CN202512908U - 一种核电站dcs***数据采集的安全隔离装置 - Google Patents

一种核电站dcs***数据采集的安全隔离装置 Download PDF

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刘瑞峡
陈骁俊
胡志文
陈耀玲
汪世清
刘益群
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Abstract

本实用新型涉及故障检测技术，并公开了一种用于核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其中，该安全隔离装置包括：终端总线接口，其输入端连接于DCS***的终端总线，输出端连接至电气隔离单元；电气隔离单元，其输入端连接于终端总线接口，输出端连接于数据处理单元；数据处理单元，其输入端连接于电气隔离单元，输出端连接至RJ45接口；RJ45接口，其输入端连接于数据处理单元，输出端连接至DCS***的检修专家平台数据采集接口。根据本实用新型，在采集数据时电气隔离单元可实现电气隔离，防止外部信号对DCS***的终端总线造成干扰；数据处理单元可对数据进行筛选与解析，从而获取所需要的DCS数据。本实用新型结构简单且不影响DCS***的运行。

Description

一种核电站DCS***数据采集的安全隔离装置
技术领域
本实用新型涉及故障检测技术，更具体地，涉及一种核电站DCS***数据采集的安全隔离装置。
背景技术
随着核电站建设和运行经验的不断积累，采用全数字化DCS(DistributedControl System)***代替传统的模拟技术已是核电仪控***发展的必然趋势，对于核电站的DCS***的维护与检修也成为很多电站维修的研究对象。由于核电站的DCS***不同于常规电站的DCS***，维护人员对DCS***的故障失效模式、故障失效表象、故障失效后果及故障显示代码等信息的了解匮乏，因此要实现对核电站DCS***本身的在线监视十分苛刻。而采用检修专家平台(MES)检修DCS***时则需要采集DCS终端总线上的有效数据。目前核电站的DCS***的终端总线是厂家的专用封闭总线，在采集DCS***的数据时若使用常规的安全隔离装置则不能得到可为DCS***的检修所用的数据。而且采用常规的安全隔离装置可能具有以下缺点：(1)可能影响DCS***的终端总线的安全运行；(2)影响终端总线的运行速率和通信速率；(3)过度增加了终端总线的负荷；(4)可靠性低，运行过程中常出现通讯死机现象。上述缺点均导致常规的安全隔离装置不能有效地适应DCS***的需要，进而影响DCS***数据采集的有效性与可靠性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中的常规安全隔离装置不能有效地适应DCS***的检修需要并影响DCS***数据采集的有效性与可靠性的缺点，提供一种速率高、性能稳定、负荷低且对终端总线的安全运行没有影响的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置。
本实用新型解决其技术问题通过以下技术方案得以实现：提供一种核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其中，包括：
终端总线接口，其输入端连接于DCS***的终端总线，输出端连接至电气隔离单元；
电气隔离单元，其输入端连接于所述终端总线接口，输出端连接于数据处理单元；
数据处理单元，其输入端连接于所述电气隔离单元，输出端连接至RJ45接口；
RJ45接口，其输入端连接于所述数据处理单元，输出端连接至DCS***的检修专家平台数据采集接口。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述电气隔离单元包括第一接收器、第二接收器、数据移位寄存器和第一数据缓存；
第一接收器和第二接收器的输入端通过光纤与所述终端总线接口连接、输出端连接于用于实现数据转换的数据移位寄存器，数据移位寄存器的输入端连接于第一接收器和第二接收器、输出端连接于第一数据缓存；第一数据缓存的输入端连接于所述数据移位寄存器、输出端连接至所述数据处理单元。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述数据处理单元包括数据处理器、以太网控制器、向所述数据处理器和所述以太网控制器发出第一控制信号的数据传输控制器以及向数据处理器传递第二控制信号的数据处理控制子单元；
所述数据处理器的输入端连接于所述电气隔离单元、第一控制端连接于所述数据传输控制器、第二控制端连接于所述数据处理控制子单元、输出端连接至所述以太网控制器；所述数据传输控制器的输入输出端分别连接所述数据处理器与所述以太网控制器；所述数据处理控制子单元连接所述数据处理器；所述以太网控制器的控制端连接所述数据传输控制器、输入端连接所述数据处理器、输出端连接至所述RJ45接口。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述数据处理控制子单元包括电连接的CF卡与EEPROM；其中，所述EEPROM连接至所述数据处理器的第二控制端。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述数据传输控制器是型号为ATF1504AS的复杂可编程逻辑器件。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述以太网控制器是型号为RTL8019AS的芯片。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述数据处理器是型号为AT89S52的单片机。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述终端总线接口与DCS***的终端总线通过光纤连接或双绞线连接。
