棒位系统检测平台的制作方法

1.本发明涉及核电系统模拟及检测技术领域，特别涉及一种棒位系统检测平台。


背景技术：

2.数字化棒位指示系统主要功能是检测控制棒在堆芯的位置。数字化棒位指示系统简称棒位系统。棒位系统包含数据采集柜、棒位逻辑柜、落棒试验柜以及棒位探测器等设备。棒位系统用于监测控制棒在反应堆堆芯内插入或提升时的位置，同时该系统也包括落棒试验子系统，用于测量落棒时间。棒位系统探测每束控制棒在反应堆堆芯的位置，采集和处理所有的棒位探测器信号，送出棒位信息并进行相关报警。棒位系统基于实测棒位数值及相关的状态数据可对运行和设备状态进行分析，如果出现异常情况或者设备故障，则会生成相应的报警并将其发送至主控室操作员的显示屏上。
3.棒位系统功能及结构比较复杂，完全掌握棒位系统各个环节的机柜功能及控制原理需要花费大量时间。棒位系统在机柜检修过程需要高精度万用表、绝缘测试仪等多种工器配合操作，接线复杂、测试步骤繁琐，而检测过程也容易造成错测、漏测等情况，导致返工和重复测量难以避免。设备制造厂和核电厂均缺少对棒位系统设备进行可视化、智能化的仿真模拟及故障诊断系统或设备，以在产品出厂试验、核电厂调试及大修期间对棒位系统进行全面排查抽检。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中棒位系统功能及结构非常复杂且缺少可视化、智能化的仿真模拟及检测系统或设备的缺陷，提供一种棒位系统检测平台。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.本发明提供一种棒位系统检测平台，所述棒位系统检测平台与探测器模拟器通信连接，所述棒位系统检测平台包括校验机箱层、棒位逻辑模拟机箱层；
7.所述校验机箱层包括校验接口；所述校验接口用于连接所述棒位系统的待测组件；
8.所述棒位逻辑模拟机箱层用于生成棒位信号并发送所述棒位信号至所述探测器模拟器；所述棒位信号用于表征目标控制棒的特征参数；
9.所述校验机箱层用于接收所述探测器模拟器基于所述棒位信号生成的模拟棒位信息并将所述模拟棒位信息发送至所述待测组件；所述模拟棒位信息用于表征对所述目标控制棒进行测量得到的探测信息；
10.所述棒位逻辑模拟机箱层还用于接收所述待测组件的功能处理结果并与预设的参考结果进行比较以输出检测结果；所述功能处理结果用于表征所述待测组件基于所述模拟棒位信息执行自身功能得到的处理结果。
11.较佳地，所述待测组件包括待测编码卡、待测io(输入输出)卡、待测接口卡或待测报警卡。
12.较佳地，所述校验机箱层还包括替代编码卡、替代io卡、替代接口卡或替代报警卡至少一种。
13.较佳地，所述校验机箱层包括编码卡；所述编码卡用于将所述模拟棒位信息转换为数字棒位信息；
14.所述棒位逻辑模拟机箱层包括do(数字信号输出)卡、ai(模拟信号输入)卡和di(数字信号输入)卡；
15.所述do卡用于发送所述棒位信号；
16.所述ai卡用于接收所述模拟棒位信息；
17.所述di卡用于接收所述数字棒位信息。
18.较佳地，所述棒位系统检测平台还包括dcs(distributed control system，分散控制系统)控制柜；
19.所述校验机箱层和所述棒位逻辑模拟机箱层设置于所述dcs控制柜中。
20.较佳地，所述棒位系统检测平台还包括服务器层；
21.所述服务器层设置于所述dcs控制柜中；
22.所述服务器层用于获取并存储各类层的数据。
23.较佳地，所述棒位系统检测平台还包括电源机箱层；
24.所述电源机箱层设置于所述dcs控制柜中；
25.所述电源机箱层包括至少两个不同输出功率的电源模块。
26.较佳地，所述棒位系统检测平台还包括信号调理层；
27.所述信号调理层设置于所述dcs控制柜中；
28.所述信号调理层用于对所述电源机箱的电流进行滤波整流并将所述电源机箱的输出电压转换为所述棒位系统检测平台的工作电压。
29.较佳地，所述棒位系统检测平台还包括kvm(keyboard video mouse，多计算机切换器)层；
30.所述kvm层设置于所述dcs控制柜中；
31.所述kvm层用于连接输入设备和显示设备。
32.较佳地，所述电源机箱层设置于所述dcs控制柜的第一层；
33.所述校验机箱层设置于所述dcs控制柜的第二层；
