专利名称：一种核电站数字化仪控系统测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化控制领域，具体涉及一种对核电站数字化仪控柜内所有信号点同时进行检测的测试装置。
背景技术：
核电站的DCS (数字化仪控系统)作为核电机组的关键设备，是核电站的重要组成部分，DCS将现场的各个控制器和仪表及仪表设备互联，DCS包括保护系统、控制系统、安全停堆系统、保障系统和辅助系统等几部分，各系统利用所需的仪表和控制设备完成核电站大部分工艺过程的自动化检测和控制功能，因此核电站机组的安全可靠、经济运行在很大程度上取决于DCS的性能水平，DCS工艺流程复杂，监测和控制的参数多而且各种过程参数之间联系密切，以100(MW典型的核电站DCS为例，它的参数信息量和指令大约是7000 9000个，因此维护和检测各个DCS控制柜的安全性和稳定性，不但是核电站正常运行的保证，还是测试系统硬件和软件配置的完整性和正确性、输入文件实施的完整性和正确性的工具，也是DCS的功能和性能是否符合合同、技术规格等要求的唯一保证。而且DCS在生产的各个阶段都需要进行验证，以确定各系统本身的安全性，其中 DCS集成阶段中的下列工序完成时需要进行测试硬件系统配置完成时、平台软件安装完成时、工程组态下装完成时、测试工程下装完成时和网络环境搭建完成时等，另外在整个 DCS集成后还需要进行各种测试来进行验证。DCS的控制点位于多个DCS控制柜内，DCS控制柜包括不同的IO柜和端子柜，对DCS控制柜的验证包括单体测试、性能测试、逻辑测试 (设备及功能测试)和HMI测试四种，测试的基本原理是对控制柜中的各测试点外加各类信号或采集各类信号。在测试手段上，现有技术中一是采用手工测试，利用信号发生器、示波器、过程控制仪表等各种设备进行手动测试，在进行测试项时需要外加和采集各类信号，再利用各种仪表或短接线的方法人工在DCS控制柜的接线端子排上加信号。，例如要为DCS控制柜加入一个4 20mA信号，需要人工查看图纸以找到相应接收端子，再将信号源的电缆连接到相应的接线端子上，测试完一个通道(Al、AO、DI、DO)还需要拆线，并再接到另一个通道上进行测试，一个DCS控制柜测试下来需要发送和采集大量的信号，此方式不但测试效率低、花费时间长、人力消耗大，而且由于仪表的局限性，一些测试项还无法进行，如各部分之间连动后的关系。另一种测试方法是集成测试，采用电脑控制的集成测试装置一次能够对DCS控制柜中的多个端子进行测试，此方法避免了测试过程中的手工连线，但是现有的集成测试装置均为国外产品，如岭澳二期核电站DCS项目采用AREVA公司的ERBUS_TXS产品。还存在一次测试的信号点少，硬件方面不能满足大量信号(上万信号)的试验要求，而且硬件接口结构不利于大量测试点的快速连接，只能针对特定的系统执行验证测试，而且不能根据具体的测试对象增加或减少测试端口。
实用新型内容为解决现有技术中核电站DCS控制柜手工测试效率低、成本大，集成测试一次测试控制点少的问题，本实用新型提供一次能同时测试一个DCS控制柜上所有信号点的集成测试装置，而且能够根据目标对象的多少增加或减少测试端口，同时能够输出偏移信号以扩大测试范围，具体方案如下一种核电站数字化仪控系统的测试装置，包括控制装置和信号处理装置，其特征在于，所述控制装置包括工控机、安装在工控机内部的采集卡和控制测试过程的控制软件，所述信号处理装置包括分线板和调理板，分线板的两端通过信号线分别与采集卡和调理板连接，调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜连接。本实用新型的另一优选方案所述分线板上包括一个输入插座和多个输出插座， 每个输出插座通过信号线连接一块调理板，所述调理板与控制柜之间安装有航空插座，调理板的信号线通过插在航空插座上的航空电连接器与DCS控制柜连接。本实用新型的另一优选方案所述航空电连接器为100PIN插头且符合 MIL-DTL-38999 标准。本实用新型的另一优选方案所述调理板包括DO调理板、DI调理板、AO调理板和AI 调理板，所述分线板与各调理板对应的分为DO分线板、DI分线板、AO分线板和AI分线板。