一种分布式控制系统测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分布式控制系统测试装置包括内部具有容置空间的本体，本体上安装一液晶显示操作单元，本体的顶部开设有一开口，开口内对应设置有信号通道；本体内设置有微控制器和电源单元，微控制器的输入端与液晶显示操作单元相连，输出端与信号通道相连，电源单元与液晶显示操作单元、微控制器、信号通道均连接。本实用新型体积较小，成本较低，操作步骤简单，方便携带和工程应用，且可以在无外置电源的情况下使用。
【专利说明】一种分布式控制系统测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及核电站数字化仪控系统测试【技术领域】，特别是涉及一种分布式控制系统测试装置。
【背景技术】
[0002]目前国内许多在役核电厂的仪控系统正在进行数字化改造，新建的核电厂一般都采用数字化仪控系统，而数字化仪控系统的重要特征就是采用DCS (Distributed ControlSystem,分布式控制系统)。DCS系统的可靠性直接关系到核电厂的安全性与经济性，因此，DCS系统的功能测试与验证就成为一项重要工作。
[0003]目前，国内核电厂的DCS系统功能测试一般采用PLC (Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)方式的测试系统，由PLC系统代替现场执行机构接收DCS系统输入的控制信号，并根据该控制信号模拟仿真现场执行机构阀门的开关动作，并将模拟仿真的执行机构本身的状态反馈至DCS系统，同时将模拟的执行机构本身的状态在PLC系统的上位机上进行显示，由测试人员根据上位机显示的结果是否与DCS基础设计文件一致来判断DCS系统的性能。这种测试DCS系统的功能的PLC系统主要由PC机和卡件机柜组成，其造价成本较高，外形体积较大，不方便移动；此外，由于PC机的组态过程较复杂，操作起来很不方便，在使用前还需要对操作人员进行相应的培训。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是为了克服上述【背景技术】中PLC系统造价成本较高，外形体积较大，不方便移动且操作起来很不方便，在使用前需要对操作人员进行相应的培训的缺陷，提供一种分布式控制系统测试装置。
[0005]本实用新型提供的分布式控制系统测试装置，包括内部具有容置空间的本体，所述本体上具有一显示区域，所述显示区域上安装一液晶显示操作单元，所述本体具有与所述容置空间相连通的第一开口，所述第一开口内对应设置有信号通道；
[0006]所述本体内具有微控制器和电源单元，所述微控制器的输入端与所述液晶显示操作单元相连，所述微控制器输出端分别与所述信号通道相连，所述电源单元分别与所述液晶显示操作单元、所述微控制器、所述信号通道电连接。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述信号通道为开关型信号通道，包括8路开关型信号输入和12路开关型信号输出。
[0008]在上述技术方案的基础上，所述信号通道为模拟型信号通道，包括4路模拟型信号输入、4路模拟型信号输出和8路开关型信号输出。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述第一开口设置在所述本体顶部且第一开口形状为矩形，所述本体的顶部还具有至少一接口电路，所述接口电路的一端用于与外接电路可拔插地连接，所述接口电路的另一端与所述微控制器电连接。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述本体的顶部还具有一开关按钮，所述开关按钮与所述电源单元连接。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述微控制器采用32位的基于ARM Cortex-M3内核的STM32F107VCT6。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述电源单元包括一电源接口、第一 DC/DC转换芯片、第二 DC/DC转换芯片、镍氢电池充电电路、镍氢电池组、电源开关、第三DC/DC转换芯片、第四DC/DC转换芯片以及第五DC/DC转换芯片；