34.所述信号调理层设置于所述dcs控制柜的第三层；
35.所述棒位逻辑模拟机箱层设置于所述dcs控制柜的第四层；
36.所述kvm层设置于所述dcs控制柜的第五层；
37.所述服务器层设置于所述dcs控制柜的第六层。
38.本发明的积极进步效果在于：
39.本发明的棒位系统检测平台通过通过棒位逻辑模拟机箱层棒位信号并发送至探测器模拟器，校验机箱层接收探测器模拟器的模拟棒位信息，搭建完整的棒位系统仿真回路，实现了对棒位系统的功能模拟，没有相关从业经验的工作人员可以利用本平台对棒位系统功能进行仿真操控训练，提高工作人员对棒位系统功能的熟悉程度和认知程度；待测组件接入校验机箱层并在模拟的棒位系统中进行检测，提高了检测效率，降低了检测难度，为核电站大修时期调试人员对棒位系统的检修提供一定的技术支持。
附图说明
40.图1为本发明实施例1的棒位系统检测平台的结构示意图。
41.图2为本发明实施例2的棒位系统检测平台的结构示意图。
42.图3为本发明实施例2的校验机箱层的结构示意图。
43.图4为本发明实施例2的校验机箱层外部接口示意图。
44.图5为本发明实施例2的棒位逻辑模拟机箱层的结构示意图。
45.图6为本发明实施例2的电源机箱层的结构示意图。
46.图7为本发明实施例2的编码卡故障检测原理图。
47.图8为本发明实施例2的io卡故障检测原理图。
48.图9为本发明实施例2的接口卡故障检测原理图。
49.图10为本发明实施例2的报警卡故障检测原理图。
具体实施方式
50.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
51.实施例1
52.请参考图1，其为本实施例中棒位系统检测平台的结构示意图。具体的，如图1所示，所述棒位系统检测平台与探测器模拟器3通信连接，所述棒位系统检测平台包括校验机箱层2、棒位逻辑模拟机箱层1。探测器模拟器3可以通过内部电路模拟现场控制棒棒位探测器，产生相应的棒位测量信号，棒位测量信号可以用于实现棒位系统的通道检查和故障定位诊断。
53.校验机箱层2包括校验接口4；校验接口4用于连接棒位系统的待测组件。校验机箱层用于模拟棒位系统的数据采集柜，可以实现数据采集柜的数据采集、数据转换、数据传送等功能，可与棒位探测器集成安装，利用棒位探测器电缆通道接入数据采集。校验接口4可以包括背板测试卡，背板测试卡主要起通道转接作用，将背板输出的信号通过预制线缆转接到校验接口4，进而读取信号进行分析。棒位系统通常采用分散控制系统。分散控制系统以微处理器为基础，主要特征是集中管理和分散控制。本实施例的待测组件是棒位系统中具有控制功能的组件，待测组件可以以卡件的形式接入棒位系统，也可以通过校验接口4接入本实施例的棒位系统检测平台。
54.棒位逻辑模拟机箱层1用于生成棒位信号并发送棒位信号至探测器模拟器3；棒位信号用于表征目标控制棒的特征参数；校验机箱层2用于接收探测器模拟器3基于棒位信号生成的模拟棒位信息并将模拟棒位信息发送至待测组件；模拟棒位信息用于表征对目标控制棒进行测量得到的探测信息；棒位逻辑模拟机箱层1还用于接收待测组件的功能处理结果并与预设的参考结果进行比较以输出检测结果；功能处理结果用于表征待测组件基于模拟棒位信息执行自身功能得到的处理结果。
55.具体地，棒位逻辑模拟机箱层1用于模拟棒位逻辑柜，可以通过校验机箱层2的卡件实现棒位逻辑柜的格雷码解析、地址轮询、棒位检测等功能。棒位逻辑模拟机箱层1的主控卡生成用于表征目标控制棒的特征参数的棒位信号并发送棒位信号至探测器模拟器3，探测器模拟器3中的内部电路基于棒位信号生成的模拟棒位信息并将模拟棒位信息发送至
校验机箱层2，校验机箱层2通过校验接口4发送至待测组件，待测组件基于模拟棒位信息执行自身功能得到的功能处理结果并通过校验机箱层2发送至棒位逻辑模拟机箱层1的主控卡。主控卡可以基于棒位信号生成参考结果，并与接收到的功能处理结果进行比较、分析，以判断待测组件是否具有功能故障。主控卡也可以通过校验机箱层2接收目标棒位的棒位值，并与基于棒位信号生成参考帮位值进行比较，以进行故障判检测。
