CN114167839A - 一种核电厂dcs系统响应时间测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电厂DCS系统响应时间测试装置及方法，测试装置至少包括两个机柜，机柜包括主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块；主控模块内设置有计数模块、时钟周期和超时时间幅值；同步模块与I/O模块、主控模块通信连接，各个机柜中的同步模块通信连接；I/O模块包括I/O输出模块和I/O输入模块，I/O信号转接调理模块包括输出转接调理模块和输入转接调理模块；输入转接调理模块用于采集DCS系统的I/O信号并进行信号转换输出至I/O输入模块，输出转接调理模块用于采集I/O输出模块输出的I/O信号并进行信号转换输出至DCS系统；I/O信号包括模拟量、开关量、热电阻、热电偶和脉冲量。本发明解决了现有测试方法导致测试周期较长，易出现人为误差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种核电厂DCS系统响应时间测试装置及方法。
背景技术
核电厂数字化仪控系统(DCS)作为现代核电厂的关键设备，是核电站的重要组成部分，对核电厂的安全稳定运行起着至关重要的作用。为保证核电厂数字化仪控系统的可靠性、稳定性，需要对核电厂数字化仪控系统进行严格的测试。响应时间作为DCS系统的关键性能指标，其大小直接影响到核反应堆的安全。
目前的DCS系统响应时间测试方法是采用高精度示波器或记录仪进行测试，首先将测试装置接入被测系统的信号输入和输出端子，通过测试装置向DCS系统注入信号，建立非停堆以及专设安全设施未启动工况。然后根据所选的紧急停堆功能(或专设安全设施驱动功能)改变测试装置对应的输出值，用高精度示波器(或记录仪)记录此时刻T0，被测DCS系统因输入的改变触发停堆信号(或专设安全设施驱动信号)输出，用高精度示波器(记录仪)记录此时刻T1。最后在示波器上读取T1与T0的差值即为响应时间。
核电厂DCS系统紧急停堆功能和专设安全设施驱动功能往往有几十上百个，工厂测试中每一个紧急停堆和专设安全设施驱动功能响应时间均要覆盖，与之相关的测量点可达数百个。而示波器(或记录仪)的通道有限，不能同时监测所有输入输出信号，因此测试时需要人工拆接测试线缆，并且每次测试时需要人工操作示波器(或记录仪)光标来读取T1和T0的差值。最终导致系统响应时间测试周期较长、易出现人因差错以及很难得到具有统计学意义的大量数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电厂DCS系统响应时间测试装置及方法，解决现有测试方法导致测试周期较长，易出现人为误差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，至少包括两个机柜，所述机柜包括主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块；
所述主控模块内设置有计数模块、时钟周期和超时时间幅值；所述计数模块用于计算在超时时间幅值内或输入信号电平翻转前，主控模块内的时钟周期运行的次数；
所述同步模块与I/O模块、主控模块通信连接，各个机柜中的同步模块通信连接，用于实现各个机柜中主控模块同步，以及实现各个机柜I/O信号同步，即将各个机柜的主控模块之间的时钟以及主控模块，同时将各个机柜的I/O信号进行同步；
所述I/O模块包括I/O输出模块和I/O输入模块，所述I/O信号转接调理模块包括输出转接调理模块和输入转接调理模块；
所述输入转接调理模块用于采集DCS系统的输出信号并进行信号转换输出至I/O输入模块，所述输出转接调理模块用于采集I/O输出模块输出的I/O信号并进行信号转换输出至DCS系统；
所述I/O信号包括模拟量、开关量、热电阻、热电偶和脉冲量。
本发明采用多个机柜同时对DCS系统响应时间进行测试，能够解决现有示波器测试导需要多次测试才能完成DCS系统的响应时间进行测试的问题，同时，为了满足各个机柜之间的信号同步，采用了上述硬件结构，上述测试装置能实现利用任意一个机柜中的同步模块输出信号作为整个测试装置的触发信号，即所有输出信号都可以使用同一个触发信号触发，从而保证输出信号都在同一时刻。
进一步地，I/O信号转接调理模块包括模拟量输入转接调理模块、模拟量输出转接调理模块、开关量输入转接调理模块、开关量输出转接调理模块、热电阻转接调理模块、热电偶转接调理模块；所述I/O模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、开关量输入模块、热电阻输出模块；
