CN113407474B - 一种多通道核电设备触点扫描装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多通道核电设备触点扫描装置及其工作方法，涉及核电站控制系统技术领域，包括：通过多通道接收端接收核电设备开关触点信号；通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，并和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理；将预处理后的核电设备开关触点信号发送至第一处理模块和第二处理模块，使其根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果；由第一处理模块根据自身的触点扫描结果和第二处理模块的触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。对核电站现场设备的触点信号通过多通道采集且并行处理，实现通道总数超四千的扫描。

Description

一种多通道核电设备触点扫描装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及核电站控制系统技术领域，特别是涉及一种多通道核电设备触点扫描装置及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

触点扫描仪是一种采集现场设备触点状态、进行处理并将触点信息输出给其他设备的设备。目前使用高速多通道触点扫描仪的核电站，采用工作站+多计算机+VME板卡的基本架构，搭载Windows NT4操作系统，通过软件配置通道，采用分压原理，现场触点干湿转换。但是原系统存在以下问题：（1）原系统采用大量软件，容易出现很多软件问题，系统极不稳定；（2）设备分辨率大于等于2ms，对于核电站设备来说，安全级别、质量级别、精密程度要高于普通设备，普通扫描仪的分辨率、扫描通道数、扫描间隔等均无法满足核电设备的要求，不满足核电设备四千通道数的现场使用要求，且无法精确识别部分异常信号出现的顺序，那么就无法精确判断故障信号是否具有逻辑关系，不利于后期故障分析。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多通道核电设备触点扫描装置及其工作方法，采用基于第一机架和至少一个第二机架的多机架形式，以及采用基于并行处理的处理模块和设有多个多通道的数据接收模块的多板卡组合形式，对核电站现场设备的触点信号通过多通道采集且并行处理，信号处理效率高，可实现通道总数超四千的多通道数扫描。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多通道核电设备触点扫描装置，包括：第一机架和至少一个第二机架；第一机架设有第一处理模块和与第一处理模块连接的第一接收模块，第二机架设有第二处理模块和与第二处理模块连接的第二接收模块；第二处理模块与第一处理模块连接，用于将第二机架的触点扫描结果发送至第一处理模块中；

第一接收模块和第二接收模块均包括运算单元、以及与运算单元连接的多通道接收端和逻辑单元；通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号，且通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理，并将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块；

第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果，根据触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。

作为可选择的实施方式，所述逻辑单元包括依次连接的拨码开关、光电耦合器和非门电路，以进行硬件拨码的通道配置。

作为可选择的实施方式，硬件拨码的通道配置包括，根据预设的单通道信号触发拨码开关的开闭，根据拨码开关的开闭控制光电耦合器的导通，将光电耦合器输出的电压信号经非门电路后得到与核电设备开关触点信号进行异或处理的信号。

作为可选择的实施方式，所述第一处理模块和第二处理模块通过机架总线相连，第一处理模块与第一接收模块通过背板总线连接，第二处理模块与第二接收模块通过背板总线连接，并在接口处连接总线隔离模块。

作为可选择的实施方式，所述第一处理模块包括与外部设备的通讯接口，用于上传核电设备开关触点信号，下载配置信息集以及输出故障通道信息。

作为可选择的实施方式，所述第一接收模块和第二接收模块均包括64个通道。

作为可选择的实施方式，所述核电设备开关触点信号为核电设备输出的断开信号或闭合信号。

作为可选择的实施方式，所述第一处理模块将配置信息集分配给第二处理模块。

作为可选择的实施方式，所述轮询周期设为纳秒。

第二方面，本发明提供一种上述多通道核电设备触点扫描装置的工作方法，包括：

通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号；

通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理；

将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块，以使第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果；

由第一处理模块根据自身的触点扫描结果和第二处理模块的触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的多通道核电设备触点扫描装置采用基于第一机架和至少一个第二机架的多机架形式，以及采用基于并行处理的处理模块和设有多个多通道的数据接收模块的多板卡组合形式，对核电站现场设备的触点信号通过多通道采集且并行处理，信号处理效率高，可实现通道总数超四千的多通道数扫描仪。

本发明的多通道核电设备触点扫描装置的轮询周期为纳秒级，可准确识别故障信号的先后顺序，确定故障信号是否具有逻辑关系，有利于后期故障分析，基于FPGA并行处理技术，配合并行总线，触点状态轮询快，实现优于10ns的分辨率。

本发明的接收模块中通过运算单元、多通道接收端和逻辑单元间的硬件拨码信号处理，控制通道信号，同时避免依赖计算机，计算机出现故障时不影响扫描功能。

本发明基于FPGA实现用于核电设备的高速多通道触点扫描，该架构由纯硬件搭建，简化板间通讯、无软件，可靠性更高，板卡维修方便。

本发明的多通道核电设备触点扫描装置中各模块间、各模块与外部设备间的通讯均配置通讯隔离模块，避免系统间相互影响。

本发明增加工作站作为信息备份及软件配置，以进行功能拓展，将信息备份功能与扫描仪原功能进行隔离。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的多通道核电设备触点扫描装置结构框图；