56.本实施例的棒位系统检测平台通过棒位逻辑模拟机箱层棒位信号并发送至探测器模拟器，校验机箱层接收探测器模拟器的模拟棒位信息，搭建完整的棒位系统仿真回路，实现了对棒位系统的功能模拟，没有相关从业经验的工作人员可以利用本平台对棒位系统功能进行仿真操控训练，提高工作人员对棒位系统功能的熟悉程度和认知程度；待测组件接入校验机箱层并在模拟的棒位系统中进行检测，提高了检测效率，降低了检测难度，为核电站大修时期调试人员对棒位系统的检修提供一定的技术支持。
57.实施例2
58.如图2所示，本实施例的棒位系统检测平台是对实施例1的进一步改进，具体地：
59.在本实施例中，棒位系统检测平台还包括dcs控制柜；校验机箱层2和棒位逻辑模拟机箱层1设置于dcs控制柜中。
60.具体地，棒位系统检测平台以dcs柜为硬件环境、labview(一种程序开发环境)作为开发平台、mysql(一种关系型数据库管理系统)作为数据库服务器，主要实现数据存储、管理、显示等功能。具有安全防范功能，能设置登录密码，确保合法授权的用户才能操作设备。
61.在一种可选的实施方式中，待测组件包括待测编码卡、待测io卡、待测接口卡或待测报警卡。
62.编码卡用于检测对应控制棒的位置(提供全精度棒位所需的一半信息)，把检测的棒位信息转换为5位格雷码。当对应地址被选通，把格雷码数据发送至io卡检测6vac(伏特交流电)电源状态。当发生故障时，输出的格雷码将包含一个故障位eb(error bit，错误位元)。
63.io卡为数据输入输出卡，io卡可以缓冲来自棒位逻辑柜的地址输入信号，并将它们作为a0到a6地址位发送给编码卡。io卡可以从编码卡接受棒位数据信号，并发送给棒位逻辑柜。
64.报警卡具备如下功能：监测每一个数据采集柜接近卡的中心仓的温度；监测
±
15v的直流电源电压；监测前后门的开启状态；监测冷却风扇的运行；给棒位逻辑柜发送测试信号。
65.在一种可选的实施方式中，如图3所示，校验机箱层2还包括替代编码卡、替代io卡、替代接口卡或替代报警卡至少一种。替代编码卡用于在测试待测编码卡之外的待测卡件时，接入校验机箱层2；替代io卡用于在测试待测io卡之外的待测卡件时，接入校验机箱层2；替代接口卡用于在测试待测接口卡之外的待测卡件时，接入校验机箱层2；替代报警卡用于在测试待测报警卡之外的待测卡件时，接入校验机箱层2。例如。进行待测编码卡的检测时，校验机箱层2接入待测编码卡、替代io卡、替代接口卡和替代报警卡。具体地，如图4所示，校验机箱层2与外界通过航插接口相连，航插为85芯，包含42个do通道、21个di通道、10个ai通道，通过航空插口进行连接，提高了信号屏蔽性，增加了绝缘测量及电感测量的功
能。校验不同对象时，通道可复用，并且具有不同的测试线缆。探测器模拟器分为a、b两路，两路分别模拟棒位系统两个数据采集柜的输出信号，两路信号线均为35芯，用于输出棒位信号至探测模拟器，探测器模拟器输出对应的模拟棒位信息。
66.在一种可选的实施方式中，校验机箱层2包括编码卡；编码卡用于将模拟棒位信息转换为数字棒位信息；如图5所示，棒位逻辑模拟机箱层1包括do卡、ai卡和di卡；do卡用于发送棒位信号；ai卡用于接收模拟棒位信息；di卡用于接收数字棒位信息。具体地，棒位逻辑模拟机箱层1包括1个pxie(pci extensions for instrumentation express，一种测量和自动化平台)-1078(一种pxi控制器)机箱9、1张pxie-8821(一种pxi控制器)主控卡10、1张di卡pxi(pci extensions for instrumentation，一种测量和自动化平台)-6528(一种pxi控制器)、两张do卡pxi-6509(一种pxi控制器)和1张ai卡pxie-6361(一种pxi控制器)11。其中主控卡pxie-8821用于控制di、do、ai卡的数字量的输入输出和模拟量的采集，di和ai卡用来接收接口卡输入的数据，do卡用来发送需要输出的棒位信号。
67.在一种可选的实施方式中，棒位系统检测平台还包括服务器层5；服务器层5设置于dcs控制柜中；服务器层5用于获取并存储各类层的数据。
68.棒位系统检测平台的服务器层5可以与本地数据库通讯，服务器层5用于获取并存储各类层的数据，并且将数据以离线文件和本地数据库两种方式进行存储和管理。
69.在一种可选的实施方式中，棒位系统检测平台还包括电源机箱层6；电源机箱层6设置于dcs控制柜中；电源机箱层6包括至少两个不同输出功率的电源模块。
