1、核電站的過(guò)程儀表系統(tǒng)依照核安全職能的分工不同，可以分過(guò)程儀表控制系統(tǒng)以及過(guò)程儀表保護(hù)系統(tǒng)。Bailey系列模塊是構(gòu)成廣東核電的過(guò)程儀表系統(tǒng)重要組成部分。僅大亞灣核電站一臺(tái)機(jī)組就使用了超過(guò)1000快Bailey系列模塊。每一塊Bailey模塊的功能由其外部接線的連接方式?jīng)Q定。

大亞灣核電站為提高Bailey9020系列模塊的檢修速度和維修質(zhì)量，設(shè)計(jì)一種便攜式計(jì)算機(jī)輔助的測(cè)試裝置替代以往的手工校驗(yàn)裝置。該裝置主要設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)Bailey9020系列模塊的相關(guān)性能指標(biāo)的測(cè)試，指導(dǎo)測(cè)試人員對(duì)于設(shè)備故障的定位，同時(shí)本測(cè)試平臺(tái)也設(shè)計(jì)可以在現(xiàn)場(chǎng)使用。該裝置適用于絕大多數(shù)Bailey9020系列模塊的糾正性維修。本平臺(tái)通過(guò)組態(tài)的方式，可以靈活的修改和添加Bailey9020系列模塊的測(cè)試方法和測(cè)試數(shù)據(jù)的分析。

2、開(kāi)發(fā)試驗(yàn)臺(tái)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1跳線問(wèn)題

在大亞灣和嶺澳核電站每一個(gè)Bailey模塊都有相應(yīng)的功能位置，而每一個(gè)功能位置都有其獨(dú)特的接線方式。進(jìn)行模塊校驗(yàn)工作時(shí)必須按照接線圖完成這種特定接線的連接。開(kāi)發(fā)Bailey模塊檢修平臺(tái)的首要問(wèn)題是完成 Bailey模塊外部特定接線的自動(dòng)連接方案設(shè)計(jì)，以搭建模塊檢修的外部環(huán)境。

2.2自動(dòng)測(cè)試過(guò)程的控制問(wèn)題

模塊自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中要求計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)模塊的功能位置自動(dòng)選擇測(cè)試方法、控制測(cè)試信號(hào)、分析測(cè)試數(shù)據(jù)并得到測(cè)試結(jié)果。

2.3動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)求解的問(wèn)題

Bailey模塊中有一些作為動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)使用，在以往的手工校驗(yàn)中我們往往使用作圖法完成動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)的求解，其中某些作圖法的求解方案使用計(jì)算機(jī)求解時(shí)顯得十分不便，不如利用切線法求解超前滯后環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。針對(duì)這種情況，需要研究一種方法求解這些特殊的參數(shù)。

2.4精度問(wèn)題

AI模塊完成模擬量信號(hào)的采集和A/D轉(zhuǎn)換功能，AI板卡設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到精度的問(wèn)題，由于Bai-ley模塊種類(lèi)較多，涉及的信號(hào)范圍比較寬(如電壓信號(hào)從-10V￣+10V)。而某些模塊的輸出范圍又比較窄，只有0.1～0.5V.從轉(zhuǎn)換精度方面考慮，無(wú)法兼顧量程和增益。因此在設(shè)計(jì)AI板卡時(shí)需要解決好精度和量程的矛盾。

3、關(guān)鍵問(wèn)題的解決思路

3.1DO板卡的開(kāi)發(fā)解決跳線問(wèn)題

考慮到所有的BAILEY板件都具有相同數(shù)目的引腳。并且有一些特定的引腳接入的信號(hào)都一樣。因此，可以將Bailey板件的引腳作為我們研究的對(duì)象，去尋找一個(gè)引腳之間的關(guān)系的組合，這里所謂的關(guān)系是指引腳的連接關(guān)系，通過(guò)歸納的方法，找到一個(gè)結(jié)點(diǎn)的集合。模塊的功能位號(hào)對(duì)應(yīng)于這個(gè)集合中的一個(gè)或幾個(gè)元素。

而每一個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，在硬件上通過(guò)繼電器來(lái)完成。將每一個(gè)繼電器對(duì)應(yīng)于一個(gè)控制位。通過(guò)對(duì)特定地址的數(shù)據(jù)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)繼電器結(jié)點(diǎn)的控制目的，從而完成單一模塊特性化跳線的設(shè)置。

