核电站分析仪器扼制体系维修的研发

1、核电站的过程仪表系统依照核安全职能的分工不同，可以分过程仪表控制系统以及过程仪表保护系统。Bailey系列模块是构成广东核电的过程仪表系统重要组成部分。仅大亚湾核电站一台机组就使用了超过1000快Bailey系列模块。每一块Bailey模块的功能由其外部接线的连接方式决定。

大亚湾核电站为提高Bailey9020系列模块的检修速度和维修质量，设计一种便携式计算机辅助的测试装置替代以往的手工校验装置。该装置主要设计在实验室使用，实现对Bailey9020系列模块的相关性能指标的测试，指导测试人员对于设备故障的定位，同时本测试平台也设计可以在现场使用。该装置适用于绝大多数Bailey9020系列模块的纠正性维修。本平台通过组态的方式，可以灵活的修改和添加Bailey9020系列模块的测试方法和测试数据的分析。

2、开发试验台需要解决的关键问题

2.1跳线问题

在大亚湾和岭澳核电站每一个Bailey模块都有相应的功能位置，而每一个功能位置都有其独特的接线方式。进行模块校验工作时必须按照接线图完成这种特定接线的连接。开发Bailey模块检修平台的首要问题是完成 Bailey模块外部特定接线的自动连接方案设计，以搭建模块检修的外部环境。

2.2自动测试过程的控制问题

模块自动测试过程中要求计算机能够根据模块的功能位置自动选择测试方法、控制测试信号、分析测试数据并得到测试结果。

2.3动态环节时间常数求解的问题

Bailey模块中有一些作为动态环节使用，在以往的手工校验中我们往往使用作图法完成动态时间常数的求解，其中某些作图法的求解方案使用计算机求解时显得十分不便，不如利用切线法求解超前滞后环节的时间常数。针对这种情况，需要研究一种方法求解这些特殊的参数。

2.4精度问题

AI模块完成模拟量信号的采集和A/D转换功能，AI板卡设计过程中需要考虑到精度的问题，由于Bai-ley模块种类较多，涉及的信号范围比较宽(如电压信号从-10V￣+10V)。而某些模块的输出范围又比较窄，只有0.1～0.5V.从转换精度方面考虑，无法兼顾量程和增益。因此在设计AI板卡时需要解决好精度和量程的矛盾。

3、关键问题的解决思路

3.1DO板卡的开发解决跳线问题

考虑到所有的BAILEY板件都具有相同数目的引脚。并且有一些特定的引脚接入的信号都一样。因此，可以将Bailey板件的引脚作为我们研究的对象，去寻找一个引脚之间的关系的组合，这里所谓的关系是指引脚的连接关系，通过归纳的方法，找到一个结点的集合。模块的功能位号对应于这个集合中的一个或几个元素。

而每一个特定的节点的实现，在硬件上通过继电器来完成。将每一个继电器对应于一个控制位。通过对特定地址的数据的设置，可以实现对每一个继电器结点的控制目的，从而完成单一模块特性化跳线的设置。

3.2参数配置文件解决自动测试过程的控制问题

Bailey模块的自动选择测试方法、控制信号、分析方法以及判定准则可以用参数的形式表达和控制。

Bailey模块的参数复杂多样，解决参数问题，不光是对数据的整理和归纳，更重要的是如何正确地调用这些参数。

考虑到Bailey模块的功能位置与其参数的对应关系，参数可以通过配置文件的形式进行存储。以模块的型号以及功能位置作为索引，调用相应的配置文件，实现参数的正确调用。配置文件包含通用参数和特性化参数，调用过程中采用通用信息调用特性信息的方法。

3.3动态环节时间常数求解的问题

动态环节的参数的求解方法依照模块实现的动态功能不同而异。对于简单的惯性环节和微分环节，可以采用阶跃函数作为输入量，在参数的求解上采用和作图法相同的方法。

其他形式的动态环节，在求解参数的过程中则需要依靠简单一阶环节，经过推导实现。以超前/滞后环节为例：

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)]

可见，通过推导，将超前滞后环节转换成F(P)=1+K*F1(P)其中F1(P)为时间常数为T2的单时间常数环节K=(T1-T2)/T2 注：K>0时微分作用强;K<0时积分作用强由以上推导可以得到，当输入值幅值为A的阶跃时，T2为输出值达到以下两个量值时的时间间隔：初值(尖峰值)：V0=K*A+1可求得K=(V0-1)/AT2时刻值：Vt2=36.8%*A*K+1=》T2则T1=K*T2+T2其他动态环节也需要采用类似的方法求解时间常数。