所述模拟量输入转接调理模块用于采集DCS系统的电流信号，并将电流信号调理为直流电压信号输出至模拟量输入模块；
所述模拟量输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号，并将直流电压信号调理为电流信号输出至DCS系统；
所述热电偶输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号，并将直流电压信号调理为热电偶(毫伏信号)信号输出至DCS系统；
所述开关量输入转接调理模块用于采集DCS系统的开关量输出信号，并将开关量信号输送至开关量输入模块；
所述开关量输出转接调理模块用于采集开关量输出模块的开关量输出信号，开关量输出信号经开关量输出转接调理模块中光耦隔离输出开关量信号；
所述热电阻输出模块用于输出电阻信号，输出电阻信号输出至热电阻转接调理模块进行转接，转接后输出至DCS系统
进一步地，机柜包括背板模块；
所述主控模块、同步模块以及I/O模块均安装在背板模块上，所述背板模块上设置有通信总线和触发总线，所述主控模块通过通信总线与同步模块、I/O模块进行通信，所述主控模块通过触发总线实现各个机柜信号同步。
进一步地，机柜还包括电源模块；
所述电源模块用于向主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块供电。
进一步地，机柜包括壳体，所述主控模块、同步模块、I/O模块、I/O信号转接调理模块和电源模块安装在壳体内，所述壳体的底部设置有滚轮。
进一步地，还包括上位机和交换机；
所述主控模块通过交换机与上位机通信连接，本发明的同步模块还能实现将各个机柜主控模块的时钟与上位机的时钟进行同步。
进一步地，主控模块与上位机之间的网络结构采用星型拓扑结构并支持TCP/IP协议，以交换机作为中心节点，各个机柜以及上位机均通过网线与交换机连接。
进一步地，上位机包括操作界面，所述操作界面能够实现启动指令、数据处理和报告打印。
进一步地，主控模块的硬件接口包括以太网接口、USB端口和串行端口。
核电厂DCS系统响应时间测试方法，包括以下步骤：
S1、利用任意一个机柜中的同步模块输出信号作为整个测试装置的触发信号，各个机柜中同时向DCS系统输出信号，触发信号输出同时，主控模块中的程序按照主控时钟周期开始计数，判断输入电平信号是否翻转，当电平信号没有翻转时，计数次数加1，并判断是否超时，如果没有超时，则再次断输入电平信号是否翻转，如果没有翻转，计数次数加1，直到判断为超时，则停止计数；当电平信号翻转时，直接停止计数；
S2、根据步骤S1获得的周期计数次数和时钟周期确定响应时间，所述响应时间为计数值乘以主控模块的时钟周期。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述测试装置可实现一键自动执行响应时间测试用例，自动测量和处理响应时间数据并生成测试报告。相较传统测试方法，该测试装置能够大幅度地提高测试效率、测试准确度、减少人因差错以及人力投入。
2、本发明所述测试装置能实现利用任意一个机柜中的同步模块输出信号作为整个测试装置的触发信号，即所有输出信号都可以使用同一个触发信号触发，从而保证输出信号都在同一时刻。
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为本发明测试装置的原理框图；
图2为本发明的测试原理图；
图3为本发明测试方法的逻辑框图。
具体实施方式
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：
如图1-图2所示，一种核电厂DCS系统响应时间测试装置至少包括两个机柜，还包括上位机和交换机；
所述机柜包括主控模块、同步模块、I/O模块、背板模块、I/O信号转接调理模块和电源模块；
所述主控模块内设置有计数模块、时钟周期和超时时间幅值；所述计数模块用于计算在超时时间幅值内或输入信号电平翻转前，主控模块内的时钟周期运行的次数；
所述主控模块通过交换机与上位机通信连接：
所述主控模块与上位机之间的网络结构采用星型拓扑结构并支持TCP/IP协议，以交换机作为中心节点，各个机柜以及上位机均通过网线与交换机连接，
所述主控模块支持嵌入式系统，可编程以实现对I/O模块的控制和管理、实现各种通讯协议及服务，硬件接口包括以太网接口、USB端口、串行端口等外设接口。
所述同步模块与I/O模块、主控模块通信连接，各个机柜中的同步模块通信连接，同步模块与主控模块安装在同一背板模块上，将各个机柜主控模块之间的时钟以及主控模块与上位机的时钟进行同步，同时将各个机柜的I/O信号进行同步。