本实用新型的另一优选方案所述AO调理板将采集卡输出的士 IOV电压调理成 DCS控制柜需要的0 20mA电流、0 IOV电压信号输出； 所述AI调理板将DCS控制柜输出的0 IOV电压信号或0 20mA电流信号调理成0 IOV的信号输出至工控机；所述DO调理板将工控机输出的TTL-5V信号调理成DCS控制柜能够接受的触点、 DC24V或DC48V信号输出；所述DI调理板将DCS控制柜输出的0 IOV电压信号或0 20mA电流信号调理成0 IOV的电压信号输出至工控机。本实用新型的另一优选方案所述AO调理板上安装有微调控制器，微调控制器为 AO调理板上电器元件提供电压补偿，电压补偿范围为士2V，使AO调理板能够输出0 24mA 或-2 12V的偏移电流、电压信号，所述微调控制器为电位器。本实用新型的另一优选方案所述DO分线板和DI分线板的输入插座包含96个数据通道，输出插座为6个，每个输出插座包含16个数据通道；所述AO分线板和AI分线板的输入插座包含32个数据通道，输出插座为4个，每个输出插座包含8个数据通道。本实用新型的另一优选方案所述AO调理板和DO调整板上设置有用于通道保护的元件，包括设置在AO调理板、DO调理板输入端和外接电源处的TVS，以及光藕回路中设置的自恢复保险丝。本实用新型的另一优选方案所述DO调理板连接有外接电源，所述外接电源功率大于等于MV/50W或大于等于48V/100W。本实用新型的另一优选方案所述AI调理板和DI调理板在外接电源输入端和信号输出端设置有TVS，在信号输入端设置有二极管组成的通道保护电路。本方案的测试装置以控制柜或工艺系统为单位进行测试，可同时将一个DCS控制柜或工艺系统的全部信号都接入测试装置，一次能够完成待测现场的DCS控制柜或工艺系统的所有测试项，中途无需更换信号线缆，保证了测试的连贯性。测试装置不仅可以模拟变送器等测量设备，更可模拟断路器、阀、风机等执行设备，还可根据测试的需要模拟设备的各种工作状态。测试装置根据现场设备的信号特性，在测试装置的调理板上配置输入输出的相应信号类型，完全符合设备运行的真实环境，如断路器的控制信号为DCMV、状态反馈信号为触点信号，在调理板上使用跳线块接通相应的通道即可输出DC24V信号，完全符合设计图纸中现场信号的类型。本实用新型的调理板上可支持触点、DC24V, DC48V的开关量输入输出信号，如遇其他特殊开关量信号，如DC125V、AC220V，可由调理板上的中间继电器转换成触点、DC24V或DC48V信号再进行测试。调理板上开关量的输出精度可达1MHz， 实现最快1微秒变位的开关量信号，完全替代现有的SOE发生器。调理板上模拟量输出信号配置为标准电压、电流信号，电流信号更可分为电流源方式(四线制)和模拟变送器方式(二线制)，精度可达16bit。调理板还可将模拟量输出信号转换为超出标准电量程信号，进行超电量程测试，以验证数字化仪控系统的超电量程识别及报警的功能。使用符合 MIL-DTL-38999标准的100PIN航空电连接器连接测试装置与DCS控制柜，将航空电连接器的线路按照通道信号类型、信号数量进行划分，在更换被测对象时，仅需更换几个插头即可。相比传统的直接接线方式，航空电连接器可以提供更方便、更可靠的信号连接。而且在测试装置上连接不同DCS控制柜的航空电连接器，可实现相邻的多个DCS控制柜的同时测试。本方案的测试装置实现了模拟现场设备层(LEVEL0层)环境和设备动作等功能， 能够按照工况自动发送和采集大量信号、实现特定测试功能、显示和记录测试结果、提高测试效率节省人力资源等。一个通常需要2至3周甚至一个月的逻辑测试，在使用本方案测试装置的情况下1周便可完成，在时间上节约了 50%至70%。本申请的调理板能够兼容3 5种信号，并严格控制硬件板卡尺寸大小，使测试装置在保证体积的情况下，板卡还能够将信号延时、输入输出精度控制一定范围内，且各通道间信号不相互干扰，保护了工控机的采集卡。本方案的测试装置可以由多个测试柜联结在一起，对数字化仪控系统的上万点信息同时进行测试，克服了现有技术中不能同时并行测试几个相关设备的问题，并且一次可以同时测试几个DCS控制柜，航空电连接器还简化了以往手工测试DCS控制柜IO端子的连接过程，使现场排线清楚、简洁。
