CN115113612A - 一种核电厂dcs***冗余开关量输出诊断***及诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***及诊断方法，第一开关量输出模块和第二开关量输出模块各自与奇槽位模块和偶槽位模块中的一个连接，且第一开关量输出模块与第二开关量输出模块通过背板通信并联连接；第一开关量输出模块与第二开关量输出模块在独立工作的情况下，均用于静态诊断，静态诊断用于判断各自模块内的通信是否出现故障；第一开关量输出模块与第二开关量输出模块在作为冗余模块进行输出时，通过轮询标志动态诊断，动态诊断用于判断开关量输出模块是否可控；本发明的有益效果为实现对冗余开关量输出信号的高可靠性和准确性控制，保证***的安全性，且提高诊断***的稳定性和安全性。

Description

一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***及诊断方法
技术领域
本发明涉及冗余开关量输出***技术领域，具体而言，涉及一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***及诊断方法。
背景技术
在工业控制领域，尤其在核电厂数字化仪控领域，会存在输出大量开关量信号去驱动专设，参与停堆逻辑表决，参与优先级逻辑输入逻辑等。而核电领域是一个对安全性和可靠性要求特别高的领域，因此冗余开关量输出***必须保证其驱动设备的高安全性与高可靠性。
而在现有技术中，只有单个开关量输出诊断模块，当单个的开关量输出诊断模块存在故障时，不能控制开关量信号的输出，从而造成极大的损失。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中，采用单一的开关量输出诊断模块，在出现故障时，不能控制开关量信号的输出，从而造成极大的损失，目的在于提供一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***及诊断方法，确保冗余开关量输出模块输出状态的准确性，保证DCS***的安全性、可靠性、稳定性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，包括机箱、第一开关量输出模块与第二开关量输出模块，所述机箱上设置有奇槽位模块和偶槽位模块，所述第一开关量输出模块和所述第二开关量输出模块各自与所述奇槽位模块和所述偶槽位模块中的一个连接，且所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块通过背板通信并联连接；所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块互为冗余控制；
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在独立工作的情况下，均用于静态诊断，所述静态诊断用于判断各自模块内的通信是否出现故障；
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在作为冗余模块进行输出时，均通过轮询标志进行动态诊断，所述动态诊断用于判断开关量输出模块是否可控。
优选地，当所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块作为冗余模块输出时，所述奇槽位模块用于产生动态诊断的轮询标志，并将所述轮询标志传输给所述偶槽位模块；
所述偶槽位模块用于判断所述轮询标志的电平高低，并根据判断结果对相应的开关量输出模块进行动态诊断：
当轮询标志为高电平时，所述奇槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断；
当轮询标志为低电平时，所述偶槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断。
优选地，所述第一开关量输出模块包括处理单元、开关量输出单元以及诊断回读单元；
所述处理单元，用于向所述开关量输出单元输出驱动控制信号；
所述开关量输出单元，用于在所述驱动控制信号的作用下产生相应的通道回读信号；
所述诊断回读单元，用于检测所述通道回读信号，并将所述通道回读信号传输至所述处理单元；
所述处理单元，还用于基于所述驱动控制信号和所述通道回读信号，对开关量输出单元进行静态诊断。
优选地，所述开关量输出单元包括第一继电器与第二继电器，所述第一继电器与所述第二继电器串联连接，所述处理单元将所述驱动控制信号分别输入到所述第一继电器与所述第二继电器中，所述诊断回读单元用于回读所述第一继电器与所述第二继电器输出的通道回读信号；