[0013]所述电源接口分别与所述第一 DC/DC转换芯片和所述第二 DC/DC转换芯片的输入端连接，所述第一 DC/DC转换芯片的输出端通过所述镍氢电池充电电路与所述镍氢电池组的输入端连接，所述镍氢电池组和所述第二 DC/DC转换芯片的输出端均与所述电源开关的一端连接，所述电源开关的另一端分别连接到所述第三DC/DC转换芯片和所述第四DC/DC转换芯片的输入端，所述电源开关的控制端连接到所述开关按钮，所述第三DC/DC转换芯片的输出端与所述第五DC/DC转换芯片的输入端连接，所述第四DC/DC转换芯片的输出端连接到所述信号通道，所述第五DC/DC转换芯片的的输出端连接到所述微控制器，且所述电源接口位于所述本体的顶部。
[0014]在上述技术方案的基础上，还包括用于扣接在所述本体外表面上的橡胶外壳，所述橡胶外壳与所述本体可拆卸地连接，且所述橡胶外壳与所述本体顶部以及与液晶显示操作单元所对应的侧面均设有开口。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述橡胶外壳远离所述显示区域的一侧面设置有一磁性吸附区域，所述磁性吸附区域上具有用于吸附分布式控制系统中机柜的橡胶磁铁。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述所述橡胶磁铁为圆形，所述橡胶磁铁的直径为1.5cm,厚度为Icm,所述橡胶磁铁与所述橡胶外壳粘接,扣接或螺钉连接。
[0017]实施本实用新型提供的分布式控制系统测试装置，具有以下有益效果:
[0018](I)本实用新型设计的微控制器采用32位的基于ARM Cortex_M3内核的STM32F107VCT6，具有小型PID调节仿真器的功能，可以根据液晶显示操作屏输入的控制指令和/或DCS系统输入的控制信号产生相应的开关型信号或模拟型信号输出给DCS系统，并将输出的开关型信号或模拟型信号按照一定的形式在液晶显示操作屏上进行显示，我们可以根据液晶显示操作单元上显示的输出结果是否与DCS设计的基础文件一致来判断DCS系统是否正常运行，从而完成DCS系统的功能测试，该测试装置不需要外接PC机以及卡件机柜，体积较小、成本较低、方便携带，且操作步骤简单。
[0019](2)本实用新型设计的电源单元包括镍氢电池组和镍氢电池充电电路，当该测试装置有外接电源时，外接电源可以直接给电镍氢电池组进行充电，以便存储备用电量，可以在无外置电源的情况下使用。
[0020](3)本实用新型设计的橡胶磁铁，可以使该测试装置吸附于DCS机柜，方便工程应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型实施例中本体外部的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型实施例中本体内部的结构框图；
[0023]图3是本实用新型实施例中电源单元的结构示意图；
[0024]图4是本实用新型实施例中橡胶外壳的立体图；
[0025]图5是本实用新型实施例中橡胶外壳背面的结构示意图。
[0026]附图标记:1—本体，2—显不区域，3—第一开口，4一接口电路，5—开关按钮，6—橡胶外壳，7—圆形橡胶磁铁，8—把手，9一安装槽，10—卡扣，11一微控制器，12 —电源单兀，21—液晶显不操作单兀，31 一/[目号通道，61—散热口，62 —圆孔，121 —电源接口，122—第一 DC/DC转换芯片，123—第二 DC/DC转换芯片，124—镍氢电池充电电路，125—镍氢电池组，126—电源开关，127—第三DC/DC转换芯片，128—第四DC/DC转换芯片，129—第五DC/DC转换芯片。
【具体实施方式】
[0027]为了解决现有技术中所存在的PLC系统造价成本较高，外形体积较大，不方便移动且操作起来很不方便，在使用前需要对操作人员进行相应的培训的缺陷，本实用新型的主要创新点在于:该分布式控制系统测试装置采用的微控制器具有小型PID调节仿真器的功能，可以根据液晶显示操作屏输入的控制指令和/或DCS系统输入的控制信号产生相应的开关型信号或模拟型信号输出给DCS系统，并将输出的开关型信号或模拟型信号按照一定的形式在液晶显示操作屏上进行显示，测试人员可以根据液晶显示操作单元上显示的输出结果来判断DCS系统功能组态是否正确。
[0028]该微控制器的设计，解决了现有技术所存在的PLC系统造价成本较高，外形体积较大，不方便移动且操作起来很不方便，在使用前需要对操作人员进行相应的培训的的问题，实现了使DCS系统测试装置体积减小、成本降低、方便携带，操作步骤简单的目的；此夕卜，该测试装置由于结构紧凑、轻便，所以通过一橡胶磁铁，使其可方便地吸附在分布式控制系统的机柜上，可以方便工程应用。
[0029]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