图1本实用新型测试装置的连接结构示意图。图2D0分线板结构示意图。图3本实用新型DO调理板工作示意框图。图4图3所示DO调理板的单通道电路示意图。图5本实用新型DI调理板工作示意框图。图6图5所示DI调理板的单通道电路示意图。图7本实用新型中AO分线板与AO调理板连接示意图。图8本实用新型AO调理板电路工作框图。图9图8所示AO调理板的单通道电路示意图。图10本实用新型中AI分线板与AI调理板连接示意图。图11图10中AI调理板电路工作框图。[0033]图12图11中AI调理板的单通道电路示意图。图中1-测试装置，2-DCS控制柜，3-工控机，4_分线板，5_调理板，6_航空电连接插座板，7-航空电连接器插座，8-信号线，9、控制模块，10-航空电连接器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的测试装置包括工控机3，分线板4、调理板5、航空插座板 6，上述设备都安装在一个机柜内，其中工控机3上安装有12块负责接收和发送测试信号的采集卡，采集卡通过信号线8与分线板4连接，分线板4 一般包括一个输入接口多个输出接口，主要用于将接入的信号分散输出，每个输出接口连接一块调理板5，相当于一个分线板按输出接口的数量控制相应的调理板。调理板包括信号输入通道和信号输出通道，每个对应的信号输入通道和信号输出通道之间有转换模块和对应的跳线块，调理板将输入输出的各种电压、电流信号调理到相应的电压、电流后输出。每个调理板利用信号线将调理后的信号以点对点的方式与航空电连接插座板6上的插针连接，利用符合MIL-DTL-38999标准的 100PIN插头的航空电连接器10连接测试装置1与DCS控制柜2，航空电连接器的每根线都是一个独立信号通道，DCS控制柜里控制模块9上的每个IO端子都单接一根航空电连接线， 每个DCS控制柜仅需要将航空电连接器的插头插接到测试装置的航空电连接插座板上，就使每根航空电连接线对应到一个调理板上的独立信号通道上，大大简化了检测过程和连接过程，节省了大量的人力。工控机上利用软件模拟各种现场设备的功能，包括模拟变送器、 断路器、阀、风机等执行设备，还可以模拟上述设备的各种工作状态，工控机可以利用软件模拟出工艺系统控制回路，并根据需要设置工艺系统的状态、以得到测试控制的准确性和控制效果，工控机上预留有数学模型接口，为模拟更大型的工艺系统或是现场环境提供支持。本方案安装的四种调理板可以根据实际测试的需要进改变，如涉及AI测试时，可以只安装AI调理板，这样能够提高每次测试的测试数量。测试装置中的调理板包括四种信号的调理，即D0(开关量输出)、DI (开关量输入)、A0 (模拟量输出)和AI (模拟量输入)，，针对上述四种信号，调理板也分为DO调理板、 DI调理板、AO调理板和AI调理板四种结构。本方案在一个测试装置机柜内安装12块分线板，其中包括3个AO分线板含192个测试点，1个AI分线板含32个测试点，8个DI和DO 分线板共768个测试点，四种调理板合计65块，1块航空电连接插座板，航空电连接插座板上安装有10个航空电连接插座7，而每个航空电连接插座为100PIN，这样本测试装置的机柜可以测试的信号点就达到1000个。工控机中安装的采集卡型号为NI6224，可提供32个 AI电压信号采集通道和48个DO电压输出通道，如图2所示，采集卡上输入输出的信号由2 组SCSI68接口直接与分线板连接，每个分线板设置一个输入接口和多个输出接口(输出接口的数量按DO为6个，AO为4个，AI为7个，DI为6个)，各输出接口的型号为DB37F同时按相应输出接口的数量连接相应数量的调理板。本方案中的每块调理板上可以兼容3 5个测试信号，可支持触点、DC24V、DC48V 的开关量输入输出信号，通过AI调理板将各种模拟量输入信号1 5V、4 20mA转换为模拟量输入模块可采集的标准电压信号-10 10V，精度可达到16bit。也可通过AO调理板将模拟量输出信号-10 IOV转换为标准电压、电流信号，如0 10V、1 5V、4 20mA 等，电流信号更可分为电流源方式(四线制)和模拟变送器方式(二线制)。另外通过AO调理板将模拟量输出信号转换为超出标准的电量程信号，进行超电量程测试，以验证核电站数字化仪控系统的超电量程识别及报警的功能。