CN108508878A - 一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***及方法，所述***包括：控制器上位机(1)、控制器(2)、模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)和电源(5)，所述的控制器(2)、模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)分别通过电源线与电源(5)连接，控制器上位机(1)通过网线与控制器(2)连接，所述的模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)分别通过RS‑485或RS‑232串口与控制器(2)连接，模拟量输出模块(3)与模拟量输入模块(4)通过硬接线连接。本发明实现了将各模拟量输出通道的实时状态告知控制器和DCS，从而缩短了故障排查时间。另外，本发明还兼顾通道冗余，在通道故障时实现在线切换。

Description

一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***及方法

技术领域

本发明涉及一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***及方法，属于电厂运行控制与优化技术领域。

背景技术

作为目前大多数电厂控制***的核心，分布式控制***(Distributed ControlSystem，DCS)本质上是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机***，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术。在电厂的控制、优化***技术改造项目中，新增加的控制器一般通过硬接线的方式与DCS相连接；即新增控制器的模拟量输出(Analog Output，AO)模块与DCS的模拟量输入(Analog Input，AI)模块相连接。

其中，硬接线即具有接线端子和测试点的传统接线方式，其优点是：所有电气量的输入输出模块可以统一管理、集中布置；中转环节少，信号响应速度快，安全可靠；电缆一次铺设正确后故障概率低，便于维护。目前大部分的电厂和设计院认为硬接线是电气***接入DCS的最可靠方式。然而，对于可靠性要求更高的控制、优化***技术改造项目，普通的硬接线方式的可靠性仍然不足；尤其是对通道有效性要求较高的场合，这种方式无法将通道的实时状态告知控制器和DCS；当故障发生时，如某一通道断开，需要人工排查故障并排除，耗时较长。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***及方法，通过利用所述***，可以实现将各模拟量输出通道的实时状态告知控制器和DCS，从而缩短故障排查时间。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***，包括：控制器上位机、控制器、模拟量输出模块、模拟量输入模块和电源，所述的控制器、模拟量输出模块、模拟量输入模块分别通过电源线与电源连接，控制器上位机通过网线与控制器连接，所述的模拟量输出模块、模拟量输入模块分别通过RS-485或RS-232串口与控制器连接，模拟量输出模块与模拟量输入模块通过硬接线连接。

本发明中，每个模拟量输出模块的输出通道数量为n，模拟量输出模块的个数为a；每个模拟量输入模块的输出通道数量为m，模拟量输入模块的个数为b；模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间的通道包括：x个输出通道、y个冗余通道和z个有效性通道，其满足：

x+y+z＝an＝bm；

即***中总的通道数量为an，模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间的每个输出通道和冗余通道都需要反馈至模拟量输入模块，从而可以获知每个输出通道和冗余通道的有效性状态。

采用前述的***进行电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，将模拟量输出模块通过硬接线接入DCS***的电流模拟量输入卡件；控制器上位机发出控制指令，控制器将所述的控制指令转换为RS-485或RS-232信号后，发送至模拟量输出模块，模拟量输出模块将模拟量输出至DCS电流模拟量输入卡件，同时将每个输出通道和冗余通道的信号通过模拟量输入模块反馈至控制器，控制器将控制器上位机发出的控制指令与模拟量输入模块反馈的指令进行对比，若二者的差值小于一定的阈值(如模拟量输出模块输出信号的5％)，则置对应通道的有效性状态为正常/可用，否则置对应通道的有效性状态为异常/不可用；当控制器对模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间的所有输出通道和冗余通道的有效性进行检测后，将输出通道和冗余通道的有效性状态信息再通过模拟量输出模块发送至DCS电流模拟量输入卡件，使得DCS***能够判断出每个输出通道和冗余通道的有效性状态，进而判断是否需要进行冗余通道的热切换。

优选的，根据模拟量输出模块和模拟量输入模块的不同类型，模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间以及模拟量输出模块与模拟量输入模块之间的连线方式分为以下三种：