图2为本发明实施例1提供的Master FPGA处理模块功能结构框图；

图3为本发明实施例1提供的Slave FPGA处理模块功能结构框图；

图4为本发明实施例1提供的接收模块硬件拨码示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种用于核电站的基于FPGA的高速多通道核电设备触点扫描装置，基于FPGA并行处理技术，配合并行总线，在预设轮询周期内扫描并判断触点状态。

具体包括：第一机架和至少一个第二机架；第一机架设有第一处理模块和与第一处理模块连接的第一接收模块，第二机架设有第二处理模块和与第二处理模块连接的第二接收模块；第二处理模块与第一处理模块连接，用于将第二机架的触点扫描结果发送至第一处理模块中；

第一接收模块和第二接收模块均包括运算单元、以及与运算单元连接的多通道接收端和逻辑单元；通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号，且通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理，并将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块；

第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果，根据触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。

在本实施例中，第一机架即图1中所示的Master机架，在第一机架中设有基于FPGA的Master FPGA处理模块，和与Master FPGA处理模块连接的第一接收模块。

如图2所示，所述Master FPGA处理模块包括FPGA处理芯片、核电站主控制系统DCCX通讯隔离模块、核电站备用控制系统DCCY通讯隔离模块、串口隔离模块、机架总线隔离模块、背板总线隔离模块、数字输出DO模块、缓存模块和存储模块；

其中，FPGA处理芯片通过机架总线与Slave FPGA处理模块连接，用于接收SlaveFPGA处理模块传输的触点扫描结果；

FPGA处理芯片通过背板总线连接第一接收模块，用于接收核电设备开关触点信号；

FPGA处理芯片中配置与外部设备的通讯接口；

优选地，通讯接口包括与核电站主控系统、核电站备用控制系统进行通讯的接口，可将核电设备开关触点信号上传至核电站控制系统。

优选地，通讯接口还包括与工作站进行通讯的接口，即通过串口将报警信息上传至工作站，或，通过串口从工作站下载配置信息集，实现信息交互。

优选地，通讯接口还包括输出报警信息的接口，即通过DO模块输出报警信息。

优选地，机架总线、背板总线以及与核电站主控系统、核电站备用控制系统或工作站等的通讯接口均设有对应的隔离模块。

优选地，FPGA处理芯片还可接收Slave FPGA处理模块传输的核电设备开关触点信号。

在本实施例中，第二机架即图1中所示的Slave机架；在第二机架中设有基于FPGA的Slave FPGA处理模块，和与Slave FPGA处理模块连接的第二接收模块。

如图3所示，所述Slave FPGA处理模块包含FPGA处理芯片、机架总线隔离模块、背板总线隔离模块、缓存模块和存储模块；

其中，FPGA处理芯片通过机架总线与Master FPGA处理模块连接，用于发送触点扫描结果，以及经第二接收模块传输的核电设备开关触点信号。

FPGA处理芯片通过背板总线连接第二接收模块，用于接收核电设备开关触点信号。

优选地，机架总线、背板总线的通讯接口均设有对应的隔离模块。

在本实施例中，所述第一接收模块和第二接收模块结构相同，均包括64个通道，即DI-64板卡，用于接收核电设备开关触点信号；

优选地，核电设备开关触点信号是核电设备DO输出的断开或闭合信号。

优选地，本实施例设有三个第二机架，在第一机架和第二机架内均连接16个DI-64板卡，每个DI-64板卡配置64个通道，则共有64*16*3+64*15=4032个通道；

在本实施例中，如图4所示，第一接收模块和第二接收模块可通过硬件拨码实现通道配置；

具体地，逻辑单元包括拨码开关DI2-1和DI2-2、光电耦合器U10和非门电路U11；根据预设的单通道信号触发拨码开关的开闭，根据拨码开关的开闭控制光电耦合器的导通，将光电耦合器输出的电压信号经非门电路后得到与核电设备开关触点信号进行异或处理的信号；多通道接收端C2处为触点信号连接点，将两路信号进行异或处理。

优选地，拨码开关闭合，光电耦合器导通，输出电压为低电平，经非门电路后变为高电平，得到与核电设备开关触点信号进行异或处理的信号。

优选地，单通道信号为单通道为断开信号或闭合信号。

在本实施例中，由Master FPGA处理模块接收第一接收模块的核电设备开关触点信号和Slave FPGA处理模块上传的其它触点信号，并通过串口发送至工作站进行存储；然后根据扫描结果将故障通道信息通过DO模块输出，并报警；

