一种核电厂核仪表系统电子板卡检测装置及方法与流程

此发明涉及核电仪控设备检修领域。具体涉及一种核电厂核仪表系统电子板卡检测装置。该装置主要用于对核电厂核仪表系统中各类型电路板，包括：源量程高压输出电路板、源量程脉冲信号调理电路板、中间量程高压输出电路板、中间量程微电流信号调理电路板、功率量程高压输出电路板以及功率量程微电流信号调理电路板等，进行板级测试。通过板级测试，一方面可以快速验证电路板功能是否正常，另一方面当电路板功能出现异常时，能够有效定位电路板上电路的故障范围，从而帮助核电厂工作人员高效完成系统设备故障诊断及维护。

背景技术：

1、核电厂核仪表系统是核电厂重要安全级系统，其主要功能是在反应堆从启动到满功率运行整个期间连续监测反应堆核功率水平及分布变化，保证反应堆运行安全。目前国内m310堆型核电机组中核仪表系统普遍采用的是数字化仪控设备，其信号处理端通常由多种型号结构不同且功能相互独立的电子板卡组合而成。电子板卡集成度高、内部电路错综复杂，加上缺少通用检测端口，当设备检修维护时存在以下问题：(一)是普通检测仪器仪表无法对板卡进行介入性检查，无法对板卡内部参数进行测量，设备性能验证和维护管理工作难以有效开展；(二)是电子板卡脱离原主机设备无法离线运行，当设备故障时缺少在线分析手段，离线检查无法准确定位设备故障原因；(三)是板卡设备一旦故障将导致系统安全功能丧失，设备故障检测效率低下将直接影响机组安全运行。

2、综上所述，研究一种核电厂核仪表系统电子板卡检测装置和方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决核电厂核仪表系统电子板卡检测困难的问题，研发一种核电厂核仪表系统电子板卡检测装置，可以针对核仪表系统各类电路板进行快速、准确的板级测试及故障电路范围定位。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种核电厂核仪表系统电子板卡检测装置，包括上位机、信号测控单元、微电流源、信号分配单元、信号转接单元、电源分配单元、ups供电单元。

4、上位机分别与信号测控单元以及微电流源通过串口连接。上位机作为板卡测试软件的运行载体，控制着整个检测装置按照指定工序正常工作。一方面，其发出测试指令，驱动测控单元及微电流源产生特定测试信号作为待测板卡的输入；另一方面，其接收信号测控单元采集的待测板卡输出响应信号，为进一步电路板功能诊断及故障分析提供数据依据。

5、信号测控单元通过通讯电缆与上位机连接，同时与信号分配单元通过数据总线进行连接。信号测控单元中包括：模拟量输出/采集模块、数字量输出/采集模块、高压采集模块、脉冲输出/采集模块以及通讯模块5个部分。信号测控单元内部各模块通过两条星型数据线进行连接，其中数据线a主要用于指令信号的数据传输，其由通讯模块与其它模块互联，形成信号传输网络；数据线b主要用于信号数据的传输控制，其由数字量输出/采集模块与模拟量输出/采集模块、脉冲输出/采集模块、高压采集模块以及微电流源互联，形成信号触发网。当上位机向信号测控单元发出测试指令时，首先通过数据线a将信号激励指令传输至各目标模块，使目标模块产生相应测试信号并缓存在输出端口，这些信号包括4-20ma电流、0-10v电压/电平、开/关触点或0-10000000hz可调制脉冲信号等；随后，通过数据线b控制数字量输出/采集模块向各目标模块发送上升沿触发电平，模块接收到触发电平后将端口缓存的测试信号再进行同步输出。目标模块产生的测试信号最终通过数据总线汇总，送至信号分配单元，并在信号分配单元中通过预置的信号通道最终输出至待测板卡中；当上位机向信号测控单元发出采集指令时，首先通过数据线b控制数字量输出/采集模块向各目标模块发送下降沿触发电平，使目标模块对信号分配单元采集回来的结果进行扫描读取，并通过数据线a及通讯模块最终反馈给上位机。