(一)若模拟量输出模块为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块(4)为4～20mA电流模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极，模拟量输入模块的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)；

(二)若模拟量输出模块为0～10V电压模拟量输出模块，模拟量输入模块为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极，模拟量输出模块的负极分别接模拟量输入模块的负极和DCS电流模拟量输入卡件的负极，其中，模拟量输出模块的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极之间还串接有500Ω的电阻(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块再到DCS电流模拟量输入卡件(前置串联500Ω电阻)的并联接法)；

(三)若模拟量输出模块为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极，模拟量输入模块的正、负极之间并联接有500Ω的电阻，模拟量输入模块的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块并接电阻再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)。

以上三种连线方式，均可以实现本发明的所有功能，满足工程实践需求。

优选的，每个有效性通道负责传输r个输出通道或冗余通道的有效性数据；以0/1布尔量表示第i个通道的可用性t_i，t_i＝0表示通道异常/不可用，t_i＝1表示通道正常/可用；则有效性检测矩阵Q为1维、长度为r的布尔量向量，即：

Q＝[t₁，t₂，...，t_r]

当r个通道均正常时，Q₁＝[1，1，...，1]^r；r个通道均异常时，Q₀＝[0，0，...，0]^r；Q₁对应有效性通道的通道输出上限；Q₀对应有效性通道的通道输出下限。

更优选的，将输出通道或冗余通道的有效性状态信息通过模拟量输出模块发送至DCS电流模拟量输入卡件之前，先将输出通道或冗余通道有效性的布尔量向量Q转化为整形Q′，再转化为模拟量信号q；DCS电流模拟量输入卡件接收到所述模拟量信号q后，再进行逆运算转化为布尔量向量Q，从而判断出每个输出通道及冗余通道的有效性状态；

Q与Q′的转化关系为：

其中，Q′上限为Q′₁＝2^r-1，对应Q₁＝[1，1，...，1]^r；Q′下限为Q′₀＝0，对应Q₀＝[0，0，...，0]^r；

Q′与q的转化关系为：

其中，q′₁为模拟量信号的输出上限，q′₀为模拟量信号的输出下限；Q′₁＝2^r-1，Q′₀＝0。

通过以上变换，从而可以实现对量程的等分，进而实现从向量到模拟量的线性一一对应。另外，发明不直接把有效性检测矩阵Q发送给DCS电流模拟量输入卡件，而要对Q进行变形及转化为模拟量信号q后才发送，是因为Q矩阵不是模拟量信号，无法通过AO模块直接发送。而转化为模拟量信号q后再发送，从而即可利用已有的AO模块直接发送有效性信息，不用再添加别的器件或模块，提高了器件的利用率。如果直接发送Q矩阵，则需要其他物理模块进行信息的编码和解码；例如利用串口或者以太网发送，就必须再增加相关的模块，不经济。

前述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法中，7z＝x+y，即每个有效性通道负责传输7个输出通道或冗余通道的有效性数据(大于7时，则精确性差，无法满足分辨率的要求；小于7时则通道利用性差，要多加有效性通道，即多加AO模块，同时DCS的AI板卡也要多开辟通道)，从而可以使得有效性通道的分辨率不小于模拟量输出通道量程的0.5％，即分辨率k≥(q′₁-q′₀)·0.5％，若分辨率K小于DCS的AI板卡分辨率(目前大部分DCS的AI板卡分辨率为其量程的0.5％)会使信号无法准确识别，产生信号传输误差，对各通道有效性产生错误判断。

本发明中，每个有效性通道负责传输r个输出通道或冗余通道的有效性数据，而非利用一个有效性通道负责传输所有输出通道或冗余通道，这样分配主要是信号分辨率的考量，有效性通道的信号经过转换后，实际上是将AO量程等分为2^r-1份，每个有效性通道负责的通道越多，r越大，量程一定的情况下，分辨率越小；而DCS的AI卡件的分辨率是有限的，需要找到一个平衡，即k≥(q′₁-q′₀)·0.5％。通过本发明的上述方法即可找到所述的平衡。