Master FPGA处理模块将配置信息集发送给Slave FPGA处理模块，在Slave FPGA板卡处理模块中同样根据自身机架采集的核电设备开关触点信号得到扫描结果，并将扫描结果发送至Master FPGA处理模块。

优选地，Slave FPGA处理模块只处理并存储本机架内的通道信息，并上传至Master FPGA处理模块，Master FPGA处理模块需存储运算，将结果上传，并下载来自工作站的配置信息集。

优选地，报警信息是在Master FPGA处理模块中经过逻辑运算处理产生的；若核电设备开关触点信号与配置信息集不符，即发出报警。

优选地，配置信息集是预制的通道触点闭合或断开的信息集，用于与核电设备开关触点信号进行比较，若采集到的触点状态与预设不符，即发出报警信息。

在本实施例中，轮询周期设为纳秒级，优选设为FPGA处理模块每10ns轮询DI-64板卡的64个通道信息，通道信息经背板总线及背板总线隔离模块传输至Master FPGA处理模块中，Slave FPGA处理模块将其他通道信息经机架总线传输至Master FPGA处理模块内；得到扫描结果后，Master FPGA处理模块将故障通道信息经DO模块输出到外部报警设备。

本实施例的多通道核电设备触点扫描装置可用于获取核电站现场各系统或设备的继电器、限位开关以及其他类似的触点信号，一旦被监视的触点状态发生变化，则输出报警信息，从而核电站控制系统发出相应的报警或消报信息，且由触点扫描装置处理的触点信号仅用于报警而不参与程序控制。

现有的核电站用触点扫描装置在两毫秒轮询完所有触点，那么只能区分两毫秒间隔的触点状态，若两个重要信号出现故障的时间间隔为纳秒，就无法区分故障出现的先后顺序；本实施例将轮询周期间隔设为纳米级，轮询时间间隔缩短，可区分故障信号出现的先后顺序，从而判断故障信号是否具有连锁关系。

实施例2

本实施例提供一种上述用于核电站的基于FPGA的高速多通道核电设备触点扫描装置的工作方法，包括：

通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号；

通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理；

将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块，以使第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果；

由第一处理模块根据自身的触点扫描结果和第二处理模块的触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，包括：第一机架和至少一个第二机架；第一机架设有第一处理模块和与第一处理模块连接的第一接收模块，第二机架设有第二处理模块和与第二处理模块连接的第二接收模块；第二处理模块与第一处理模块连接，用于将第二机架的触点扫描结果发送至第一处理模块中；

第一接收模块和第二接收模块均包括运算单元、以及与运算单元连接的多通道接收端和逻辑单元；通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号，且通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理，并将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块；

第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果，根据触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序；

所述逻辑单元包括依次连接的拨码开关、光电耦合器和非门电路，以进行硬件拨码的通道配置；

硬件拨码的通道配置包括，根据预设的单通道信号触发拨码开关的开闭，根据拨码开关的开闭控制光电耦合器的导通，将光电耦合器输出的电压信号经非门电路后得到与核电设备开关触点信号进行异或处理的信号；

硬件拨码的通道配置包括，拨码开关闭合，光电耦合器导通，输出电压为低电平，经非门电路后变为高电平，得到与核电设备开关触点信号进行异或处理的信号。

2.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述第一处理模块和第二处理模块通过机架总线相连，第一处理模块与第一接收模块通过背板总线连接，第二处理模块与第二接收模块通过背板总线连接，并在接口处连接总线隔离模块。

3.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述第一处理模块包括与外部设备的通讯接口，用于上传核电设备开关触点信号，下载配置信息集以及输出故障通道信息。

4.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述第一接收模块和第二接收模块均包括64个通道。

5.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述核电设备开关触点信号为核电设备输出的断开信号或闭合信号。

6.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述第一处理模块将配置信息集分配给第二处理模块。

7.如权利要求1所述的一种多通道核电设备触点扫描装置，其特征在于，所述轮询周期设为纳秒。

8.一种权利要求1-7任一项所述的多通道核电设备触点扫描装置的工作方法，其特征在于，包括：

通过多通道接收端并行接收核电设备开关触点信号；

通过逻辑单元对预设的单通道信号进行非运算，将运算结果和对应通道的核电设备开关触点信号通过运算单元进行异或预处理；

将预处理后的核电设备开关触点信号分别发送至第一处理模块和第二处理模块，以使第一处理模块和第二处理模块根据预处理后的核电设备开关触点信号与配置信息集得到触点扫描结果；

由第一处理模块根据自身的触点扫描结果和第二处理模块的触点扫描结果判断故障通道，并根据预设轮询周期得到故障通道内核电设备开关触点故障信号的先后顺序。

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