6、微电流源通过串口与工作站连接，同时电流源输出端口通过外接线连接至信号分配单元，电流源接收来自工作站的指令信号，按照指令要求输出0-10ma范围内的相应电流信号至信号分配单元，输出范围为0-10ma，并在信号分配单元中通过预置的信号通道最终输出至待测板卡中。

7、信号分配单元是整个装置的信号枢纽，其分别与信号测控单元、微电流源、信号转接单元以及待测电子板卡进行连接。一方面，信号分配单元将电流源和信号测控模块传输来的信号按照预置的信号通道进行分配输出；另一方面，信号分配单元通过信号接口采集待测电子板卡的测试结果，并反馈至信号测控单元。信号分配单元中包含：通用信号接口及专用信号接口两种接口类型，其中专用信号接口与信号转接单元进行连接，通过信号转接单元与待测电子板卡底板接口进行数据交互；通用信号接口为根据实际使用需求配置的额外信号采集通道，其配置多组测试探针，每组探针搭配不同类型测试接头，可对电子板卡上分立元件引脚信号进行独立采集。

8、信号转接单元作为测试装置与待测电子板卡之间的主要信号交互渠道，采用箱体式设计，配置板卡固定导轨及多组信号转接口。一方面，信号转接单元为待测电子板卡提供驱动电源，驱动待测板卡离线运行；另一方面，信号转接单元通过与待测电子板卡底板插座适配的信号转接口，将测试信号输入至待测板卡中，将测试结果输出反馈至测试装置，实现信号交互。另外，信号转接单元中包含有可调模拟负载，用于高压电源板卡的带载能力检测。模拟负载采用mosfet晶体管，可通过测试装置程控，模拟复杂的动态负载环境，负载可调范围为0-10ma。

9、电源分配单元与ups供电单元、上位机、微电流源、信号测控单元、信号转接单元分别通过供电电缆连接，为检测装置中的各功能部件提供220v交流电源，保证各设备正常工作时的电力供应；同时电源分配单元本身具备过流保护功能，当后级各部件工作出现短路或者电流异常过大时，电源分配单元可自动切断电源保证设备受损，并发出报警提示。

10、一种核电厂核仪表系统电子板卡检测方法，包括以下步骤：

11、s1：测试装置自检；测试装置上电启动后，上位机进行系统自检，确认系统软硬件功能正常，同时尝试与信号测控单元及微电流源建立通讯，确认下游驱动设备状态正常。自检结果通过，装置进入测试就绪状态，自检超时或不通过则跳转至s1进行重新自检，超过3次自检不通过，自动退出自检程序；

12、s2：读取待测板卡类型；将待测板卡插入信号转接单元对应的信号转接口，信号转接单元通过信号转接口读取板卡物理地址码信息，并将信号传输反馈至测试装置，上位机确认并显示待测板卡类型；

13、s3：卡件在线状态检测；信号转接单元通过信号转接口读取板卡状态信息，并将信号传输反馈至测试装置，上位机对待测板卡在线状态进行确认；若板卡失电或断开连接，代表板卡离线，测试程序中止，跳转至s2暂停；

14、s4：测试模式选择；根据需要，通过测试应用程序界面选择自动测试模式或手动测试模式；选择自动测试模式时，通过测试应用程序界面直接载入专用测试程序，按照程序既定步序进行连续测试，包括测试信号的收发、比对与分析，并生成测试结果；选择手动测试模式时，通过测试应用程序界面手动配置测试指令、步序及验收标准，执行单步测试；

15、s5：卡件初始化；测试程序启动前，系统对待测卡件发送预置信号，设置卡件初始状态；

16、s6：测试程序启动；根据测试程序步序，上位机发送测试指令，驱动信号测控单元或微电流源产生测试信号传输给待测板卡；同样，上位机发送测试指令，驱动信号测控单元采集测试结果反馈至上位机，进行数据分析；测试程序执行具体包括：高压板卡检测、脉冲放大卡件检测以及电流调理卡件检测；当需对板卡响应时间进行测试时，上位机发送测试指令时会同步启动计时程序，信号采集结束后进行响应时间自动计算；