所述I/O信号转接调理模块包括模拟量输入转接调理模块、模拟量输出转接调理模块、开关量输入转接调理模块、开关量输出转接调理模块、热电阻转接调理模块、热电偶转接调理模块；所述I/O模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、开关量输入模块、热电阻输出模块；
所述模拟量输入转接调理模块用于采集DCS系统的电流信号(4-20mA电流信号)，并将电流信号调理为直流电压信号输出至模拟量输入模块，同时隔离输入输出信号以及切换有源/无源；
所述热电偶输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号，并将直流电压信号调理为热电偶(毫伏信号)信号输出至DCS系统；
所述模拟量输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号(-10～10V信号)，并将直流电压信号调理为电流信号(4-20mA输入电流信号)输出至DCS系统，同时隔离输入输出信号以及切换有源/无源；
所述开关量输入转接调理模块用于采集DCS系统的开关量输出信号，并将开关量输入信号输送至开关量输入模块；
所述开关量输出转接调理模块用于采集开关量输出模块的开关量输出信号，开关量输出信号经开关量输出转接调理模块中光耦隔离输出开关量信号；
所述热电阻输出模块用于输出电阻信号，输出电阻信号输出至热电阻转接调理模块进行转接，转接后输出至DCS系统。
所述主控模块、同步模块以及I/O模块均安装在背板模块上，所述背板模块上设置有通信总线和触发总线，所述主控模块通过通信总线与同步模块、I/O模块进行通信，所述主控模块通过触发总线实现各个机柜信号同步。
所述机柜还包括电源模块；
所述电源模块用于向主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块供电。
在本实施例中，所述机柜包括壳体，所述主控模块、同步模块、I/O模块、I/O信号转接调理模块和电源模块安装在壳体内，所述壳体的底部设置有滚轮。
在本实施例中，所述上位机包括操作界面，所述操作界面能够实现启动指令、数据处理和报告打印。
如图3所示，基于上述测试装置的测试方法，包括以下步骤：
S1、利用任意一个机柜中的同步模块输出信号(各个机柜的同步模块之间有信号线连接，该信号由其中一个机柜中同步模块输出，由其它机柜同步模块采集，该信号作为整个测试装置的触发信号)作为整个测试装置的触发信号，各个机柜中同时向DCS系统输出信号，触发信号输出同时，主控模块中的程序按照主控时钟周期开始计数，判断输入电平信号是否翻转，当电平信号没有翻转时，计数次数加1，并判断是否超时，如果没有超时，则再次断输入电平信号是否翻转，如果没有翻转，计数次数加1，直到判断为超时，则停止计数；当电平信号翻转时，直接停止计数；
S2、根据步骤S1获得的周期计数次数和时钟周期确定响应时间，所述响应时间为计数值乘以主控模块的时钟周期。
本实施例所述测试方法以一路同步模块输出信号作为整个响应时间测试装置的触发信号，利用背板电路的触发总线以及连接各机柜同步模块的信号同步线缆，软件给出的所有输出信号都可以使用同一个触发信号触发，从而保证输出信号都在同一时刻。触发信号输出同时，主控模块中程序按照主控时钟周期开始计数，若达到设置的超时时间而每路信号电平还未翻转或未到达超时时间而每路电平信号翻转，则停止对该路信号计数，若达到设置的超时时间而每路信号电平还未翻转，则停止对该路信号计数，计数值乘以主控模块时钟周期就是该路信号的响应时间。
主控模块依据预先载入到板卡的程序，在输出触发信号的同时查看各输入点的电平状态，每个主控周期计数加1，电平发生翻转或者达到超时时间则停止加1，上位机按照测试任务统计对应的输入点位的计数次数，该次数乘以主控模块周期得到对应通道的响应时间。
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)
1.一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，至少包括两个机柜，所述机柜包括主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块；
所述主控模块内设置有计数模块、时钟周期和超时时间幅值；所述计数模块用于计算在超时时间幅值内或输入信号电平翻转前，主控模块内的时钟周期运行的次数；
所述同步模块与I/O模块、主控模块通信连接，各个机柜中的同步模块通信连接；
所述I/O模块包括I/O输出模块和I/O输入模块，所述I/O信号转接调理模块包括输出转接调理模块和输入转接调理模块；