如标准信号为-4 20mA，超出标准电量程信号为0 24mA。本方案测试装置的工控机主控采用PXI8106，航空连接器座采用 8D0-23F35PN,8D0-23F35PN,航空连接器头采用8D5-23F35SN，信号线采用NI线缆 85095-02SH100-100-FLEX. 2M, NI 线缆 SHC68-68-EPM 和 OT 线缆 SH68-C68-S，连接线采用 DB3737mm-lm,屏蔽1米37针两端公头，数字量的分线板一个可接96个测试点，而模拟量的分线板一个可接32个测试点。以下以具体数据说明四种调理板和相应分线板的具体结构和工作过程。实施例1 一、DO 调理板如图3所示，工控机上采集卡信号输入端子排96个通道中的TTL-5V信号由 SCSI-100接口引入DO分线板，在DO分线板上被分成6组，每组16个通道信号，6组通道分别连接一块DO调理板。如图2所示，DO分线板和DI分线板结构相同，主要功能是将采集卡的DO信号引入分组后输出给DO调理板，将来自DI调理板的信号汇集后输出给采集卡，图中Jl为输入接口，JOl J06为输出接口，J2为24V电源接口，J3为48V电源接口，DO分线板上还设置有电源警报灯。如图4所示，从DO分线板输入的TTL-5V信号，在DO调理板的每个单通道信号调理电路的光耦前端输入，其电平高低变化使光耦的发光二极管导通或关断，通过感光三极管光电耦合，引起三极管的开关变化。通过光耦后端的电路使调理电路输出相应的触点、24V 或48V信号，实现对信号的隔离和调理目的。调理后的信号与DCS控制柜共地。由于调理前信号为TTL-5V电平，调理后要输出DCS控制柜能接受的触点、24V或48V信号，并且通道延时时间不大于0. Ims,因此需要选择精度高的光耦元件作为信号调理的主器件，既要实现隔离输入输出通道的目的，又要承受MV、48V的查询电压及5mA查询电流。采集卡上5V电源的最大电流为1A，如果直接用采集卡驱动96路通道那么电流将达到96*8. 5mA = 816mA再加上板卡本身的消耗250mA，采集卡的电源会超负荷，因此需要增加外接电源和三极管来增大光耦前级驱动能力，降低采集卡的IO 口电流消耗。本方案的三极管选择NPN型，需要CE节之间承受25V电压，集电极电流达到0. 5A，放大倍数一般为200倍。光耦发光二极管导通时压降为1. IV左右，由于三极管的Uce导通压降很小可以忽略，这样限流电阻R2计算为(5￥-1.1力/8.511^ = 456 0，优选430 0 ；重新计算Ic为 (5-1. 1)ν/430Ω = 9mA，此电路中三极管Ic就是发光二极管的If即9mA，那么基极电流计算为0. 045mA，基极电阻Rl为(5_0. 7)V/0. 045mA = 95. Wi Ω，再考虑阻值系列和电流驱动能力等情况，选择91Κ Ω，这样重新估算Hd基极电流=(5-0. 7)ν/91ΚΩ = 0. 047mA, Ic = 9. 4mA符合光耦前级要求。在对外输出MV、48V电压信号时为防止电源信号不经过光藕输出端直接流向外部接口，在电压信号的对外线路上增设一个肖特基二极管，使输入的MV、48V电压信号只能从光藕端经过，肖特基二极管可以承受90V电压，在5mA查询电流下的正向结压降为0. 6 以下，对整个回路影响很小可忽略不计。如表1所示，DO调理板的每个通道都有两组跳线，每组三个线柱，利用两个跳线块
7将输入的TTL5V信号，分别跳转到DC 24V.DC 48V或触点的线路上，则相应的将输入信号变化为DCS控制柜需要的MV、48V和触点输出信号。表IDO调理板跳线方式说明
权利要求1.一种核电站数字化仪控系统测试装置，包括控制装置和信号处理装置，其特征在于， 所述控制装置包括工控机C3)、安装在工控机内部的采集卡，所述信号处理装置包括分线板(4)和调理板(5)，分线板的两端通过信号线分别与采集卡和调理板连接，调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜( 连接。
2.如权利要求1所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述分线板(4)上包括一个输入插座和多个输出插座，每个输出插座通过信号线连接一块调理板(5)，所述调理板与控制柜之间安装有航空插座(6)，调理板的信号线通过插在航空插座上的航空电连接器(10)与DCS控制柜(2)连接。