所述第一继电器用于输出所述开关量输出单元的数据状态；
所述第二继电器用于静态诊断。
优选地，在所述处理单元中，进行静态诊断具体为：当所述驱动控制信号与所述通道回读信号一致的时候，所述开关量输出单元的通道正常工作，否则，所述开关量输出单元内的通道出现故障。
优选地，在所述第一开关量输出模块或所述第二开关量输出模块中，在各自模块进行独立工作时，按照周期性的时间或者当开关量输出的开关值发生变化的时候，进行静态诊断。
优选地，所述第二开关量输出模块与所述第一开关量输出模块等同设置。
本发明公开了一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，是在如权利要求3～7任一所述的诊断***上实现的诊断方法，方法步骤包括：
S1：获取第一数据与第二数据，所述第一数据为所述第一开关量输出模块的状态数据，所述第二数据为所述第二开关量输出模块的状态数据；
S2：判断所述第一数据与所述第二数据是否出现故障数据，若没有出现故障数据，则执行步骤是S3；
S3：读取所述奇槽位模块的标识号与所述偶槽位模块的标识号，并根据读取到的标识号生成轮询标志位；
S4：基于所述轮询标志位，依次对所述奇槽位模块以及所述偶槽位模块进行动态诊断，当所述偶槽位模块动态诊断完成后，输出所述第一开关量输出模块以及所述第二开关量输出模块的诊断结果。
优选地，所述方法步骤还包括：对所述第一开关量输出模块进行静态诊断，所述静态诊断的方法的子步骤包括：
向开关量输出单元输出驱动控制信号；
检测开关量输出单元产生的动作信号；
判断所述动作信号与所述驱动控制信号是否一致，确定通道是否故障。
优选地，所述第一数据包括模块内各个单元的状态数据，模块内输出通道诊断状态、模块内输出数据质量状态以及模块输出数据；所述第二数据与所述第一数据等同。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例提供的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***及诊断方法，通过采用冗余开关量输出模块的方式，将静态诊断与动态诊断相互结合，实现对冗余开关量输出信号的高可靠性和准确性控制，保证***的安全性，且提高诊断***的稳定性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为诊断***示意图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例一
本实施例公开了一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，在工业控制领域，尤其在核电厂数字化仪控领域，会存在输出大量开关量信号去驱动专设，参与停堆逻辑表决，参与优先级逻辑输入逻辑等。而核电领域是一个对安全性和可靠性要求特别高的领域，因此冗余开关量输出***必须保证其驱动设备的高安全性与高可靠性。而在现有技术中，只有单个的开关量输出诊断模块，当单个开关量输出模块出现故障的时候，无法控制开关量信号的输出，造成的危害大；本实施例公开的***中，通过设置冗余的开关量输出模块，且将静态诊断与动态诊断相结合的方式，实现了对冗余开关量输出信号的高可靠性和准确性控制，保证***的安全性，且提高诊断***的稳定性和安全性。
设置的诊断***如图1所示，开关量输出模块A对应本实施例的第一开关量输出模块，且是***到机箱上的奇槽位模块中；开关量输出模块B对应本实施例的第二开关量输出模块，且***到机箱上的偶槽位模块中，两者模块是互为冗余模块，具体为：包括机箱、第一开关量输出模块与第二开关量输出模块，所述第一开关量输出模块和所述第二开关量输出模块各自与所述奇槽位模块和所述偶槽位模块中的一个连接，且所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块通过背板通信并联连接；所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块互为冗余控制；
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在独立工作的情况下，均用于静态诊断，所述静态诊断用于判断各自模块内的通信是否出现故障；
在本实施例中，设置的第一开关量输出模块与第二开关量输出模块中，在各自进行独立工作的时候，各自的模块内部均用可以进行静态诊断，且在进行静态诊断的时候，是按照周期性的间隔时间或者是开关量输出的开关值发生变化的时候，进行静态诊断，用来判断各自模块内部通道是否是正常通信。