[0030]图1是本实用新型实施例中本体外部的结构示意图。图2是本实用新型实施例中本体内部的结构框图。参见图1、2所示，本实用新型实施例提供一种分布式控制系统测试装置，包括:内部具有容置空间的本体1，本体I上具有一显示区域2，显示区域2上安装一液晶显示操作单元21，本体I具有与容置空间相连通的第一开口 3，第一开口 3内对应设置有信号通道31 ;本体I内设置有微控制器11和电源单元12，微控制器11的输入端与液晶显示操作单元21相连，微控制器11的输出端分别与信号通道31相连，电源单元12分别与所述液晶显示操作单元21、微控制器11、信号通道31电连接。
[0031]较佳的，上述信号通道31可以为开关型信号通道，包括8路开关型信号输入和12路开关型信号输出，可同时模拟4台开关型信号现场执行机构。其中开关型信号输入采用晶体管光电I禹合器，该晶体管光电I禹合器以光为媒介传输信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用；开关型信号输出采用ULN2803驱动继电器输出，其中，ULN2803为八路NPN达林顿连接晶体管阵列，继电器的型号为AGN2004H。
[0032]较佳的，上述信号通道31还可以为模拟型信号通道，包括4路模拟型信号输入、4路模拟型信号输出和8路开关型信号输出，可以同时模拟4台模拟型信号现场执行机构或者I套简易的热工水力模型。其中，模拟型信号输入采用用于将DCS系统反馈输入的电流信号转换为电压信号的精密电阻、以及与精密电阻连接的模数转换器，且模数转换器的型号为 ADS8344N。
[0033]第一开口 3设置在本体I顶部且第一开口 3形状为矩形，本体I的顶部还具有至少一接口电路4，接口电路4的一端用于与外接电路可拔插地连接，接口电路4的另一端与微控制器11电连接。本体I的顶部还具有一开关按钮5，开关按钮5与所述电源单元12连接。其中，本实用新型实施例中的微控制器112采用32位的基于ARM Cortex-M3内核的STM32F107VCT6。液晶显示操作单元21采用3.5英寸320X240图形点阵65K色工业触摸屏，型号为DMT32240T035_02W，该触摸屏具有良好的操控性能，并且能够很好的显示各信号通道的仿真动态值。
[0034]图3是本实用新型实施例中电源单元的结构示意图。参见图2所示，本实用新型实施例中电源单元12包括一电源接口 121、第一 DC/DC转换芯片122、第二 DC/DC转换芯片123、镍氢电池充电电路124、镍氢电池组125、电源开关126、第三DC/DC转换芯片127、第四DC/DC转换芯片128以及第五DC/DC转换芯片129 ；
[0035]电源接口 121分别与第一 DC/DC转换芯片122和第二 DC/DC转换芯片123的输入端连接，第一 DC/DC转换芯片122的输出端通过镍氢电池充电电路124与镍氢电池组125的输入端连接，镍氢电池组125和所述第二 DC/DC转换芯片123的输出端均与电源开关126的一端连接，电源开关126的另一端分别连接到第三DC/DC转换芯片127和所述第四DC/DC转换芯片128的输入端，电源开关126的控制端连接到所述开关按钮5，第三DC/DC转换芯片127的输出端与所述第五DC/DC转换芯片129的输入端连接，第四DC/DC转换芯片128的输出端连接到开关型信号输入、输出单兀31和模拟型信号输入、输出单兀32,第五DC/DC转换芯片129的的输出端连接到微控制器11，且电源接口 121位于所述本体I的顶部。
[0036]在具体实现时，电源接口 121外接24V直流电源，第一 DC/DC转换芯片122将24V的直流电压转换为12V的直流电压后通过镍氢电池充电电路124对镍氢电池组125进行充电，该镍氢电池充电电路124可以自动检测镍氢电池组125的电量，当镍氢电池组125充满电后，自动停止充电，不会出现过充的现象，第二 DC/DC转换芯片123用于将24V的直流电压转换为5?9V的直流电压，第三DC/DC转换芯片127用于将5?9V的直流电压转换为5?9V隔离电源的直流电压，第五DC/DC转换芯片129用于将5?9V隔离电源的直流电压转换为3.3V的直流电压，第四DC/DC转换芯片128用于将5?9V直流电压转换为12V隔离电源的直流电压。以上可以看出，本实用新型实施例中设计的电源单元127，可以在无外置电源的情况下使用。