3.2參數(shù)配置文件解決自動(dòng)測(cè)試過(guò)程的控制問(wèn)題

Bailey模塊的自動(dòng)選擇測(cè)試方法、控制信號(hào)、分析方法以及判定準(zhǔn)則可以用參數(shù)的形式表達(dá)和控制。

Bailey模塊的參數(shù)復(fù)雜多樣，解決參數(shù)問(wèn)題，不光是對(duì)數(shù)據(jù)的整理和歸納，更重要的是如何正確地調(diào)用這些參數(shù)。

考慮到Bailey模塊的功能位置與其參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，參數(shù)可以通過(guò)配置文件的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。以模塊的型號(hào)以及功能位置作為索引，調(diào)用相應(yīng)的配置文件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的正確調(diào)用。配置文件包含通用參數(shù)和特性化參數(shù)，調(diào)用過(guò)程中采用通用信息調(diào)用特性信息的方法。

3.3動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)求解的問(wèn)題

動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的參數(shù)的求解方法依照模塊實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)功能不同而異。對(duì)于簡(jiǎn)單的慣性環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，可以采用階躍函數(shù)作為輸入量，在參數(shù)的求解上采用和作圖法相同的方法。

其他形式的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，在求解參數(shù)的過(guò)程中則需要依靠簡(jiǎn)單一階環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。以超前/滯后環(huán)節(jié)為例：

F(P)=(1+T1P)/(1+T2P)=1+(T1S-T2S)/(1+T2S)=1+(T1-T2)S/(1+T2S)=1+[(T1-T2)/T2]*[T2S/(1+T2S)]=1+K*[T2S/(1+T2S)]

可見(jiàn)，通過(guò)推導(dǎo)，將超前滯后環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成F(P)=1+K*F1(P)其中F1(P)為時(shí)間常數(shù)為T(mén)2的單時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)K=(T1-T2)/T2 注：K>0時(shí)微分作用強(qiáng);K<0時(shí)積分作用強(qiáng)由以上推導(dǎo)可以得到，當(dāng)輸入值幅值為A的階躍時(shí)，T2為輸出值達(dá)到以下兩個(gè)量值時(shí)的時(shí)間間隔：初值(尖峰值)：V0=K*A+1可求得K=(V0-1)/AT2時(shí)刻值：Vt2=36.8%*A*K+1=》T2則T1=K*T2+T2其他動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)也需要采用類(lèi)似的方法求解時(shí)間常數(shù)。

3.4增益轉(zhuǎn)換思想解決精度問(wèn)題

為了提高AI板卡的轉(zhuǎn)換精度，特別設(shè)計(jì)增益切換算法，用于進(jìn)行檔位切換。 D1040H-D1057H(共24×8)依次為1～24通道的A/D轉(zhuǎn)換增益。24路模擬量信號(hào)分別有3個(gè)電子開(kāi)關(guān)MAX308CSE進(jìn)入AI板卡，mcu對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行輪巡，采集到電壓值以后先不通過(guò)放大器放大直接送AD轉(zhuǎn)換芯片AD7892.轉(zhuǎn)換以后的結(jié)果送mcu用于判斷是否需要改變?cè)鲆?，并送下一?jí)放大器經(jīng)放大以后重新進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，直到滿足轉(zhuǎn)換精度。D1080￣D10DF一次存放1～24通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。每通道轉(zhuǎn)換結(jié)果為 4個(gè)字節(jié)。AI板卡采用的AD轉(zhuǎn)換芯片AD7892為12位轉(zhuǎn)換精度，此芯片的測(cè)量范圍是-10￣10V.12位轉(zhuǎn)換結(jié)果中第12位為符號(hào)位，即此位為0 表示正，為1表示負(fù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果(用Q表示)為正時(shí)，所測(cè)電壓V=(Q/2048)*F(F為由定義的增益所對(duì)應(yīng)的被測(cè)量的量程);當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果為負(fù)時(shí)，所測(cè)量的電壓值V=((Q-4095)/2048)*F.