具体的静态诊断为：开关量输出模块通过FPGA-IO口驱动继电器输出闭合或断开。通道回读诊断通过集成DC/DC隔离器回读到FPGA_IO口。FPGA通过对输出驱动控制信号与诊断回读信号判断是否一致，确定通道是否故障，通道正常反馈“0”，通道故障反馈“1”，处理单元通过总线读取通道诊断信息，完成通道输出与诊断故障信息上报。
单个开关量输出信号的静态诊断每隔10ms进行诊断或输出开关值发生变化时进行诊断，如果冗余模块对本模块进行了互切操作，将不进行动态诊断操作。在进行静态诊断时，本模块通过背板通信将静态诊断工作状态通知到动态诊断模块，同时动态诊断模块需要将输出信号选择为静态诊断模块数据输出。板卡安全类型配置为得电安全时，默认开关输出为断开状态，板卡安全类型配置为失电安全时，默认开关输出为闭合状态。
对于开关量输出信号输出，正常输出时，模块输出通道继电器一直保持一种输出状态，静态诊断不能判断在下个周期想要对开关量输出信号进行翻转操作时，开关量输出触点还是否可控，这样就继续引入冗余开关量输出信号的动态诊断方法。动态诊断能提前判断开关量输出信号是否可按照预期进行输出，如不能，上报通道故障，***提前进入安全状态，提高了***的安全性与可靠性。
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在作为冗余模块进行输出时，均通过轮询标志进行动态诊断，所述动态诊断用于判断开关量输出模块是否可控。本实施例中，互为冗余的模块用来产生动态诊断，且产生动态诊断的先后顺序是通过机箱背板上的奇槽位模块与偶槽位模块来实现的。
当所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块作为冗余模块输出时，所述奇槽位模块用于产生动态诊断的轮询标志，并将所述轮询标志传输给所述偶槽位模块；
所述偶槽位模块用于判断所述轮询标志的电平高低，并根据判断结果对相应的开关量输出模块进行动态诊断：当轮询标志为高电平时，所述奇槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断；当轮询标志为低电平时，所述偶槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断。
具体为：冗余开关量输出的开关输出需要根据模块的自身状态以及冗余模块的状态经过逻辑处理后才能确定本模块的最终开关输出值，动态诊断时需要根据模块的输出开关值和冗余模块的开关输出值以及轮询标志等确定是否允许进行动态诊断。
冗余开关量输出模块通过背板通信接口，实时接受冗余模块发送到本模块的状态数据，同时将本模块的状态数据发送到冗余模块，收发数据内容：模块状态(处理单元状态，通信状态，闭锁状态)，输出通道诊断状态，输出数据质量位，输出数据(主控下发的输出数据)。
本模块根据DO模块的状态、DO模块之间通信状态、质量位、互切、闭锁、通道状态、输出开关状态、DO之间通信状态、冗余模块在位状态等确定是否允许进行动态诊断，并设置动态诊断标志。冗余开关量输出模块动态诊断处理方式如表1所示。
表1冗余开关量输出模块动态诊断处理方式
Figure BDA0003755538330000061
另外，考虑到本实施例中的冗余开关量输出模块存在2个冗余开关量输出模块，为了2个冗余开关量输出模块能够有序的进行动态诊断，本实施例中还设置有冗余开关量输出动态诊断优先级，具体实现方式为：奇槽位模块产生动态诊断轮询标志，偶槽位模块读取轮询标志，轮询标志为高电平时奇槽位模块进行动态诊断，轮询标志位低电平时偶槽位模块进行动态诊断。
在具体诊断时，将输出数据选择通道选择为动态诊断模块输出数据，通过状态机控制该输出通道的两个开关的状态，转化顺序为11-10-01-00-11最终回到11，恢复到原来的输出状态；然后根据开关的回读数据判断判断输出是否正常。判断逻辑如表2所示。
表2动态诊断开关诊断逻辑真值表
Figure BDA0003755538330000062
动态诊断时，需要将开关输出值选择为动态诊断模块的开关数据输出，如果检查到静态诊断模块需要输出数据时，动态诊断模块停止进行动态诊断，待静态诊断完成后才能进行动态诊断，动态诊断的周期可软件配置。
本实施例中，如图1所示，具体设置的电路，设置的第一开关量输出模块包括处理单元、开关量输出单元以及诊断回读单元；
处理单元基于ARM+FPGA实现，用于向所述开关量输出单元输出驱动控制信号；
所述开关量输出单元，单个开关量输出模块输出单元包括两个Photo Mos继电器串联输出，一个为输出开关，一个为诊断开关，用于在所述驱动控制信号的作用下产生相应的通道回读信号；
