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Leistungseinspeisungs-Uberwachung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungseinspeisungs-Uberwachung
mit verteiler Intelligenz und insbesondere auf eine derartige Leistungseinspeisungs-Uberwachung,
die eine Leistungseinspeisungs-Statusinformation kontinuierlich überwacht und speichert
für eine Abfrage und ein Alarmsignal sendet, wenn eine Versorgung versagt.
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Moderne Kernkraftwerke verwenden Reaktor-Schutzsysteme, die ein Selbsttest-Untersystem
und verteilte Komponentenkarten enthalten. Derartige Untersysteme, wie sie in der
deutschen Patentanmeldung P 33 22 509.5 angegeben sind, versuchen, für ein frühzeitiges
Auffinden von zufällig ausgefallenen Komponenten zu sorgen, um die Dauer oder das
"Zeitfenster" der Ausfälle zu verkürzen. Ein redundanter Vielfach-Aufbau minimiert
extrem die Wahrscheinlichkeit einer Koinzidenz zwischen Fehler-Zeitfenstern.
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Gleichzeitig auftretende Fehler verkleinern den betrieblichen Wirkungsgrades
des Kraftwerkes und könnten in unwahrscheinlichen Fällen zu einer Notabschaltung
(SCRAM) oder zu einem katastrophalen Unglück führen. Die Unterstützungssysteme einschließlich
der Leistungseinspeisung müssen häufig getestet bzw. geprüft werden. Die bekannte
Spannungsprüfung von Leistungseinspeisungen erforderte, daß das Selbsttest-Untersystem
eine Karte und Lasttestinstruktionen seriell eingibt. Die Karte führte die Prüfung
aus und gab die Ergebnisse in ein Statusregister, die das Selbsttest-Untersystem
dann für den Status der Leistungseinspeisungen las. Die Toleranzabweichungen von
Leistungseinspeisungen in einem Kernkraftwerk macht die Prüfung noch schwieriger.
Einige Versorgungen müssen äußerst stetig gehalten werden, während andere eine gewisse
Fluktuation gestatten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Leistungseinspeisungs-überwachung
durch ein Uberwachungsgerät (Monitor) mit verteilter Intelligenz zu schaffen, das
für eine kontinuierliche Uberwachung für eine frühzeitige Erfassung und Benachrichtigung
des Selbsttest-Untersystemsüber fehlerhafte Einspeisungen sorgt und das die Leistungseinspeisungs-Statusinformation
vorverarbeitet und speichert bis die Information bei einer Abfrage durch das Selbsttest-Untersystem
ausgegeben wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Uberwachungsgerät (Monitor) für die elektrischen
Einspeisungen in einem Kernreaktor geschaffen.
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Es überwacht Speisespannungen und verarbeitet deren Werte kontinuierlich,
außer wenn es durch ein Selbsttest-Untersystem abgefragt wird bezüglich einer Information
über defekte Leistungseinspeisungen. In der Leistungseinspeisungs-Uberwachung steuert
ein Mikroprozessor zwei Eingangs-Multiplexer. Ein unter vorzugsweise sechzehn Eingängen
wird von einem ersten Multiplexer ausgewählt. Ausgangssignale werden in Paaren ausgegeben,
und ein zweiter Multiplexer wählt eines der Paare, wodurch Streuströme aus nicht-gewählten
Multiplexer-Ausgangsleitungen
auf ein Minimum gesenkt werden. Die
Differenz der Ströme wird in eine skalierte Spannungsdarstellung durch zwei Operationsverstärker
umgewandelt, die eine Gleichtakt-Unterdrückungseinstellung aufweisen. Dann digitalisiert
ein Analog/Digital-Wandler die Signale, und die Signale werden in einem E/A-Puffer
gespeichert. In einem Speicher gespeicherte Algorithmen werden durch einen Mikroprozessor
ausgeführt, um die Signale zu verarbeiten und Fehlereinspeisungs-Informationen in
einem Arbeitsspeicher (RAM) in dem E/A-Puffer zu speichern. Der Prozessor liest
und aktualisiert sukzessive die Leistungseinspeisungs-Daten, um Wechselspannungen
zu berechnen, und er überwacht Gleichspannungs-Leitungsschwankungen. Die gespeicherten
Werte werden periodisch geprüft, um festzustellen, ob Kombinationen von Leistungseinspeisungen
die Prüfungen hinsichtlich korrekter Spannungen relativ zueinander bestehen. Ein
Alarm-Register unterbricht das Selbsttest-Untersystem für eine anscheinend fehlerhafte
Einspeisung. Das Selbsttest-Untersystem fragt dann das Uberwachungsgerät ab hinsichtlich
der Identität der fehlerhaften Einspeisung und der Art des Fehlers.