上述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法中，还包括：控制器发送随时间变化的心跳包，用于DCS***检测控制器是否正常工作；心跳包在每个有效性通道与通道有效性信息分时发送(如每隔10s发送一次心跳包，其余时刻发送通道有效性信息)。

本发明还包括：当DCS***判断输出通道异常时，则切换至正常的冗余通道。

与现有技术相比，通过利用本发明中的电厂模拟量输出通道的有效性检测***，从而实现了将各模拟量输出通道的实时状态告知控制器和DCS，从而缩短了故障排查时间。另外，本发明还兼顾通道冗余，在通道故障时实现在线切换。

附图说明

图1为本发明中通道有效性检测的硬件***的总体连接方式示意图；

图2为本发明中控制器与多个模拟量输出模块、模拟量输入模块的连接方式示意图；

图3为模拟量输出模块、模拟量输入模块均为4～20mA电流模拟量输出模块时，各通道的连接方式示意图；

图4为模拟量输出模块、模拟量输入模块均为0～10V电压模拟量输出模块时，各通道连接方式示意图；

图5为模拟量输出模块均为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块均为0～10V电压模拟量输出模块时，各通道的连接方式示意图；

图6为本发明中软件***的总体架构图；

图7为利用本发明的***实现电厂模拟量输出通道的有效性检测的方法流程图。

附图标记：1-控制器上位机，2-控制器，3-模拟量输出模块，4-模拟量输入模块，5-电源。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式

本发明的实施例：一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***，如图1所示，包括：控制器上位机1、控制器2、模拟量输出模块3(即AO模块)、模拟量输入模块4(即AI模块)和电源5，所述的控制器2、模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过电源线与电源5连接，控制器上位机1通过网线与控制器2连接，所述的模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过RS-485或RS-232串口与控制器2连接，模拟量输出模块3与模拟量输入模块4通过硬接线连接。

上述的电厂模拟量输出通道的有效性检测***中，如图2所示，每个模拟量输出模块3的输出通道数量为n，模拟量输出模块3的个数为a；每个模拟量输入模块4的输出通道数量为m，模拟量输入模块4的个数为b；模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的通道包括：x个输出通道、y个冗余通道和z个有效性通道，其满足：

x+y+z＝an＝bm；

即***中总的通道数量为an，模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的每个输出通道和冗余通道都需要反馈至模拟量输入模块4。

“输出通道”特指输出模拟量信号的主要通道，正常情况下会不停的工作，向DCS发送信号；“冗余通道”是当“输出通道”故障时，通过***实现热切换，即无扰、无间隔的切换；有效性检测不是最终目的，通过冗余通道的热切换保障***的可靠性是本***的重要作用；

“有效性通道”用于“输出通道”和“冗余通道”的有效性检测，而“有效性通道”自身的有效性并不需要检测，即无需将该通道反馈至AI模块。原因有二：1、若该类型通道故障，***失效，即使检测出其余通道有效性信息也无法变送，没有意义，该情况下心跳包也无法传输，根据DCS提示信息直接检修“有效性通道”即可；2、该类型通道数量很少，检修也很方便。

采用上述的***进行电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，如图1所示，将模拟量输出模块3通过硬接线接入DCS***的电流模拟量输入卡件；控制器上位机1发出控制指令，控制器2将所述的控制指令转换为RS-485或RS-232信号后，发送至模拟量输出模块3，模拟量输出模块3将模拟量输出至DCS电流模拟量输入卡件，同时将每个输出通道和冗余通道的信号通过模拟量输入模块4反馈至控制器2，控制器2将控制器上位机1发出的控制指令与模拟量输入模块4反馈的指令进行对比，若二者的差值小于一定的阈值(如模拟量输出模块3输出信号的5％)，则置对应通道的有效性状态为正常/可用，否则置对应通道的有效性状态为异常/不可用；当控制器2对模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的所有输出通道和冗余通道的有效性进行检测后，将输出通道和冗余通道的有效性状态信息再通过模拟量输出模块3发送至DCS电流模拟量输入卡件，使得DCS***能够判断出每个输出通道和冗余通道的有效性状态，进而判断是否需要进行冗余通道的热切换。