在上述核电站DCS***数据采集的安全隔离装置中，所述终端总线接口为RJ-45接口、BNC接口、Combo接口或TP接口。
实施本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，可以获得以下技术效果：安全隔离装置的电气隔离单元通过光纤连接DCS***的终端总线，可对DCS***和安全隔离装置进行电气隔离，从而防止外部信号对DCS***的终端总线造成干扰、避免对终端总线的安全运行造成影响；数据处理单元可对数据进行筛选与解析，从而得到DCS***检修所需要的参考数据，有利于后续检修专家平台对DCS***进行快速有效诊断。本实用新型结构简单、可靠性高、且不会影响DCS***的运行。
附图说明
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。附图中：
图1是本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置应用于DCS***检修时的结构示意图；
图2是本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置的结构框图；
图3是本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置的电气隔离单元的结构示意图；
图4是本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置的数据处理单元的结构框图；
图5是本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置的数据处理单元的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置(以下简称安全隔离装置)用于在采集DCS***数据时连接DCS***与检修专家平台(MES)。具体实现过程中，安全隔离装置与其他硬件接口一起设置在电厂总线的OSM(光纤交换模块)面板上。如图1所示，OSM包括但不限于图示的安全隔离装置、检修接口、电源接口和网络接口。其中，安全隔离装置连接终端总线与检修专家平台数据采集接口、电源接口连接终端总线与电源以及网络接口实现终端总线与核电站内部网络的连接。具体地，本实用新型的安全隔离装置与核电站DCS***的人机界面层总线(即LEVEL2终端总线)连接、通过MES数据采集接口与MES连接，从而实现终端总线与MES之间的连接与通信。
如图2所示，本实用新型的安全隔离装置10包括终端总线接口11、电气隔离单元12、数据处理单元13和RJ45接口14。终端总线接口11的输入端连接于DCS***的LEVEL2终端总线、输出端连接至电气隔离单元12；电气隔离单元12的输入端连接于终端总线接口11、输出端连接于数据处理单元13；数据处理单元13的输入端连接于电气隔离单元12、输出端连接至RJ45接口14；RJ45接口14的输入端连接于数据处理单元13、输出端连接至DCS***的MES数据采集接口。其中，电气隔离单元12、数据处理单元13和RJ45接口14外接电源工作。
LEVEL2终端总线的数据通过终端总线接口11进入电气隔离单元12后，数据经电气隔离后传输至下游的数据处理单元13，数据处理单元13对经电气隔离的数据进行筛选与解析后将其通过RJ45接口14传输至MES数据采集接口。
终端总线接口11连接DCS***的LEVEL2终端总线以实现安全隔离装置与LEVEL2终端总线的数据通信，其可通过光纤或通过双绞线与LEVEL2终端总线连接。RJ45接口14连接MES数据采集接口以实现安全隔离装置与MES的数据通信。本实用新型可分别采用与普通网络接口结构一致的终端总线接口11和RJ45接口14实现上述数据通信，所采用的终端总线接口11例如但不限于RJ-45接口、BNC接口、Combo接口和/或TP接口。
电气隔离单元12的输入端与终端总线接口11连接，用于在DCS***与安全隔离装置之间进行电气隔离。参考图3，本实用新型的电气隔离单元12包括第一接收器121、第二接收器122、数据移位寄存器123和第一数据缓存124。
本实用新型的第一接收器121和第二接收器122通过光纤与终端总线接口11连接并从终端总线接口11获取数据，由于此处采用光纤连接，可保证数据仅从终端总线接口11向后续的第一接收器121和第二接收器122传输。第一接收器121和第二接收器122可接收来自终端总线接口11的数据，随后向数据移位寄存器123发出从终端总线接口11获取的数据。由于此处采用光纤获取数据，所获取的数据为串行数据，因此，采用数据移位寄存器123对接收的串行数据进行移位处理，并使输入的串行数据以并行数据逐位移位输出。数据移位寄存器123连接第一数据缓存124以暂时存储从终端总线接口11获取的数据；第一数据缓存124的输出端连接至数据处理单元13。
参见图4-5，本实用新型的数据处理单元13具体包括数据处理器131、以太网控制器132、向数据处理器131和以太网控制器132发出第一控制信号的数据传输控制器133以及向数据处理器131传递第二控制信号的数据处理控制子单元134。
数据处理器131的输入端连接于电气隔离单元12、第一控制端连接数据传输控制器133、第二控制端连接数据处理控制子单元134、输出端连接至以太网控制器132；数据传输控制器133的输入输出端分别连接数据处理器131与以太网控制器132；数据处理控制子单元134连接数据处理器131；以太网控制器132的控制端连接数据传输控制器133、输入端连接数据处理器131、输出端连接至RJ45接口134。
本实用新型的数据处理器131是型号为AT89S52的单片机、以太网控制器132是型号为RTL8019AS的芯片以及数据传输控制器133是型号为ATF1504AS的复杂可编程逻辑器件；数据处理控制子单元134为电连接的CF卡与EEPROM。