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Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand
der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein schematisches Blockbild von der Leistungseinspeisungs-Uberwachung
von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Eingangssignale von vielen Leistungseinspeisungen
empfängt und vorverarbeitete Daten an ein Selbsttest-Untersystem abgibt. Fig. 1
zeigt ferner, wie die Uberwachung hinsichtlich der Fig. 2, 3, 4 und 5 unterteilt
ist.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der ersten Stufe des Multiplex-Verfahrens
zum Auswählen von Leistungseinspeisungs-Uberwachungsleitern.
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Fig. 3 ist eine Tabelle von üblichen Teilenummern und eine schematische
Darstellung der zweiten Stufe des Multiplex-Verfahrens, der Spannungsdifferenzschaltung,
des Analog/Digital=Wandlers und des Eingangs in den E/A-Puffer.
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Fig. 4 zeigt den Mikrocomputer, den Speicher, der Test-Algorithmen
und Spannungs-Standards speichert, und den E/A-Puffer.
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Fig. 5 zeigt die Kartenwählleitung von dem Selbsttest-Untersystem
und die Alarm- und Seriendatenleitungen zu dem Selbsttest-Untersystem.
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Das Leistungseinspeisungs-Uberwachungsgerät 99 ist eine Einrichtung
mit verteilter Intelligenz zur Lieferung einer vorverarbeiteten Information über
den Status von Leistungseinspeisungen an ein Selbsttest-Untersystem. Während das
Selbsttest-Untersystem andere Funktionen beim Testen eines Kernreaktor-Regelsystems
erledigt, testet bzw. prüft das überwachungsgerät 99 unabhängig den Status der Leistungseinspeisungen,
die mit seinen Eingängen 50 verbunden sind1 rund speichert Testergebnisse in einem
E/A-Puffer 23. Die durch diese Einheit überwachten Leistungseinspeisungen liegen
in dem Bereich + 50 Volt, sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung, und haben
veränderliche Charakteristiken. Wechselspannungseinspeisungen werden hinsichtlich
Frequenzdrift überwacht und Effektivspannungswerte werden berechnet. Einige Gleichspannungseinspeisungen
sind relativ tolerant gegenüber momentanen Fluktuationen, einige Einspeisungen können
eine größere mittlere Abweichung von einem vorgeschriebenen Wert tolerieren als
andere und noch andere Einspeisungen müssen in genau angegebenen Verhältnissen zueinander
bleiben.
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Die Leistungseinspeisungs-Uberwachung 99 befindet sich auf einer Karte,
die vorzugsweise sechzehn Paare von Eingangsanschlüsse für zu überwachende Leistungseinspeisungen,
eine erste Multiplexer-Stufe 18 für sechzehn Paare auf acht
Paare
und eine zweite Multiplexer-Stufe für acht Paare auf ein Paar, eine Spannungsdifferenzschaltung
60, einen Analog/ Digital-Wandler 25, einen E/A-Puffer 23, einen Mikrocomputer 22,
um die Multiplexer und den E/A-Puffer zu steuern, eine Adressenverriegelung 30,
einen Speicher 31 zur Lieferung der Algorithmen für den Computer 22, einen Kartenwähleingang
70 von einem externen Selbsttest-Untersystem-Computer und Leistungseinspeisungs-Statusausgangsleitungen
135 und 136 zu dem externen Computer aufweist. Algorithmen zum Testen der Eingangspaare
werden entweder individuell oder in Verknüpfung im Speicher 31 gespeichert, der
vorzugsweise ein EPROM ist, wie beispielsweise ein übliches Industrieteil NMC27C16.
Die hier verwendeten Teilenummern basieren auf dem D.A.T.A.-Buch, das durch D.A.T.A.
Inc, Pine Brook, N.J. veröffentlicht ist.
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Die Algorithmen werden durch den Mikrocomputer 22 verarbeitet, der
vorzugsweise ein Mikrocomputer mit der Teilenummer NSC800 ist. Der Computer 22 ist
ein 8-Bit-CMOS-Prozessor, der eine Frequenz von 2,5 MHz hat, wenn er durch einen
5 MHz-Taktgeber 59 getaktet wird. Die Uberwachungsroutine beginnt mit einer Initialisierung,
woraufhin der Computer 22 eine Startadresse an den 16-Bit-Bus 100 abgibt. Der Computer
22 setzt die Leitung 145 hoch, um anzugeben, daß die obere Hälfte des Bus 100 eine
Adresse hat. Die Verriegelung 30, die vorzugsweise die Teilenummer 54C373 hat, verriegelt
die obere Hälfte der Adresse auf dem Bus 102 zum Speicher 31. Der Computer 22 setzt
die Leitung 145 tief, um die Verriegelung 30 zu sperren und die untere Hälfte der
Adresse wird dem Speicher 31 zugeführt.