所述输入转接调理模块用于采集DCS系统的输出信号并进行信号转换输出至I/O输入模块，所述输出转接调理模块用于采集I/O输出模块输出的I/O信号并进行信号转换输出至DCS系统；
所述I/O信号包括模拟量、开关量、热电阻、热电偶和脉冲量。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述I/O信号转接调理模块包括模拟量输入转接调理模块、模拟量输出转接调理模块、开关量输入转接调理模块、开关量输出转接调理模块、热电阻转接调理模块、热电偶转接调理模块；所述I/O模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、开关量输入模块、热电阻输出模块；
所述模拟量输入转接调理模块用于采集DCS系统的电流信号，并将电流信号调理为直流电压信号输出至模拟量输入模块；
所述模拟量输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号，并将直流电压信号调理为电流信号输出至DCS系统；
所述热电偶输出转接调理模块用于采集模拟量输出模块的直流电压信号，并将直流电压信号调理为热电偶信号输出至DCS系统；
所述开关量输入转接调理模块用于采集DCS系统的开关量输出信号，并将开关量信号输送至开关量输入模块；
所述开关量输出转接调理模块用于采集开关量输出模块的开关量输出信号，开关量输出信号经开关量输出转接调理模块中光耦隔离输出开关量信号；
所述热电阻输出模块用于输出电阻信号，输出电阻信号输出至热电阻转接调理模块进行转接，转接后输出至DCS系统。
3.根据权利要求1所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述机柜包括背板模块；
所述主控模块、同步模块以及I/O模块均安装在背板模块上，所述背板模块上设置有通信总线和触发总线，所述主控模块通过通信总线与同步模块、I/O模块进行通信，所述主控模块通过触发总线实现各个机柜信号同步。
4.根据权利要求1所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述机柜还包括电源模块；
所述电源模块用于向主控模块、同步模块、I/O模块和I/O信号转接调理模块供电。
5.根据权利要求4所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述机柜包括壳体，所述主控模块、同步模块、I/O模块、I/O信号转接调理模块和电源模块安装在壳体内，所述壳体的底部设置有滚轮。
6.根据权利要求1所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，还包括上位机和交换机；
所述主控模块通过交换机与上位机通信连接。
7.根据权利要求6所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述主控模块与上位机之间的网络结构采用星型拓扑结构并支持TCP/IP协议，以交换机作为中心节点，各个机柜以及上位机均通过网线与交换机连接。
8.根据权利要求6所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述上位机包括操作界面，所述操作界面能够实现启动指令、数据处理和报告打印。
9.根据权利要求6所述的一种核电厂DCS系统响应时间测试装置，其特征在于，所述主控模块的硬件接口包括以太网接口、USB端口和串行端口。
10.基于权利要求1-9任一项所述测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用任意一个机柜中的同步模块输出信号作为整个测试装置的触发信号，各个机柜中同时向DCS系统输出信号，触发信号输出同时，主控模块中的程序按照主控时钟周期开始计数，判断输入电平信号是否翻转，当电平信号没有翻转时，计数次数加1，并判断是否超时，如果没有超时，则再次断输入电平信号是否翻转，如果没有翻转，计数次数加1，直到判断为超时，则停止计数；当电平信号翻转时，直接停止计数；
S2、根据步骤S1获得的周期计数次数和时钟周期确定响应时间，所述响应时间为计数值乘以主控模块的时钟周期。
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| CN114167839B (zh) | 2024-01-26 |
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