CN104330582A - 一种基于fpga的反应堆冷却剂泵转速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明属于核电技术领域，具体公开了一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法。将冷却剂泵的转速传感器信号瞬态电压抑制和静电保护，然后整形为单极性方波信号，进行低通滤波之后光电隔离；以FPGA内部高速时钟脉冲频率作为基准，确定高速时钟脉冲信号的脉冲计数值，再得到反应堆冷却剂泵转速值，限值处理之后转换成数字信号，经高速数字隔离芯片后输出至电流型DAC器件；通过FPGA内部的高速时钟脉冲进行冷却机泵转速的初步计算，使得测量精度较现有方法得到很大提高；同时利用FPGA的纯硬件特性，相比传统软件处理，其可靠性更高。

Description

一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种冷却剂泵转速测量方法。

背景技术

在现有的转速测量方法中，目前，国内二代核电厂反应堆冷却剂泵转速测量均采用法国Ansaldo公司产品，以8051系列微控制器为核心，辅以PLD扩展电路，定值比较采用拨盘设定。多年的运行表明Ansalodo公司产品存在以下问题：采用8051型微控制器作为核心，存在软件跑飞的潜在可能；定值设定为机械拨盘设定，可靠性较差且易被人误改动；转速输出采用模拟量隔离，精度低、时漂大；本发明正是为提高反应堆冷却泵转速测量可靠性和测量精度而设计的一种转速测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高反应堆冷却泵转速测量可靠性和测量精度的基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）将冷却剂泵的转速传感器信号瞬态电压抑制和静电保护；

2）将经过步骤1处理后的不规则的传感器信号整形为单极性方波信号；

3）将单极性方波信号进行低通滤波；

4）滤波后的信号经光电隔离；

5）以FPGA内部高速时钟脉冲频率f作为基准，确定高速时钟脉冲信号的脉冲计数值n；

6）FPGA根据上述脉冲计数值n与高速时钟脉冲频率f计算得到反应堆冷却剂泵转速值s，利用下式

$s=\frac{f}{n};$

7）对转速值s进行限值处理；

8）将经过限值处理的转速值s转换成与模拟输出DAC器件对应的二进制码，通过FPGA的SPI口输出形成数字信号；

9）上述SPI口输出的数字信号经高速数字隔离芯片后输出，输出后的数字信号与FPGA实现隔离；

10）实现隔离之后的数字信号输送至电流型DAC器件直接输出4mA～20mADC信号。

本发明所取得的有益效果如下：通过FPGA内部的高速时钟脉冲进行冷却机泵转速的初步计算，使得测量精度较现有方法得到很大提高；同时利用FPGA的纯硬件特性，相比传统软件处理，其可靠性更高；

通过高速数字隔离芯片和电流型DAC器件实现转速信号的隔离和输出，从而消除了传统方法中的模拟隔离所带来的精度低、时漂大的问题，进一步提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，第一步，将冷却剂泵的转速传感器信号瞬态电压抑制和静电保护；

将冷却剂泵的转速传感器信号通过双向TVS管进行瞬态电压抑制和静电保护以防止外部高压对后续电路的损坏；

第二步，将经过步骤1处理后的不规则的传感器信号整形为单极性方波信号；

通过运算放大器构成的带滞回特性的比较器将不规则的传感器信号整形为单极性方波信号；

第三步，将单极性方波信号进行低通滤波；

得出的单极性方波信号通过运算放大器构成的一阶有源低通滤波网络消除高频干扰；

第四步，滤波后信号经光电隔离，从而实现与FPGA的隔离；

第五步，以FPGA内部高速时钟脉冲频率f作为基准，确定高速时钟脉冲信号的脉冲计数值n；

预处理信号为方波信号，其被送入FPGA，设定FPGA内部高速时钟脉冲频率f不低于1MHz，一般f选择1MHz或者2MHz。

以FPGA内部高速时钟脉冲频率f作为基准，对预处理后的方波信号的相邻上升沿之间的间隔时间进行上述的高速时钟脉冲计数，从而得到高速时钟脉冲信号的脉冲计数值n。

第六步，FPGA根据上述脉冲计数值n与高速时钟脉冲频率f计算得到反应堆冷却剂泵转速值s，如下式

$s=\frac{f}{n}$

第七步，为防止计算转速值的超限，根据预设的高、低限值对转速值s进行限值处理。

为了防止因传感器故障或主泵停运等情况下，长时间无转速传感器信号输入，n会过大，计数器溢出，需要对转速值s进行限值处理。

当n大于n₁时，强制限定s为0；

当n₁＞n＞n₀，强制限定s为100rpm；

当f为1MHz，n₀＝5×10⁵，n₁＝2×10⁶；

当f为2MHz，n₀＝1×10⁶，n₁＝4×10⁶；

第八步，将经过限值处理的转速值s转换成与模拟输出DAC器件对应的二进制码，通过FPGA的SPI口输出形成数字信号；

第九步，上述SPI口输出的数字信号经高速数字隔离芯片（例如AD公司生产的ADum1401）后输出，输出后的数字信号与FPGA实现隔离；

第十步，实现隔离之后的数字信号输送至电流型DAC器件直接输出4mA～20mA DC信号。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）将冷却剂泵的转速传感器信号瞬态电压抑制和静电保护；

2）将经过步骤1处理后的不规则的传感器信号整形为单极性方波信号；

3）将单极性方波信号进行低通滤波；

4）滤波后的信号经光电隔离；

5）以FPGA内部高速时钟脉冲频率f作为基准，确定高速时钟脉冲信号的脉冲计数值n；

6）FPGA根据上述脉冲计数值n与高速时钟脉冲频率f计算得到反应堆冷却剂泵转速值s，利用下式

$s=\frac{f}{n};$

7）对转速值s进行限值处理；

8）将经过限值处理的转速值s转换成与模拟输出DAC器件对应的二进制码，通过FPGA的SPI口输出形成数字信号；

9）上述SPI口输出的数字信号经高速数字隔离芯片后输出，输出后的数字信号与FPGA实现隔离；

10）实现隔离之后的数字信号输送至电流型DAC器件直接输出4mA～20mADC信号。

2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法，其特征在于：所述的步骤5）FPGA内部高速时钟脉冲频率f为1MHz或者2MHz，以FPGA内部高速时钟脉冲频率f作为基准，对预处理后的方波信号的相邻上升沿之间的间隔时间进行上述的高速时钟脉冲计数，从而得到高速时钟脉冲信号的脉冲计数值n。

3.如权利要求1所述的一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法，其特征在于，所述步骤7）限值处理的方法为：

当n大于n₁时，强制限定s为0；

当n₁＞n＞n₀，强制限定s为100rpm；

当f为1MHz，n₀＝5×10⁵，n₁＝2×10⁶；

当f为2MHz，n₀＝1×10⁶，n₁＝4×10⁶。

4.如权利要求1所述的一种基于FPGA的反应堆冷却剂泵转速测量方法，其特征在于：所述步骤9）中高速数字隔离芯片为AD公司生产的ADum1401。