3.如权利要求2所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述航空电连接器(10)为100PIN插头且符合MIL-DTL-38999标准。
4.如权利要求3所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述调理板包括DO调理板、DI调理板、AO调理板和AI调理板，所述分线板与各调理板对应的分为 DO分线板、DI分线板、AO分线板和AI分线板。
5.如权利要求4所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述AO调理板将采集卡输出的士 IOV电压调理成DCS控制柜需要的0 20mA电流、0 IOV电压信号输出；所述AI调理板将DCS控制柜输出的0 IOV电压信号或0 20mA电流信号调理成 0 IOV的信号输出至工控机；所述DO调理板将工控机输出的TTL-5V信号调理成DCS控制柜能够接受的触点、DC24V 或DC48V信号输出；所述DI调理板将DCS控制柜输出的0 IOV电压信号或0 20mA电流信号调理成 0 IOV的电压信号输出至工控机。
6.如权利要求5所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述AO调理板上安装有微调控制器，微调控制器为AO调理板上电器元件提供电压补偿，电压补偿范围为士2V，使AO调理板能够输出0 24mA或-2 12V的偏移电流、电压信号，所述微调控制器为电位器。
7.如权利要求6所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述DO分线板和DI分线板的输入插座包含96个数据通道，输出插座为6个，每个输出插座包含16 个数据通道；所述AO分线板和AI分线板的输入插座包含32个数据通道，输出插座为4个， 每个输出插座包含8个数据通道。
8.如权利要求7所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述AO调理板和DO调整板上设置有用于通道保护的元件，包括设置在AO调理板、DO调理板输入端和外接电源处的TVS，以及光藕回路中设置的自恢复保险丝。
9.如权利要求8所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述DO调理板连接有外接电源，所述外接电源功率大于等于MV/50W或大于等于48V/100W。
10.如权利要求9所述的一种核电站数字化仪控系统测试装置，其特征在于，所述AI调理板和DI调理板在外接电源输入端和信号输出端设置有TVS，在信号输入端设置有二极管组成的通道保护电路。
专利摘要本实用新型公开一种核电站数字化仪控系统测试装置，涉及自动化控制领域，包括控制装置和信号处理装置，控制装置包括工控机、安装在工控机内部的采集卡和控制测试过程的控制软件，所述信号处理装置包括分线板和调理板，分线板的两端通过信号线分别与采集卡和调理板连接，调理板的另一端通过信号线与被测的DCS控制柜连接。本方案以DCS控制柜或工艺系统为单位进行测试，可同时将全部信号都接入测试装置，一次能够完成待测DCS控制柜或工艺系统的所有测试项，提高了测试效率、节省了人力资源。控制方法实时反映测试状态及预期结果，模拟软件可模拟工艺系统控制回路，并根据需要设置工艺系统状态测试控制的准确性与控制效果。
文档编号G05B23/02GK202126626SQ201120107308
公开日2012年1月25日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月11日
发明者刘伟, 刘元, 吕俊, 吕秀红, 姜博, 孟广国, 宋立新, 支源, 曹宗生, 朱毅明, 朱郁, 李相建, 梁中起, 汪海艳, 胡劲松, 谢志平, 赵爽, 郄永学, 马吉强, 高连国 申请人:中国广东核电集团有限公司, 北京广利核系统工程有限公司