本发明中，可根据模拟量输出模块3和模拟量输入模块4的不同类型，模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间以及模拟量输出模块3与模拟量输入模块4之间的连线方式分为以下三种：

(一)如图3所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块4为4～20mA电流模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极，模拟量输入模块4的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块3的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)；

(二)如图4所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为0～10V电压模拟量输出模块，模拟量输入模块4为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极，模拟量输出模块3的负极分别接模拟量输入模块4的负极和DCS电流模拟量输入卡件的负极，其中，模拟量输出模块3的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极之间还串接有500Ω的电阻(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4再到DCS电流模拟量输入卡件(前置串联500Ω电阻)的并联接法)；

(三)如图5所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块4为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极，模拟量输入模块4的正、负极之间并联接有500Ω的电阻，模拟量输入模块4的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块3的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4并接电阻再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)。

上述方法中，每个有效性通道可负责传输r个输出通道或冗余通道的有效性数据；可以以0/1布尔量表示第i个通道的可用性t_i，t_i＝0表示通道异常/不可用，t_i＝1表示通道正常/可用；则有效性检测矩阵Q为1维、长度为r的布尔量向量，即：

Q＝[t₁，t₂，...，t_r]

当r个通道均正常时，Q₁＝[1，1，...，1]^r；r个通道均异常时，Q₀＝[0，0，...，0]^r；Q₁对应有效性通道的通道输出上限；Q₀对应有效性通道的通道输出下限。

本发明将输出通道或冗余通道的有效性状态信息通过模拟量输出模块3发送至DCS电流模拟量输入卡件之前，可先将输出通道或冗余通道有效性的布尔量向量Q转化为整形Q′，再转化为模拟量信号q；DCS电流模拟量输入卡件接收到所述模拟量信号q后，再进行逆运算转化为布尔量向量Q，从而判断出每个输出通道及冗余通道的有效性状态；

Q与Q′的转化关系为：

其中，Q′上限为Q′₁＝2^r-1，对应Q₁＝[1，1，...，1]^r；Q′下限为Q′₀＝0，对应Q₀＝[0，0，...，0]^r；

Q′与q的转化关系为：

其中，q′₁为模拟量信号的输出上限，q′₀为模拟量信号的输出下限；Q′₁＝2^r-1，Q′₀＝0。

具体实施时也可以直接发送Q矩阵，但是需要其他物理模块进行信息的编码和解码；例如利用串口或者以太网发送，就必须再增加相关的模块，这种做法不经济。

特别的，7z＝x+y，即每个有效性通道负责传输7个输出通道或冗余通道的有效性数据。

为了检测控制器是否正常工作，以及检测有效性通道是否正常(若DCS无法收到心跳包说明这个有效性通道坏了)，本发明还可包括：控制器2发送随时间变化的心跳包，用于DCS***检测控制器2是否正常工作；心跳包在每个有效性通道与通道有效性信息分时发送(如每隔10s发送一次心跳包，其余时刻发送通道有效性信息)。

本发明还可包括：当DCS***判断输出通道异常时，则切换至正常的冗余通道。

实验例：某电厂的控制***优化改造项目中，新增加的控制器一般通过硬接线的方式与DCS相连接；即新增控制器的模拟量输出(AO)模块与DCS的模拟量输入(AI)卡件相连接。若仅采用传统的硬接线方式，虽具有统一管理、集中布置、快速响应、便于维护的特点，但是这种方式无法将通道的实时状态告知控制器和DCS；当故障发生时，如某一通道断开，需要人工排查故障并排除，耗时较长。

