公开/公告号CN112630567A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-04-09
原文格式PDF
申请/专利权人 山东核电有限公司;国核自仪系统工程有限公司;
申请/专利号CN202011465166.2
申请日2020-12-14
分类号G01R31/00(20060101);G05B19/042(20060101);G21D3/00(20060101);
代理机构31001 上海申汇专利代理有限公司;
代理人徐俊
地址 264000 山东省烟台市高新区港城东大街15号
入库时间 2023-06-19 10:32:14
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA技术的自动响应时间测试方案,属于核动力堆保护系统的响应时间测试技术领域。
背景技术
保护系统是核电站最重要的安全级系统,关乎电厂的安全运行,为了确保保护系统的功能性能满足要求,需要在电厂运行后定期对保护系统进行响应时间测试,确保系统的响应时间满足核电厂技术规格书的要求。
保护系统响应时间测试是核电站最复杂、工期最长、风险最高的定期监督试验项目之一。该定期监督试验通常在电厂换料大修期间进行,而换料大修工期有严格要求。一般来说换料大修期间会提供2-3天的试验窗口,所有试验项目大约200项内容需在此期间全部完成,对响应时间测试的效率有相当高的要求,因此需要提高响应时间测试的自动化程度。
在过去的保护系统响应时间测试过程中,通常使用信号发生器、示波器等台式仪器仪表进行测试,其测试效率低,劳动强度大,这种测试方式已不再适用于当前数字化仪控系统的需求,同时也容易造成人因事件的发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是响应时间计时精度差的问题,响应时间测试效率低的问题,响应时间测试装置集成度低的问题,响应时间测试数据管理的问题。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供了一种基于FPGA技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:包括机箱、转接箱、高密度连接器和电源模块,其中机箱包括控制器、模拟量和数字量I/O模块、FPGA模块,其中控制器用于实现响应时间测试的软件;I/O模块用于模拟保护系统的输入、以及接收保护系统的输出;FPGA模块为计时模块、实现响应时间计时功能,响应时间测试基于FPGA技术,开始计时信号基于机箱的同步触发总线技术,不同电压等级的转换基于光耦模块实现,所有与测试装置相关的数据通过数据库进行管理,整个测试系统高度集成度高。
其中,计时模块由FPGA卡件开发,基于FPGA卡开发的计时模块具有高集成度的计时通道。
其中,计时模块的时钟基准来自FPGA卡本身自带的时钟源-晶振。
其中,FPGA使用不高于5VDC的输入信号,保护系统数字量输出是24VDC或48VDC,因此为满足FPGA的输入信号电压等级要求,光耦模块将保护系统的高电压输入信号转换成FPGA可接收的低电压信号。
其中,使用了基于PXI总线技术的机箱,将系统所需的控制器、I/O卡和计时模块均集成在一个机箱内或扩展后的少量机箱内,实现一个高度集成的测试系统。
其中,为精确记录机箱内I/O卡件输出信号的时间,机箱内采用同步触发总线技术,I/O卡件输出信号的同时向计时模块发送一个开始计时信号,该触发总线同步精度可达微秒级。利用基于PXI总线技术的测试机箱,具有机箱内卡件同步触发的功能。
其中,响应时间测试的软件部分是基于NI的LabView平台及其FPGA软件开发包完成,响应时间测量部分使用FPGA软件开发包对FPGA卡进行二次开发,最终的响应时间测试软件使用LabView开发,并将FPGA程序集成到整个测试软件中。
其中,所有后台测试数据的管理基于数据库进行管理,包括系统硬件配置信号、测试规程管理、测试结果的记录等。
其中,测试软件分为三层结构。第一层为主程序层承担人机接口的功能;第二层为测试层,该层程序负责对测试信号进行数据处理,向第一层提供人机接口信息,向第三层程序发送输出信号的请求,接收第三层程序的输入信号。第三层为驱动层,该层负责驱动硬件板卡按照上层逻辑给出的信号发送给保护系统,以及接收保护系统的输出信号。
本发明优点在于:
1.利用FPGA芯片逻辑可定制的技术特点,将FPGA芯片的输入管脚设计为计时开始信号和计时结束信号的输入端。
2.利用FPGA卡的晶振作为标准的计时信号源,该晶振除作为FPGA芯片逻辑处理的时钟外,还通过FPGA芯片逻辑处理后作为计时功能的标准的计时信号源。
3.利用PXI总线的同步触发功能,确保FPGA芯片能够精确采集到开始计时信号。
附图说明
图1是保护系统响应时间测试装置系统结构图;
图2是SAC系统结构图;
图3是SAC硬件结构图;
图4是模块间连接示意图;
图5是信号传输图;
图6是连接示意图;
图7是测试软件主页。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
实施例
如图1所示,针对核电站反应堆保护系统的基于FPGA(现场可编程逻辑门阵列)技术的自动响应时间测试方案的具体实施方式,其中SAC(信号仿真与采集机柜)实现响应时间测试功能,ICC(跨序列通信机柜)实现与保护系统的通信接口,本专利涉及的内容是SAC部分。SAC主要包括NI PXI机箱、Plug-In机箱(现场转接箱)、VPC模块(高密度连接器)和UPS模块等组成。其中PXI基箱由控制器、模拟量和数字量I/O模块、FPGA模块组成,其中控制器用于实现响应时间测试的软件;I/O模块用于模拟保护系统的输入,以及接收保护系统的输出;FPGA模块用于实现响应时间计时功能。Plug-In机箱用于实现PXI机箱的I/O信号和FPGA模块计时信号的转接,将信号集中转接到VPC模块上,便于与现场连接。VPC模块用于测试机柜与保护系统现场连接。UPS模块确保意外断电后能够提供只够的时间保存已有的测试数据。
如图2所示,SAC的总体结构图,Trigger Bus总线作为机箱的同步触发总线,保证在I/O模块触发输出变化时,同步将该触发信号发送至FPGA模块(计时卡),使FPGA模块开始计时。PXI机箱的每一个模块对应Plug-In机箱一个或多个信号转接卡,其中FPGA计时转接卡需通过光耦(或其他降压模块)将外部输入的电压降至5VDC,以保证FPGA卡能够正常接收。
本方案在软件开发过程中,为使FPGA模块具备计时功能,需进行二次开发,时钟源使用FPGA模块自带的时钟源,精度高,例如使用NI PXIe-7822的时钟频率能达到40MHz。在FPGA模块二次开发后,将FPGA的布局布线文件刷新到FPGA模块中,此时基于LabView开发的主程序可以将该FPGA模块作为计时卡使用。
机译: 公司根据他们为满足业务需求而实施的新IT技术解决方案定义解决方案体系结构。典型的组织以文档形式使用基于文档的解决方案体系结构,称为SAD(解决方案体系结构文档)。没有软件解决方案能够以有意义的方式轻松管理或捕获解决方案体系结构信息的元素。 SAM(解决方案架构管理器)是一种在线软件解决方案,允许公司在Web门户中开发和管理所有解决方案架构。
机译: 自动测试方案创建装置,自动测试方案创建方法和程序
机译: 一种基于结构导航动态测试的构造方案识别方法