[0037]较佳的，本实用新型实施例提供的便携式的DCS系统测试装置还包括用于扣接在本体I外表面上橡胶外壳6，且橡胶外壳6与本体I可拆卸的连接。图4是本实用新型实施例中橡胶外壳的立体图。参见图4所示，橡胶外壳6与本体I顶部和本体I上液晶显示操作单元21所对应的侧面均设有开口。图5是本实用新型实施例中橡胶外壳背面的结构示意图。参见图5所示，橡胶外壳6远离显示区域2的侧面设置有磁性吸附区域，磁性吸附区域上具有用于吸附分布式控制系统中机柜的橡胶磁铁7，该橡胶磁铁7为圆形，橡胶磁铁的直径为1.4?1.6cm，厚度为0.9?1cm，较佳的，在本实施例中橡胶磁铁的直径为1.5cm，厚度为1cm，且该橡胶磁铁7与橡胶外壳6粘接，扣接或螺钉连接。该橡胶磁铁的磁力能够承受该测试装置的重量，在工程中可以使测试装置吸附于DCS机柜，方便工程应用。该测试装置还具有安装在橡胶外壳上的把手8，把手可转动地连接在橡胶壳体背面突出的安装槽9内，橡胶外壳的背面还设置有用于固定该把手的卡扣10，在使用时可以将该把手8从卡扣中取出支在地上起支撑的作用。较佳的，橡胶外壳6的背面在把手的安装槽9和卡扣10之间的位置还开设有一用于散热的散热口 61。橡胶外壳6顶部的两侧具有对应的凸起部，凸起部上设有一圆孔62，该圆孔62可用于穿设背带，以便于测试人员携带。
[0038]本实用新型实施例的主要工作原理如下:
[0039]当信号通道31为开关型信号通道时，用于测试DCS系统对现场开关型信号执行机构的控制性能:
[0040]测试时，我们可以通过该测试装置上的液晶显示操作单元21设置信号通道31的工作模式，以及信号通道31中输入和输出的逻辑关系(例如将输出设置为特定定值、设置输出延时，当然这里的延时时间也可以人工配置)，然后通过开关型信号通道接收DCS系统发送过来的控制指令(该控制指令为有源DC 24V的开关指令或者干接点开关指令)，由微控制器11根据液晶显示操作单元21预先设置的信号通道31的工作模式、输入和输出的逻辑关系以及DCS系统发送过来的控制指令模拟仿真现场开关型信号执行机构执行相应的动作，然后将模拟后的执行机构本身的状态反馈至DCS系统并同时在液晶显示操作单元21上进行显示，由于DCS系统接收到反馈信号时会根据接收到的执行机构本身的状态以及DCS设计的基础文件再次产生相应的控制指令下发至测试装置，由测试装置中的微控制器重复上述操作，因此，液晶显示操作单元21上显示的输出结果是可以动态变化的，由此，我们可以根据观察液晶显示操作单元21上显示的动态输出结果是否与DCS基础设计文件一致，来判断DCS系统是否正常运行，从而完成DCS系统对现场开关型信号执行机构的控制性能的功能测试。
[0041]当信号通道31为模拟型信号通道时，用于测试DCS系统对现场模拟型信号执行机构或者热工水力系统的控制性能。这里主要例举测试DCS系统对热工水力系统的控制性倉泛:
[0042]测试时，我们可以通过该测试装置上的液晶显示操作单元21设置信号通道31中输入和输出的对应关系(例如将输出设置为特定定值、设置模拟执行机构动作的响应时间，这里的响应时间也可以人工配置)并强制一反馈信号，由微控制器11根据该反馈信号通过热工水力模型模拟现场模拟型信号执行机构执行相应的动作，并将模拟的执行机构本身的状态反馈至DCS系统，DCS系统会根据接收到的执行机构本身的状态发出一控制指令(该控制指令为4?20MA的电流信号)下发至测试装置，测试装置通过模拟型信号通道接收该控制指令，由微控制器11根据液晶显示操作单元21预先设置的信号通道31中输入和输出的对应关系以及DCS系统发送过来的控制指令，通过热工水力模型模拟仿真现场模拟型信号执行机构的执行相应的动作，再次模拟的执行机构本身的状态反馈至DCS系统，并同时将模拟的执行机构本身的状态在液晶显示操作单元21上进行显示，由于DCS系统接收到反馈信号时会再次根据接收到的执行机构本身的状态和DCS设计的基础文件产生相应的控制指令下发至测试装置，由测试装置中的微控制器会重复上述操作，因此，液晶显示操作单元21上显示的输出结果是可以动态变化的，由此，我们可以根据观察液晶显示操作单元21上显示的动态输出结果是否与DCS基础设计文件一致，来判断DCS系统是否正常运打，从而完成DCS系统对热工水力系统的控制性能的功能测试。
[0043]以上可以看出，本实用新型提供的一种分布式控制系统测试装置不需外接PC机和卡柜机组，即可完成DCS系统的功能测试，且该测试装置的体积较小、成本较低、方便携带，操作步骤也很简单。
[0044]本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型属在本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本实用新型的保护范围之内。