为了克服以上问题，电厂的控制***优化改造项目可采用本发明的模拟量输出通道有效性检测***及方法，将各模拟量输出通道的实时状态告知控制器和DCS，从而缩短故障排查时间，同时兼顾通道冗余，以便实现通道故障时实现在线切换。

具体应用本发明的模拟量输出通道有效性检测***时，如图7所示，包括以下步骤：

步骤1：安装部署硬件***各设备；

步骤2：完成硬件***各设备电源接线；

步骤3：完成控制器和模拟量输出模块3(即AO模块)、模拟量输入模块4(即AI模块)之间的通信线接线；

步骤4：按照AO模块和AI模块类型，完成AO、AI模块与DCS的AI卡件的硬接线；

步骤5：在控制器部署控制器组态软件；

步骤6：在DCS的分布式处理单元(Distributed Process Unit,DPU)部署DCS通道选择逻辑组态软件；

步骤7：运行控制器***和DCS。

其中，整个***的架构图如图6所示。

具体的，所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测***，如图1所示，包括：控制器上位机1、控制器2、模拟量输出模块3(即AO模块)、模拟量输入模块4(即AI模块)和电源5，所述的控制器2、模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过电源线与电源5连接，控制器上位机1通过网线与控制器2连接，所述的模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过RS-485或RS-232串口与控制器2连接，模拟量输出模块3与模拟量输入模块4通过硬接线连接。

假设共8个模拟量输出模块3(即AO模块)，每个AO模块有4个输出通道；共8个模拟量输入模块4(即AI模块)，每个AI模块有4个输出通道，总共32个通道。假设其中模拟量信号输出通道共14个，冗余通道14个，有效性通道4个。

假设，8个AO模块均为4～20mA电流模拟量输出模块，8个AI模块均为0～10V电压模拟量输入模块。则对于每个通道，需要保证AO模块至AI模块并接电阻再到DCS模拟量输入卡件的串联接法。即对于每个通道，AO模块的正极接AI模块的正极，AI模块的正、负极之间并联接500Ω电阻，AI模块的负极接DCS模拟量输入卡件的正极，DCS模拟量输入卡件的负极接AO模块的负极。所有接线均采用硬接线的方式；各通道的连接方式如图5所示。

对于有效性通道，采用以下有效性检测协议：每个有效性通道负责传输7个输出通道或冗余通道的有效性数据；4个有效性通道依次检测1～7号输出通道、8～14号输出通道、1～7号冗余通道、8～14号冗余通道。0/1布尔量表示第i个通道的可用性t_i，t_i＝0表示通道异常/不可用，t_i＝1表示通道正常/可用；有效性检测矩阵Q为1维、长度为7的布尔量向量。即：Q＝[t₁，t₂，...，t₇]。输出时先将布尔量向量Q转化为整形Q′，再转化为模拟量信号q。

Q与Q′的转化关系为：

Q′上限为Q′₁＝2⁷-1＝127，对应Q₁＝[1，1，...，1]⁷；Q′下限为Q′₀＝0，对应Q₀＝[0，0，...，0]⁷。

Q′与q的转化关系为：

q′₁为AO模块模拟量信号的输出上限20mA，q′₀为AO模块模拟量信号的输出下限4mA；Q′₁＝127，Q′₀＝0。即

有效性通道的分辨率为k＝0.126mA。

一切电子仪器都是有检测的极限的，当两个模拟量值过于接近，DCS的AI卡件就无法分辨，比如DCS的AI卡件可以分辨4mA和4.126mA，但是无法分辨4mA和4.0126mA，此时必须准确告知DCS所述的分辨率q值是多少，进而还原出Q，DCS才能准确知道各输出通道或冗余通道的有效性。

本发明的软件***包括控制器组态和DCS通道选择逻辑组态。软件***的总体架构图如图6所示。控制器组态包括控制指令下发模块、输出有效性检测模块和心跳包发送模块；DCS通道选择逻辑组态包括通道有效性判断模块和冗余热切换模块。