17、s7：测试结果生成；上位机根据数据库标准对采集反馈的测试结果进行比对分析，当超出验收标准容差范围，产生报警；

18、s8：单次测试完成后，根据测试模式选择继续执行或等待其它指令，否则测试结束。若测试模式为自动模式，则s8单次测试完成后跳转至s6继续执行，直至测试步序全部完成。

19、还包括s9：当需要对板卡故障点进行精确定位时，根据实际情况，通过测试探针对板卡中间测试端子进行局部监测，对监测信号进行综合分析。

20、所述s6中，测试程序执行具体包括：

21、s6.1：高压板卡检测；检测主要分为五个部分；第1部分：高压输出线性度测试，通过测试装置给待测板卡输入0-10v范围内不同电压控制信号，测量板卡实际电压输出是否按与控制信号成固定比例的数值变化，若输出电压超出验收标准允许容差范围，则测试结果不合格；第2部分：高压输出带载能力测试，通过测试装置设置0-10ma范围内不同大小的模拟负载，测量板卡输出电压在不低于额定电压95％的最大可接受负载，若带载能力低于欧验收标准允许容差范围，则测试结果不合格；第3部分：高压输出稳定性测试，通过测试装置设置高压电源板卡在额定电压下，测量待测板卡在空载或正常带载时电压输出纹波大小，确认是否满足验收标准；第4部分：控制功能测试，通过测试装置产生多组大小不同的逻辑电平信号输入板卡，监测板卡状态指示及工作状态变化，并与预期值进行比对，验证板卡内部逻辑功能是否正常；第4部分：保护功能测试，通过测试装置设置待测卡件输出电压或电流超限，验证待测卡件过压或过流保护阈值及功能是否正常。

22、s6.2：电流调理卡件检测；检测主要分为三个部分；第1部分：信号通道精度测试，通过测试装置给待测板卡输入0-5ma范围内不同微电流信号，测量板卡转换电压是否按与微电流信号成固定比例的数值变化以及量程编码变化与预期值是否一致，若转换电压超出验收标准允许容差范围或量程变化与预期值不一致，则测试结果不合格；第2部分：信号处理响应时间测试，通过测试装置给待测板卡输入0-5ma范围内不同微电流信号，测量板卡电压转换及量程切换至预期状态的耗用时长；第3部分：控制功能测试，通过测试装置产生多组大小不同的逻辑电平信号输入板卡，监测板卡状态指示及工作状态变化，并与预期值进行比对，验证板卡内部逻辑功能是否正常。

23、s6.3：脉冲放大卡件检测；检测主要分为四个部分；第1部分：信号通道精度测试，通过测试装置给待测板卡输入0-10000000hz范围内脉宽固定，幅值0.5v的不同脉冲信号，测量板卡输出脉冲与输入脉冲信号频率是否一致，幅值是否按照固定放大倍数放大，若输出脉冲频率或幅值超出验收标准允许容差范围，则测试结果不合格；第2部分：脉冲甄别功能测试，通过测试装置给待测板卡输入0-10000000hz范围内脉宽固定，幅值0.3v的不同脉冲信号，测量板卡输出脉冲是否为0，若超出预期标准允许容差范围，说明甄别功能异常；第3部分：信号处理响应时间测试，通过测试装置给待测板卡输入0-10000000hz范围内脉宽固定，幅值0.5v的不同脉冲信号，测量板卡脉冲输出至预期值的耗用时长；第4部分：控制功能测试，通过测试装置产生多组大小不同的逻辑电平信号输入板卡，监测板卡状态指示及工作状态变化，并与预期值进行比对，验证板卡内部逻辑功能是否正常。

24、本发明的显著效果在于：通过本设计的装置及方法可全面、有效对堆外核仪表各类型电子板卡内部参数进行测量，克服普通检测仪器仪表无法对板卡进行介入性检查的难题，显著提升设备性能验证和设备维护能力。此外，该装置还解决了电子板卡脱离原主机设备无法离线运行，无法在线分析的弊端，为设备故障原因分析与定位提供了有效途径。