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Der Speicher 31 gibt ein 8-Bit-Datenbyte auf dem Bus 100 ab, das durch
den Computer 22 gelesen und ausgeführt wird. Der Computer 22 wiederholt diesen Zyklus,
um die in dem Speicher 31 gespeicherten Test-Algorithmen auszuführen. Um einen neuen
Eingang unter den Paaren 50 auszuwählen, liefert der Computer 22 eine Adresse auf
dem Bus 100 und hebt die Leitung 145 an, um den E/A-Puffer 23, vorzugsweise mit
der Teilenummer N5C810, zu informieren, daß eine Adresse auf der oberen Hälfte des
Bus ist. Der Computer 22 setzt die Schreibleitung 146 tief, um dem E/A-Puffer 23
anzuzeigen, daß der Computer 22 in ihn
schreibt1 und der Computer
22 setzt die Daten/Adress-Leitung 145 tief, um anzuzeigen, daß die Daten auf der
oberen Hälfte des Bus sind. Der Computer 22 schreibt die Daten in eine Adresse auf
dem E/A-Puffer-Ausgangsbus 52, die 4 Bit breit ist. Die 4 Bits, die von dem E/A-Puffer
23 bei 5 Volt und Erde bzw. Masse abgegeben werden, spezifizieren eins der sechzehn
Eingangspaare. Um das Verhältnis von Signal zu Umgebungs-Hintergrundrauschen zu
verbessern, werden die 5-Volt-Signale auf 12 Volt auf dem Bus 53 angehoben durch
den Pegelschieber 21, der vorzugsweise die Teilenummer 54LS03 hat. Der Decoder 20,
der vorzugsweise die Teilenummer MC14514 hat, decodiert die 4 Bits in sechzehn Ausgänge
101 bis 116 auf dem Bus 54. Alle bis auf eine Ausgangsleitung aus dem Decoder 20
haben ein Nicht-Wähl-Signal, das vorzugsweise eine niedrige Spannung ist. Die Leitungen
aus dem zu prüfenden Eingangspaar, beispielsweise 49, werden durch eine hohe Spannung
ausgewählt. Für jedes Leistungseinspeisungs-Elngangspaar weist der Nultiplexer 18
einen zweipoligen Umschalt-Stromsteuerschalter, vorzugsweise mit der Teilenummer
AD751 21 auf. Die ansteigende Pulsflanke des hohen Signals, das an dem gewählten
Schalter in dem Multiplexer 18 ankommt, schaltet den Schalter. Für Eingangspaare
50 erscheint das Uberwachungsgerät immer als eine virtuelle Masse bzw. Erde.
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Die nicht-gewählten Schalter sind an Erde bzw. Masse gelegt und die
gewählten Schalter steuern einen sehr kleinen Strom auf mit einem anderen Schalter
geteilten Leitungen zum Multiplexer 19. Die Umschaltung bewirkt praktisch keine
Spannungsänderung an den Eingangsanschlüssen, was eine durch kapazitive Belastung
hervorgerufene Schaltverzögerung vermeidet. Der Multiplexer 19 benutzt die drei
höchstwertigen Bit-Leitungen 125 von dem Bus 53, um ein Paar auszuwählen.
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Ströme aus dem Multiplexer 19 werden auf Leitungen 109 und 110 abgegeben,
die mit den Eingängen einer Spannungsdifferenzschaltung 60 verbunden sind. Der kleine
Strom auf der Leitung 110 wird in eine Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen
an dem Ausgang eines Operationsverstärkers 2 umgewandelt.
Die Spannung
über dem einstellbaren Gleichtakt-Unterdrückungs-Widerstand 38 und Widerstand 39
erzeugt einen Strom umgekehrt zu dem Strom auf der Leitung 110. Der Strom auf der
Leitung 110 wird zu dem Strom auf der Leitung 109 am negativen Eingang zu einem
Operationsverstärker 1 hinzuaddiert. Der Operationsverstärker 1 erzeugt eine Spannung
an seinem Ausgang 56, die gegenüber der Spannung zwischen den zwei Leistungseinspeisungs-Eingangsleitungen
49 vorzugsweise 1 skaliert ist.