3.4增益转换思想解决精度问题

为了提高AI板卡的转换精度，特别设计增益切换算法，用于进行档位切换。 D1040H-D1057H(共24×8)依次为1～24通道的A/D转换增益。24路模拟量信号分别有3个电子开关MAX308CSE进入AI板卡，mcu对输入的电压信号进行轮巡，采集到电压值以后先不通过放大器放大直接送AD转换芯片AD7892.转换以后的结果送mcu用于判断是否需要改变增益，并送下一级放大器经放大以后重新进行AD转换，直到满足转换精度。D1080￣D10DF一次存放1～24通道的A/D转换结果。每通道转换结果为 4个字节。AI板卡采用的AD转换芯片AD7892为12位转换精度，此芯片的测量范围是-10￣10V.12位转换结果中第12位为符号位，即此位为0 表示正，为1表示负。当转换结果(用Q表示)为正时，所测电压V=(Q/2048)*F(F为由定义的增益所对应的被测量的量程);当转换结果为负时，所测量的电压值V=((Q-4095)/2048)*F.

4、系统介绍

4.1总体设计思想

根据校验平台开发的设计思想是通过对DO/DI/AO/AI板卡以及组态软件的设计把信号的采集、发生、数据的分析处理、参数的校正、自动选择跳线通过便携式PC机小型一体化实现的总体设计思想。这种设计思想与Bailey模块生产实际结合紧密，能够充分满足便携、实用的设计原则，具有自己的特点。

4.2系统组成

系统结构是依照Bailey模块试验台的设计需求和总体设计思想搭建的，如所示为按照总体设计思想搭建的的设计原理图。该试验台建立在移动PC机的基础上，PC机内部除了PC机原有的主板、CPU等基本配置以外，还包括一个24V直流电源以及设计开发的信号转接板、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、开关量输入板卡以及开关量输出板卡各一块。板卡之间通过扁平电缆连接到转接板，并在转接板进行信号传递。另有一个Bailey9020系列模块专用接口与PC 机相连。

4.2.1移动工业计算机

计算机系统软件为中文WindowsNT4.0或Win-dows2000，在此平台上运行实时数据采集和控制软件。

在此计算机内安插多块I/O信号板(根据实际需要可扩展)，具体包括：1块24路开关量输入模板、2块48路继电器模板、1块24路模拟量输入模板、32路模拟量输出模板和2块电源模板。

4.2.2I/O信号板

I/O信号板共分为四种板件，包括：24路开关量输入模板、48路继电器模板、24路模拟量输入模板和32路模拟量输出模板。

1)24路开关量输入模板，是采用触点型和直流电压信号，具有通道指示灯功能，主要用于读取被测模块的开关结点的状态。

2)干结点型48路继电器模板，主要用于根据被测模块的测试要求，将相应的信号短接或断开，以满足被测模块的各种工作状态。同时，此板还用于设置模拟量输入板和模拟量输出板的采集通道。并且在通道板发生故障或改变配置时具有信号保持功能，具有冗余通道，具备根据需要重新组态功能。

3)24路模拟量输入板，主要用于采集被测模块的模拟量输出信号(电压或电流)，同时保留四路模拟量输入通道，可以由维修测量人员人为选择测量被测模块前端信号或内部关键测点。

4)32路模拟量输出板，主要用于提供被测模块的模拟量输入信号(电压或电流)，同时保留四路模拟量输出通道，可以由维修测量人员人为选择注入被测模块前端信号或内部关键测点。

5结语

Bailey系列模块综合试验台的开发成功具有以下现实意义：1.总体设计思想上：把信号的采集、发生、数据的分析处理、参数的校正、自动选择跳线小型一体化实现，具有自己的特点。

2.功能上：不仅是一个模块测试平台，而且具有仿真、数据库、系统辨识、记录仪的功能。此校验过程无须人为的干预。

3.实践上：寻找到了一种通过设计转接卡和开出卡，实现多种功能不同的板件利用计算机自动完成校验过程的方法，在目前国内、外核电领域是第一次，而且实现了自制测试装置来检测国外产品的作法。为广核集团推进核电相关设备国产化进行了实质性的尝试。

4.生产上：提高了工作效率，保障了核电机组的安全运行。