AT89S52单片机接收电气隔离单元12发送的数据并将数据暂存在其数据缓存中，ATF1504AS复杂可编程逻辑器件通过向RTL8019AS芯片和AT89S52单片机发送第一控制信号从而控制AT89S52单片机中数据的传输，CF卡向EEPROM传递第二控制信号，随后EEPROM向AT89S52单片机传递之前接收的第二控制信号，AT89S52单片机接收第二控制信号、并对接收的电气隔离单元12发送的数据进行处理，然后将处理完成的数据经RTL8019AS芯片发送至RJ45接口14。这里所说的对数据进行处理指对数据进行筛选与解析，具体指去除掉数据中的时钟同步信号等，并保留对DCS***的检修而言有效的数据。RTL8019AS芯片也可对数据进行处理；RTL8019AS芯片为以太网控制芯片的一种，其可使接收的数据更适用于后续通过RJ45接口的传输。
复杂可编程逻辑器件是本领域技术人员所熟知的集成电路器件，型号为ATF1504AS的复杂可编程逻辑器件是本领域技术人员可获取的集成电路器件的实例。在本实用新型中，复杂可编程逻辑器件主要实现AT89S52单片机和RTL8019AS芯片之间数据传输的时序及逻辑控制。ATF1504AS复杂可编程逻辑器件包括请求接收电路、请求允许电路、时钟信号产生电路以及时钟信号输出电路。接收AT89S52单片机和RTL8019AS芯片发出的数据传输请求后，请求允许电路判断是否允许该数据传输请求，若允许则通过时钟信号产生电路产生相应时钟信号(第一控制信号)，并将该时钟信号发送至AT89S52单片机和RTL8019AS芯片。也即ATF1504AS复杂可编程逻辑器件通过AT89S52单片机和RTL8019AS芯片请求、允许请求以及选通时钟信号等实现数据从AT89S52单片机到RTL8019AS芯片的传输。
如图5所示，图5详细描述了数据处理单元的电路原理图，其中未显示数据处理控制子单元，以及将ATF1504AS复杂可编程逻辑器件显示为AT89S52单片机与RTL8019AS芯片之间的电路连接。通过图5所示的电路连接可实现ATF1504AS复杂可编程逻辑器件对AT89S52单片机和RTL8019AS芯片之间数据传输的控制。
综上所述，通过本实用新型的安全隔离装置可实现有效的DCS***数据采集。本实用新型的安全隔离装置的电气隔离单元可对DCS***和安全隔离装置进行电气隔离，从而防止外部信号对DCS***的终端总线造成干扰、避免对终端总线的安全运行造成影响；数据处理单元可对数据的传输进行控制并对数据进行筛选与解析，从而得到对DCS***检修有效的数据，有利于后续检修专家平台对DCS***进行快速有效诊断；终端总线接口与RJ45接口均为本领域常用的网络接口，简化了本实用新型的检修接口的结构设计。本实用新型的检修接口结构简单且实现方便。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，包括：
终端总线接口，其输入端连接于DCS***的终端总线，输出端连接至电气隔离单元；
电气隔离单元，其输入端连接于所述终端总线接口，输出端连接于数据处理单元；
数据处理单元，其输入端连接于所述电气隔离单元，输出端连接至RJ45接口；
RJ45接口，其输入端连接于所述数据处理单元，输出端连接至DCS***的检修专家平台的数据采集接口。
2.根据权利要求1所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述电气隔离单元包括第一接收器、第二接收器、数据移位寄存器和第一数据缓存；
第一接收器和第二接收器的输入端通过光纤与所述终端总线接口连接、输出端连接于用于实现数据转换的数据移位寄存器，数据移位寄存器的输入端连接于第一接收器和第二接收器、输出端连接于第一数据缓存；第一数据缓存的输入端连接于所述数据移位寄存器、输出端连接至所述数据处理单元。
3.根据权利要求1所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述数据处理单元包括数据处理器、以太网控制器、向所述数据处理器和所述以太网控制器发出第一控制信号的数据传输控制器以及向数据处理器发出第二控制信号的数据处理控制子单元；
所述数据处理器的输入端连接于所述电气隔离单元、第一控制端连接于所述数据传输控制器、第二控制端连接于所述数据处理控制子单元、输出端连接至所述以太网控制器；所述数据传输控制器的输入输出端分别连接所述数据处理器与所述以太网控制器；所述数据处理控制子单元连接所述数据处理器；所述以太网控制器的控制端连接所述数据传输控制器、输入端连接所述数据处理器、输出端连接至所述RJ45接口。 
4.根据权利要求3所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述数据处理控制子单元包括电连接的CF卡与EEPROM；其中，所述EEPROM连接至所述数据处理器的第二控制端。
5.根据权利要求3所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述数据传输控制器是型号为ATF1504AS的复杂可编程逻辑器件。
6.根据权利要求3所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述以太网控制器是型号为RTL8019AS的芯片。
7.根据权利要求3所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述数据处理器是型号为AT89S52的单片机。
8.根据权利要求1所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述终端总线接口与DCS***的终端总线通过光纤连接或双绞线连接。
9.根据权利要求1所述的核电站DCS***数据采集的安全隔离装置，其特征在于，所述终端总线接口为RJ-45接口、BNC接口、Combo接口或TP接口。 
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