控制器组态中的控制指令下发模块将控制器上位机1给出的控制指令下发至AO模块，比如一般以RS-485通信格式下发；输出有效性检测模块将所述控制指令与AI模块的反馈指令作对比，若二者差值小于一定的阈值，如AO模块输出的控制指令的5％，则置对应通道的t_i＝1，否则t_i＝0；(比如若模拟量输出模块3为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块4为4～20mA电流模拟量输入模块，控制器上位机1发出的指令是50％，对应AO模块(即模拟量输出模块3)输出的值是12mA(即12mA对应4～20mA所述量程的50％)；在实际操作的时候，首先计算阈值范围，50％对应的阈值范围为45％～55％；然后再判断AI模块(即模拟量输入模块4)的反馈测量值对应的指令是否在该范围内。比如，当AI模块测得的反馈量为12.4mA时，对应的指令是4～20mA的52.5％，在该阈值范围内，可置对应的t_i＝1；若AI模块测得的反馈量为10mA，对应的指令是4～20mA的37.5％，不在该阈值范围内，则置对应的t_i＝0；同理，若AO模块、AI模块的类型不一样，过程也是相似的。若AO模块(即模拟量输出模块3)为4～20mA电流模拟量输出模块，AI模块(即模拟量输入模块4)为0～10V电压模拟量输入模块，控制器上位机1发出的指令是50％,对应AO模块输出的值是12mA,(即12mA对应4～20mA所述量程的50％)；在实际操作的时候，首先计算阈值范围，50％对应的阈值范围为45％～55％；然后再判断AI模块的反馈测量值对应的指令是否在该范围内，比如，此时测得AI模块的反馈量为5.25V，对应的指令是0～10V的52.5％，在该范围内，可置对应的t_i＝1；若此时测得AI模块的反馈量为3.75V，对应的指令是0～10V的37.5％，不在该范围，则置对应的t_i＝0)心跳包发送模块负责发送与随时间变化的心跳包，用于DCS检测控制器是否正常工作；心跳包在每个有效性通道与通道有效性信息q分时发送，如每隔10s发送一次心跳包，其余时刻发送通道有效性信息。

DCS通道选择逻辑组态中的通道有效性判断模块，将4个通道有效性信号q逆运算转化为4个布尔量向量Q，进而判断每个输出通道和冗余通道的有效性状态；冗余热切换模块根据通道的有效性状态对通道进行热切换，即当输出通道异常时，切换至正常的冗余通道。

Claims (9)

1.一种电厂模拟量输出通道的有效性检测***，其特征在于，包括：控制器上位机(1)、控制器(2)、模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)和电源(5)，所述的控制器(2)、模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)分别通过电源线与电源(5)连接，控制器上位机(1)通过网线与控制器(2)连接，所述的模拟量输出模块(3)、模拟量输入模块(4)分别通过RS-485或RS-232串口与控制器(2)连接，模拟量输出模块(3)与模拟量输入模块(4)通过硬接线连接。

2.根据权利要求1所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测***，其特征在于，每个模拟量输出模块(3)的输出通道数量为n，模拟量输出模块(3)的个数为a；每个模拟量输入模块(4)的输出通道数量为m，模拟量输入模块(4)的个数为b；模拟量输出模块(3)与DCS电流模拟量输入卡件之间的通道包括：x个输出通道、y个冗余通道和z个有效性通道，其满足：