[0045]说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种分布式控制系统测试装置，其特征在于:包括内部具有容置空间的本体(1)，所述本体(I)上具有一显示区域(2)，所述显示区域(2)上安装一液晶显示操作单元(21)，所述本体(I)具有与所述容置空间相连通的第一开口(3)，所述第一开口(3)内对应设置有信号通道(31)； 所述本体(I)内具有微控制器(11)和电源单元(12)，所述微控制器(11)的输入端与所述液晶显示操作单元(21)相连，所述微控制器(11)输出端分别与所述信号通道(31)相连，所述电源单元(12)分别与所述液晶显示操作单元(21)、所述微控制器(11)、所述信号通道(31)电连接。
2.如权利要求1所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述信号通道(31)为开关型信号通道，包括8路开关型信号输入和12路开关型信号输出。
3.如权利要求1所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述信号通道(31)为模拟型信号通道，包括4路模拟型信号输入、4路模拟型信号输出和8路开关型信号输出。
4.如权利要求2或3所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述第一开口(3)设置在所述本体(I)顶部且第一开口(3)形状为矩形，所述本体(I)的顶部还具有至少一接口电路(4)，所述接口电路(4)的一端用于与外接电路可拔插地连接，所述接口电路(4)的另一端与所述微控制器(11)电连接。
5.如权利要求4所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述本体(I)的顶部还具有一开关按钮(5)，所述开关按钮(5)与所述电源单元(12)连接。
6.如权利要求5所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述微控制器(11)采用 32 位的基于 ARM Cortex-M3 内核的 STM32F107VCT6。
7.如权利要求6所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述电源单元(12)包括一电源接口(121)、第一 DC/DC转换芯片(122)、第二 DC/DC转换芯片(123)、镍氢电池充电电路(124)、镍氢电池组(125)、电源开关(126)、第三DC/DC转换芯片(127)、第四DC/DC转换芯片(128)以及第五DC/DC转换芯片(129)； 所述电源接口(121)分别与所述第一 DC/DC转换芯片(122)和所述第二 DC/DC转换芯片(123)的输入端连接，所述第一 DC/DC转换芯片(122)的输出端通过所述镍氢电池充电电路(124)与所述镍氢电池组(125)的输入端连接，所述镍氢电池组(125)和所述第二DC/DC转换芯片(123)的输出端均与所述电源开关(126)的一端连接，所述电源开关(126)的另一端分别连接到所述第三DC/DC转换芯片(127)和所述第四DC/DC转换芯片(128)的输入端，所述电源开关(126)的控制端连接到所述开关按钮(5)，所述第三DC/DC转换芯片(127)的输出端与所述第五DC/DC转换芯片(129)的输入端连接，所述第四DC/DC转换芯片(128)的输出端连接到所述信号通道(31)，所述第五DC/DC转换芯片(129)的输出端连接到所述微控制器(11)，且所述电源接口(121)位于所述本体(I)的顶部。
8.如权利要求1所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:还包括用于扣接在所述本体(I)外表面上的橡胶外壳￠)，所述橡胶外壳(6)与所述本体(I)可拆卸地连接，且所述橡胶外壳(6)与所述本体(I)顶部以及与液晶显示操作单元(21)所对应的侧面均设有开口。
9.如权利要求8所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述橡胶外壳(6)远离所述显示区域(2)的一侧面的设置有至少一磁性吸附区域，所述磁性吸附区域上具有用于吸附分布式控制系统中机柜的橡胶磁铁(7)。
10.如权利要求9所述的分布式控制系统测试装置，其特征在于:所述橡胶磁铁(7)为圆形，所述橡胶磁铁(7)的直径为1.5cm，厚度为1cm，所述橡胶磁铁(7)与所述橡胶外壳(6)粘接，扣接或螺钉连接。
【文档编号】G05B23/02GK204065830SQ201420526896
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】陈迪新, 王洪志, 潘宇, 夏明 , 田雨聪, 谢汉华 申请人:中广核工程有限公司, 北京国电智深控制技术有限公司