正常情况下，开关处于闭合状态，当故障或安全状态时，为防止单个开关因粘连导致无法断开，因此设置多个开关串联的方式，从而避免因单一开关故障引起的误输出现象。
所述诊断回读单元，采用集成DC/DC转换器的双通道隔离器，用于检测所述通道回读信号，并将所述通道回读信号传输至所述处理单元；
所述处理单元，还用于基于所述驱动控制信号和所述通道回读信号，对开关量输出单元进行静态诊断。
所述开关量输出单元包括第一继电器与第二继电器，所述第一继电器与所述第二继电器串联连接，所述处理单元将所述驱动控制信号分别输入到所述第一继电器与所述第二继电器中，所述诊断回读单元用于回读所述第一继电器与所述第二继电器输出的通道回读信号；
所述第一继电器用于输出所述开关量输出单元的数据状态；
所述第二继电器用于静态诊断。
在所述处理单元中，进行静态诊断具体为：当所述驱动控制信号与所述通道回读信号一致的时候，所述开关量输出单元的通道正常工作，否则，所述开关量输出单元内的通道出现故障。
所述第二开关量输出模块与所述第一开关量输出模块等同设置。
本实施例公开的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，在保证单模块高诊断覆盖范围，同时冗余模块相关故障状态，正常工作状态能实时监测，采用动态诊断和静态诊断相结合的方式来实现对冗余开关量输出信号的高可靠性和准确性控制，保证***的安全性。
实施例二
本实施例公开了一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，本实施例是在实施例一设置的***上实现的诊断方法，方法步骤包括：
S1：获取第一数据与第二数据，所述第一数据为所述第一开关量输出模块的状态数据，所述第二数据为所述第二开关量输出模块的状态数据；
所述第一数据包括模块内各个单元的状态数据，模块内输出通道诊断状态、模块内输出数据质量状态以及模块输出数据；所述第二数据与所述第一数据等同。
本实施例中，设置的数据具体为冗余开关量输出模块通过背板通信接口，实时接受冗余模块发送到本模块的状态数据，同时将本模块的状态数据发送到冗余模块，收发数据内容：模块状态(处理单元状态，通信状态，闭锁状态)，输出通道诊断状态，输出数据质量位，输出数据(主控下发的输出数据)。
本模块根据DO模块的状态、DO模块之间通信状态、质量位、互切、闭锁、通道状态、输出开关状态、DO之间通信状态、冗余模块在位状态等确定是否允许进行动态诊断，并设置动态诊断标志。
S2：判断所述第一数据与所述第二数据是否出现故障数据，若没有出现故障数据，则执行步骤是S3；
S3：读取所述奇槽位模块的标识号与所述偶槽位模块的标识号，并根据读取到的标识号生成轮询标志位；
S4：基于所述轮询标志位，依次对所述奇槽位模块以及所述偶槽位模块进行动态诊断，当所述偶槽位模块动态诊断完成后，输出所述第一开关量输出模块以及所述第二开关量输出模块的诊断结果。
所述方法步骤还包括：对所述第一开关量输出模块进行静态诊断，所述静态诊断的方法的子步骤包括：向开关量输出单元输出驱动控制信号；检测开关量输出单元产生的动作信号；判断所述动作信号与所述驱动控制信号是否一致，确定通道是否故障。
具体流程方法：冗余开关量输出模块上电初始化成功启动运行后，本模块通过背板通信总线接收冗余模块发送到本模块的状态数据，同时将本模块的状态数据发送到冗余模块，收发数据内容：模块状态(ARM状态、通信状态、闭锁状态)、输出通道诊断状态、输出数据质量位、输出数据。
确认状态数据无故障，根据背板奇/偶槽位标识号，产生模块动态轮训标志位，在动态诊断时间计数器技满诊断时间，冗余开关量输出开始动态诊断。
本实施例公开的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，诊断方法可以快速诊断开关量输出链路，同时保证能在一个周期内完成通道诊断和通道输出功能，以达到诊断的实时性和数据输出的可靠性，设计高诊断覆盖率的开关量输出电路。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，包括机箱、第一开关量输出模块与第二开关量输出模块，所述机箱上设置有奇槽位模块和偶槽位模块，所述第一开关量输出模块和所述第二开关量输出模块各自与所述奇槽位模块和所述偶槽位模块中的一个连接，且所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块通过背板通信并联连接；所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块互为冗余控制；
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在独立工作的情况下，均用于静态诊断，所述静态诊断用于判断各自模块内的通信是否出现故障；
