同工况的模拟可以尽可能全面地测试出高温气冷堆数字化仪控系统对整个机组的控制能力和控制性能。
高温气冷堆数字化仪控系统测试程序主要是提供了高温气冷堆数字化仪控系统测试界面，提供友好的人机界面以实现方便快捷的测试。核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序与核电厂工艺模拟程序相耦合，将工艺模拟程序中的参数设置代码转换成核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序软件上方便易懂的虚拟按钮，滑块，输入框等，方便使用人员的使用。在提供友好人机界面的同时还提供数据记录，历史数据调取，以及与硬件高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡的连接功能。
高温气冷堆全范围工艺仿真程序主要是对待测高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行模拟，移动工作站可以实现对高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行实时仿真，实现对真实工艺过程的模拟，包括但不限于压力容器，反应堆堆芯，蒸汽发生器，主氦风机，蒸汽发生器，汽轮发电机等。
高温气冷堆测试系统数据库包括测试类型数据库和测试记录数据库，测试类型数据库主要是针对不同类型的堆型进行测试的数据，测试记录数据库用来记录测试数据。
高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡包括但不限于RS-485总线板卡，RS-232总线板卡，PROFIBUS总线板卡，PROFINET总线板卡，CAN总线板卡，LIN总线板卡，串行总线板卡，并行总线板卡，以太网板卡，EtherCAT总线板卡，InterBus总线板卡等。上述的所有高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡都配套有对应的总线连接线缆，使用配套的连接线缆可以方便的将总线连接在待测DCS的总线上。
RS-485总线板卡：TPRI-DCS-CARD-RS485；RS-232总线板卡：TPRI-DCS-CARD-RS232；PROFIBUS总线板卡：TPRI-DCS-CARD-PROFIBUS；PROFINET总线板卡：TPRI-DCS-CARD-PROFINET；CAN总线板卡：TPRI-DCS-CARD-CAN；LIN总线板卡：TPRI-DCS-CARD-LIN；串行总线板卡：TPRI-DCS-CARD-SERIAL；并行总线板卡：TPRI-DCS-CARD-PARALLEL；以太网板卡：TPRI-DCS-CARD-ETHERNET；EtherCAT总线板卡：TPRI-DCS-CARD-EtherCAT；InterBus总线板卡：TPRI-DCS-CARD-InterBus。
高性能工作站具体为：
高性能工作站：AMD Ryzen 9 3950X或更高，128G或以上ECC内存，500G或以上固态硬盘，主板原生六个或更多万兆网口，支持双热备电源。
高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱是放置高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡的机箱，用来将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡固定，同时，高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱上还具有相应的接口，该接口的作用是将所有高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡连接在同一条PXI高速通信总线上，以实现测试数据的高速传输。同时，该条PXI总线该通过铜缆连接到高性能计算机的主板上，以实现通过PXI总线技术实现和高性能计算机的高速通信。
数字化仪控系统测试机柜是整个测试装置的物理载体，用来放置整套测试设备，同时，数字化仪控系统测试铁皮柜的底部还安装有小轮，方便整套测试装置的移动。同时，数字化仪控系统测试铁皮柜还应具有一定的电磁防护性能以保证其内部的高性能工作站和高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡能在复杂的使用场景中正常工作。
本发明的具体工作过程为：
(1)根据高温气冷堆DCS不同层级上的总线通信方式选择不同的总线板卡；
(2)将选好的总线板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱上；
(3)将高温气冷堆数字化仪控系统原有的总线断开，将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡通过硬件接线的方式连接在原有的通信总线上，实现将本发明所述装置串接在原有通信总线上的效果。
(4)在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行相应的配置，确保各通信总线之间串接的本发明所述的装置，同时也使得本发明所著装置能够及时介入总线通信中实现实时工艺信息的反馈；
(5)在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库方便之后调用数据。
(6)完成测试之后将测试时使用的硬件接线断开即可，将原有的总线回复原状。
本发明通过将高温气冷堆主控室不同层级的通信总线分别连接在DCS测试装置上，结合现有的高温气冷堆全范围仿真程序，通过总线通信的方式实现堆整个控制系统控制策略的测试。
Claims (7)
1.一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，包括多种不同类型的总线板卡、板卡背板以及与板卡背板相连的高性能工作站，总线测试板卡通过高速连接器连接在总线测试版卡背板上，多总线测试板卡背板与高性能工作站相连实现数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，所述高性能工作站为高性能计算机，用于负责高温气冷堆系统的仿真模拟，实现对高温气冷堆整个工艺系统的超实时仿真，高性能工作站包括高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面，高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，高温气冷堆全范围工艺仿真程序，高温气冷堆测试系统数据库。
3.根据权利要求2所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，所述高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面用于对测试设备与操作员进行人机交互的作用，高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面包括对高温气冷堆数字化仪控系统测试需要的各种不同工况，所述不同工况既包括正常工况也包括各种事故下的工况，通过对不同工况的模拟全面地测试出高温气冷堆数字化仪控系统对整个机组的控制能力和控制性能。
4.根据权利要求2所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，所述高温气冷堆数字化仪控系统测试程序用于提供高温气冷堆数字化仪控系统测试界面，提供友好的人机界面以实现方便快捷的测试，核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序与核电厂工艺模拟程序相耦合，将工艺模拟程序中的参数设置代码转换成核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序软件上方便易懂的虚拟按钮，滑块，输入框，在提供友好人机界面的同时还提供数据记录，历史数据调取，以及与硬件高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡的连接功能。
5.根据权利要求2所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，所述高温气冷堆测试系统数据库包括测试类型数据库和测试记录数据库，测试类型数据库针对不同类型的堆型进行测试的数据，测试记录数据库用来记录测试数据。
6.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置，其特征在于，所述总线测试板卡包括但不限于RS-485总线板卡，RS-232总线板卡，PROFIBUS总线板卡，PROFINET总线板卡，CAN总线板卡，LIN总线板卡，串行总线板卡，并行总线板卡，以太网板卡，EtherCAT总线板卡，InterBus总线板卡；所述高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡配套有对应的总线连接线缆。
7.基于权利要求1-6所述的一种高温气冷堆控制系统多总线测试装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)根据高温气冷堆DCS不同层级上的总线通信方式选择不同的高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡；
(2)将选好的高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡机箱上；
(3)将高温气冷堆数字化仪控系统原有的总线断开，将高温气冷堆数字化仪控系统总线板卡通过硬件接线的方式连接在原有的通信总线上；
(4)在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行相应的配置，确保各通信总线之间串接，同时也使得高温气冷堆多总线测试装置及时介入总线通信中实现实时工艺信息的反馈；
(5)在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库方便之后调用数据；
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