x+y+z＝an＝bm；

即***中总的通道数量为an，模拟量输出模块(3)与DCS电流模拟量输入卡件之间的每个输出通道和冗余通道都需要反馈至模拟量输入模块(4)。

3.采用权利要求2所述的***进行电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，将模拟量输出模块(3)通过硬接线接入DCS***的电流模拟量输入卡件；控制器上位机(1)发出控制指令，控制器(2)将所述的控制指令转换为RS-485或RS-232信号后，发送至模拟量输出模块(3)，模拟量输出模块(3)将模拟量输出至DCS电流模拟量输入卡件，同时将每个输出通道和冗余通道的信号通过模拟量输入模块(4)反馈至控制器(2)，控制器(2)将控制器上位机(1)发出的控制指令与模拟量输入模块(4)反馈的指令进行对比，若二者的差值小于一定的阈值，则置对应通道的有效性状态为正常/可用，否则置对应通道的有效性状态为异常/不可用；当控制器(2)对模拟量输出模块(3)与DCS电流模拟量输入卡件之间的所有输出通道和冗余通道的有效性进行检测后，将输出通道和冗余通道的有效性状态信息再通过模拟量输出模块(3)发送至DCS电流模拟量输入卡件，使得DCS***能够判断出每个输出通道和冗余通道的有效性状态，进而判断是否需要进行冗余通道的热切换。

4.根据权利要求3所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，根据模拟量输出模块(3)和模拟量输入模块(4)的不同类型，模拟量输出模块(3)与DCS电流模拟量输入卡件之间以及模拟量输出模块(3)与模拟量输入模块(4)之间的连线方式分为以下三种：

(一)若模拟量输出模块(3)为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块(4)为4～20mA电流模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块(3)的正极接模拟量输入模块(4)的正极，模拟量输入模块(4)的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块(3)的负极；

(二)若模拟量输出模块(3)为0～10V电压模拟量输出模块，模拟量输入模块(4)为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块(3)的正极接模拟量输入模块(4)的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极，模拟量输出模块(3)的负极分别接模拟量输入模块(4)的负极和DCS电流模拟量输入卡件的负极，其中，模拟量输出模块(3)的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极之间还串接有500Ω的电阻；

(三)若模拟量输出模块(3)为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块(4)为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块(3)的正极接模拟量输入模块(4)的正极，模拟量输入模块(4)的正、负极之间并联接有500Ω的电阻，模拟量输入模块(4)的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块(3)的负极。

5.根据权利要求3所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，每个有效性通道负责传输r个输出通道或冗余通道的有效性数据；以0/1布尔量表示第i个通道的可用性t_i，t_i＝0表示通道异常/不可用，t_i＝1表示通道正常/可用；则有效性检测矩阵Q为1维、长度为r的布尔量向量，即：

Q＝[t₁，t₂，…，t_r]

当r个通道均正常时，Q₁＝[1，1，...，1]^r；r个通道均异常时，Q₀＝[0，0，...，0]^r；Q₁对应有效性通道的通道输出上限；Q₀对应有效性通道的通道输出下限。

6.根据权利要求5所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，将输出通道或冗余通道的有效性状态信息通过模拟量输出模块(3)发送至DCS电流模拟量输入卡件之前，先将输出通道或冗余通道有效性的布尔量向量Q转化为整形Q′，再转化为模拟量信号q；DCS电流模拟量输入卡件接收到所述模拟量信号q后，再进行逆运算转化为布尔量向量Q，从而判断出每个输出通道及冗余通道的有效性状态；

Q与Q′的转化关系为：

其中，Q′上限为Q′₁＝2^r-1，对应Q₁＝[1，1，...，1]^r；Q′下限为Q′₀＝0，对应Q₀＝[0，0，...，0]^r；

Q′与q的转化关系为：

其中，q′₁为模拟量信号的输出上限，q′₀为模拟量信号的输出下限；Q′₁＝2^r-1，Q′₀＝0。

7.根据权利要求3所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，7z＝x+y，即每个有效性通道负责传输7个输出通道或冗余通道的有效性数据。

8.根据权利要求3所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，还包括：控制器(2)发送随时间变化的心跳包，用于DCS***检测控制器(2)是否正常工作；心跳包在每个有效性通道与通道有效性信息分时发送。

9.根据权利要求3所述的电厂模拟量输出通道的有效性检测方法，其特征在于，还包括：当DCS***判断输出通道异常时，则切换至正常的冗余通道。