4、系統(tǒng)介紹

4.1總體設(shè)計(jì)思想

根據(jù)校驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)思想是通過(guò)對(duì)DO/DI/AO/AI板卡以及組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)把信號(hào)的采集、發(fā)生、數(shù)據(jù)的分析處理、參數(shù)的校正、自動(dòng)選擇跳線通過(guò)便攜式PC機(jī)小型一體化實(shí)現(xiàn)的總體設(shè)計(jì)思想。這種設(shè)計(jì)思想與Bailey模塊生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密，能夠充分滿足便攜、實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，具有自己的特點(diǎn)。

4.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是依照Bailey模塊試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)需求和總體設(shè)計(jì)思想搭建的，如所示為按照總體設(shè)計(jì)思想搭建的的設(shè)計(jì)原理圖。該試驗(yàn)臺(tái)建立在移動(dòng)PC機(jī)的基礎(chǔ)上，PC機(jī)內(nèi)部除了PC機(jī)原有的主板、CPU等基本配置以外，還包括一個(gè)24V直流電源以及設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的信號(hào)轉(zhuǎn)接板、模擬量輸入板卡、模擬量輸出板卡、開(kāi)關(guān)量輸入板卡以及開(kāi)關(guān)量輸出板卡各一塊。板卡之間通過(guò)扁平電纜連接到轉(zhuǎn)接板，并在轉(zhuǎn)接板進(jìn)行信號(hào)傳遞。另有一個(gè)Bailey9020系列模塊專(zhuān)用接口與PC 機(jī)相連。

4.2.1移動(dòng)工業(yè)計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件為中文WindowsNT4.0或Win-dows2000，在此平臺(tái)上運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制軟件。

在此計(jì)算機(jī)內(nèi)安插多塊I/O信號(hào)板(根據(jù)實(shí)際需要可擴(kuò)展)，具體包括：1塊24路開(kāi)關(guān)量輸入模板、2塊48路繼電器模板、1塊24路模擬量輸入模板、32路模擬量輸出模板和2塊電源模板。

4.2.2I/O信號(hào)板

I/O信號(hào)板共分為四種板件，包括：24路開(kāi)關(guān)量輸入模板、48路繼電器模板、24路模擬量輸入模板和32路模擬量輸出模板。

1)24路開(kāi)關(guān)量輸入模板，是采用觸點(diǎn)型和直流電壓信號(hào)，具有通道指示燈功能，主要用于讀取被測(cè)模塊的開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

2)干結(jié)點(diǎn)型48路繼電器模板，主要用于根據(jù)被測(cè)模塊的測(cè)試要求，將相應(yīng)的信號(hào)短接或斷開(kāi)，以滿足被測(cè)模塊的各種工作狀態(tài)。同時(shí)，此板還用于設(shè)置模擬量輸入板和模擬量輸出板的采集通道。并且在通道板發(fā)生故障或改變配置時(shí)具有信號(hào)保持功能，具有冗余通道，具備根據(jù)需要重新組態(tài)功能。

3)24路模擬量輸入板，主要用于采集被測(cè)模塊的模擬量輸出信號(hào)(電壓或電流)，同時(shí)保留四路模擬量輸入通道，可以由維修測(cè)量人員人為選擇測(cè)量被測(cè)模塊前端信號(hào)或內(nèi)部關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)。

4)32路模擬量輸出板，主要用于提供被測(cè)模塊的模擬量輸入信號(hào)(電壓或電流)，同時(shí)保留四路模擬量輸出通道，可以由維修測(cè)量人員人為選擇注入被測(cè)模塊前端信號(hào)或內(nèi)部關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

Bailey系列模塊綜合試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)成功具有以下現(xiàn)實(shí)意義：1.總體設(shè)計(jì)思想上：把信號(hào)的采集、發(fā)生、數(shù)據(jù)的分析處理、參數(shù)的校正、自動(dòng)選擇跳線小型一體化實(shí)現(xiàn)，具有自己的特點(diǎn)。

2.功能上：不僅是一個(gè)模塊測(cè)試平臺(tái)，而且具有仿真、數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)辨識(shí)、記錄儀的功能。此校驗(yàn)過(guò)程無(wú)須人為的干預(yù)。

3.實(shí)踐上：尋找到了一種通過(guò)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)接卡和開(kāi)出卡，實(shí)現(xiàn)多種功能不同的板件利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成校驗(yàn)過(guò)程的方法，在目前國(guó)內(nèi)、外核電領(lǐng)域是第一次，而且實(shí)現(xiàn)了自制測(cè)試裝置來(lái)檢測(cè)國(guó)外產(chǎn)品的作法。為廣核集團(tuán)推進(jìn)核電相關(guān)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的嘗試。

4.生產(chǎn)上：提高了工作效率，保障了核電機(jī)組的安全運(yùn)行。