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Die analoge Spannung am Ausgang 56 der Spannungsdifferenzschaltung
60 wird in einen GO-Bit-Digitalwert durch einen für bipolare Eingangssignale vorgesehenen
Analog/Digital-Wandler 25 umgewandeltz der vorzugsweise ein üblicher Wandler mit
der Teilenummer AD571 ist. Der digitale Wert wird über den Bus 58 zum E/A Puffer
23 geleitet.
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Der Computer 22 setzt die Leitung 145 hoch, um dem E/A-Puffer 23 eine
Adresse anzugeben und schreibt dann auf dem Bus 100 die E/A-Eingangsadresse des
Bus 58. Der Computer 22 setzt die Leseleitung 147 tief, und der E/A-Puffer 23 stellt
die Daten vom Bus 58 zum Bus 100 für das Lesen dar. Der Computer 22 liest die Daten
und führt einen Algoritlemus aus dem Speicher 31 aus, wobei er die Daten mit ebenfalls
vom Speicher 31 erhaltenen Standardwerten in der oben beschriebenen Weise vergleicht.
Da ein A/D-Wandler nur Augenblicksspannungen umwandeln kann, wird die Wechselspannung
durch eine Routine aus dem Speicher 31 berechnet, die den Nullspannungs-Durchgang
lokalisiert und während einer Wechselstromperiode viele gleichbeabstandete Proben
(samples) nimmt. Die Proben und deren Gesamtwert werden mit Einzel- und Gesamtbereichsgrenzwerten
verglichen, die in dem Speicher 31 gespeichert sind. Wenn mehr als drei Proben außerh#lb
ihres Bereiches liegen, wird die Einspeisung als außerhalb der Toleranz liegend
erklärt, und es wird ein Alaxmsignal auf der E,'A-1eitung 125 geliefert.
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Der Computer 22 stellt fest, ob die zwei Eingangsspannungen zufriedenstellend
sind, und wenn nicht, speichert er eine Diagnosenachricht in dem E/A-Puffer 23.
Der E/A-Puffer 23 enthält eine Wächtersteuerung, die ein Abort- und Reinitialisierungssignal
auf der Leitung 148 zum Computer 22 sendet, wenn der Puffer nicht eine Diagnosenachricht
innerhalb einer gewählten Anzahl von Millisekunden empfängt. Die erste Fehler dlagnosenachricht
setzt ein Alarm-Bit oder Flagge an der Ausgangsleitung 125 des Puffers 23, wenn
die Flagge durch einen Initialisierungszyklus zurückgesetzt worden ist. Die Einzelheiten
der Diagnose, die die Zeit, Dauer und Größe der nicht zufriedenstellenden Spannung
enthalten kann, werden an anderen Adressen im E/A-Puffer 23 gespeichert für eine
spätere serielle Ausgabe auf der Leitung 126. Die Ausgangsleitungen 125 und 126
des Selbsttest-Untersystems werden in ihrem Pegel verschoben, wie es vorstehend
beschrieben wurde, durch den gleichartigen Pegelschieber 24. Die Leitung 125, verschoben
zur Leitung 135, ist ein Eingang zu einem AND-Gatter 29. Das andere Eingangssignal
zum Gatter 29 ist normalerweise ein hochgesetztes Freigabesignal auf der Leitung
41 aus dem Selbsttest-Untersystem. Ein hohes Signal auf der Leitung 135 bewirkt
ein hohes Signal an der Alarm-Ausgangsleitung 47 des Gatters 29, wodurch vorzugsweise
eine Hardware-Unterbrechung im Selbstte#t-Untersystem bewirkt wird. Das Selbsttest-Untersystem
fragt dann das Überwachungsgerät nach vorverarbeiteten Details des auftretenden
Fehlers ab, die in dem E/A-Puffer 23 gespeichert sind.
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Das Selbsttest-Untersystem fragt das Überwachungsgerät 99 routinemäßig
in Abständen von wenigen Minuten oder schneller auf einer Alarmbasis ab, indem ein
hohes "Kartenwähl"-Signal auf der Leitung 70 zum Unterbrechungseingang des Computers
22 gesendet wird. Der Computer 22 führt einen anderen Algorithmus aus, der in dem
Speicher 31 gespeichert ist, wodurch der E/A-Puffer seriell die Diagnosen auf der
Leitung 126 ausschreibt,
die in ihrem Pegel verschoben wird zur
"seriellen Testausgangsdaten"-Leitung 67 zum Selbsttest-Untersystem. Das Selbsttest-Untersystem
führt dann die Routinen für eine weitere Analyse der Daten aus. Üblicherweise bewirkt
ein Fehler in einer Leistungseinspeisung, daß eine Nachricht zum Reaktor geleitet
wird, die daraufhin weist, daß eine Leistungseinspeisung außerhalb der Toleranz
liegt.
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