所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块在作为冗余模块进行输出时，均通过轮询标志进行动态诊断，所述动态诊断用于判断开关量输出模块是否可控。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，当所述第一开关量输出模块与所述第二开关量输出模块作为冗余模块输出时，所述奇槽位模块用于产生动态诊断的轮询标志，并将所述轮询标志传输给所述偶槽位模块；
所述偶槽位模块用于判断所述轮询标志的电平高低，并根据判断结果对相应的开关量输出模块进行动态诊断：
当轮询标志为高电平时，所述奇槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断；
当轮询标志为低电平时，所述偶槽位模块上的开关量输出模块进行动态诊断。
3.根据权利要求1或2所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，所述第一开关量输出模块包括处理单元、开关量输出单元以及诊断回读单元；
所述处理单元，用于向所述开关量输出单元输出驱动控制信号；
所述开关量输出单元，用于在所述驱动控制信号的作用下产生相应的通道回读信号；
所述诊断回读单元，用于检测所述通道回读信号，并将所述通道回读信号传输至所述处理单元；
所述处理单元，还用于基于所述驱动控制信号和所述通道回读信号，对开关量输出单元进行静态诊断。
4.根据权利要求3所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，所述开关量输出单元包括第一继电器与第二继电器，所述第一继电器与所述第二继电器串联连接，所述处理单元将所述驱动控制信号分别输入到所述第一继电器与所述第二继电器中，所述诊断回读单元用于回读所述第一继电器与所述第二继电器输出的通道回读信号；
所述第一继电器用于输出所述开关量输出单元的数据状态；
所述第二继电器用于静态诊断。
5.根据权利要求4所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，在所述处理单元中，进行静态诊断具体为：当所述驱动控制信号与所述通道回读信号一致的时候，所述开关量输出单元的通道正常工作，否则，所述开关量输出单元内的通道出现故障。
6.根据权利要求5所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，在所述第一开关量输出模块或所述第二开关量输出模块中，在各自模块进行独立工作时，按照周期性的时间或者当开关量输出的开关值发生变化的时候，进行静态诊断。
7.根据权利要求6所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断***，其特征在于，所述第二开关量输出模块与所述第一开关量输出模块等同设置。
8.一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，其特征在于，是在如权利要求3～7任一所述的诊断***上实现的诊断方法，方法步骤包括：
S1：获取第一数据与第二数据，所述第一数据为所述第一开关量输出模块的状态数据，所述第二数据为所述第二开关量输出模块的状态数据；
S2：判断所述第一数据与所述第二数据是否出现故障数据，若没有出现故障数据，则执行步骤是S3；
S3：读取所述奇槽位模块的标识号与所述偶槽位模块的标识号，并根据读取到的标识号生成轮询标志位；
S4：基于所述轮询标志位，依次对所述奇槽位模块以及所述偶槽位模块进行动态诊断，当所述偶槽位模块动态诊断完成后，输出所述第一开关量输出模块以及所述第二开关量输出模块的诊断结果。
9.根据权利要求8所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，其特征在于，所述方法步骤还包括：对所述第一开关量输出模块进行静态诊断，所述静态诊断的方法的子步骤包括：
向开关量输出单元输出驱动控制信号；
检测开关量输出单元产生的动作信号；
判断所述动作信号与所述驱动控制信号是否一致，确定通道是否故障。
10.根据权利要求8所述的一种核电厂DCS***冗余开关量输出诊断方法，其特征在于，所述第一数据包括模块内各个单元的状态数据，模块内输出通道诊断状态、模块内输出数据质量状态以及模块输出数据；所述第二数据与所述第一数据等同。
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