70.具体地，如图6所示，电源机箱层6外接220vac
±
10％、50hz(赫兹)的电源，为整个棒位系统检测平台供电。电源机箱层6内部可以包括5个电源模块，5个电源模块分别输出不同功率的电能供给不同机箱层。电源层还包括开关电源、空气开关、熔断器、交流接触器、浪涌保护器、电源滤波器、轨式插座、旋钮开关、穿墙端子等电子设备。
71.在一种可选的实施方式中，棒位系统检测平台还包括信号调理层7；信号调理层7设置于dcs控制柜中；信号调理层7用于对电源机箱的电流进行滤波整流并将电源机箱的输出电压转换为棒位系统检测平台的工作电压。
72.具体地，信号调理层7可以将电源机箱层6的220v电压进行调制转换，转换至其他机箱层或通道所需要的24v或12v电压。
73.在一种可选的实施方式中，棒位系统检测平台还包括kvm层8；kvm层8设置于dcs控制柜中；kvm层8用于连接输入设备和显示设备。kvm层8可以连接键鼠套装和显示器，用户通过kvm层8可以对棒位系统检测平台进行界面化交互操作，读取需要校验的棒位机柜或卡件的相应检测数据，执行相应的操作指令，例如执行棒位地址读取、信号模拟、故障状态模拟、数据查询、数据存储等功能。
74.此外，在一种可选的实施方式中，电源机箱层6设置于dcs控制柜的第一层；校验机箱层2设置于dcs控制柜的第二层；信号调理层7设置于dcs控制柜的第三层；棒位逻辑模拟机箱层1设置于dcs控制柜的第四层；kvm层8设置于dcs控制柜的第五层；服务器层5设置于dcs控制柜的第六层。棒位系统检测平台在dcs控制柜中的设置方式便于用户操作及内部走线。
75.棒位系统的卡件故障检测原理如下：
76.(1)编码卡故障检测
77.如图7所示，将需要检测的编码卡插入校验机箱的背板卡槽中，通过向探测器模拟器输入模拟的棒位信号，采集待测编码卡输出信号，自动检测和分析，验证编码卡所有信号采样回路、整流比较电路以及编码电路能够正常运行。
78.(2)io卡故障检测
79.如图8所示，将需要检测的io卡插入模拟机箱的背板卡槽中，控制器经do通道向io卡的输出侧发送依次变化的6位数据码，io卡进行校验后，增加1个校验位，共7个数据位从io卡发出，经di通道回到控制卡。控制卡根据内部当前6位数据码与7位地址码进行奇偶校验，并补充为7位数据位(即io卡内部校验功能)，最后比较该7位数据码和收到的7位数据位，判断io卡数据收发功能测试结果。
80.(3)接口卡故障检测
81.如图9所示，将需要检测的接口卡插入校验机箱的背板卡槽中，控制器经do通道向接口卡的输入侧发送依次变化的7位数据码，接口卡进行信号电平转换，从24vdc转为
±
15vdc，再从输出侧发出，经di通道回到控制卡。控制卡比较当前数据码和收到的数据位，判断接口卡数据收发功能测试结果。
82.(4)报警卡故障检测
83.如图10所示，将需要检测的报警卡插入校验机箱的背板卡槽中，通过do通道和相应的电源回路，依次向报警卡各通道输入 15vdc电压信号、-15vdc电压信号、开门信号、风扇报警信号，报警卡地址选通状态下，按5位格雷码和1位故障位的形式向di通道发送6位数据信号；控制卡比较内部状态和收到的状态，判断报警卡功能。
84.棒位系统的机柜故障检测原理如下：
85.(1)数据采集柜故障检测：
86.当测试数据采集柜时，棒位系统检测平台能够模拟棒位逻辑柜，发送地址信号。
87.将机柜输出至棒位探测器模拟器预制线缆，一端接棒位系统检测平台a端，另一端接探测器模拟器a路输入端；将模拟器输出至io卡预制线缆，一端接探测器模拟器a路输出端，另一端接数据采集柜编码卡d-sub(一种模拟信号或者数字信号接口)端；将数据采集柜测试预制线缆，一端接故障监测平台测试接口，另一端接数据采集柜io卡d-sub端。
88.控制棒位探测模拟器输出指定的棒位值信号，并将棒位值信号发送至数据采集卡编码卡；编码卡接受到棒位信号后，向io卡发送5位格雷码 1位报警位；io卡接受到编码卡的数据后，生成5位格雷码 1位报警位 1位奇偶校验位通过d-sub端发送至棒位系统检测平台。棒位系统检测平台将数据采集柜发送的格雷码与来自棒位探测器模拟器的信号比较，当数据采集柜的棒位数据与探测器模拟器输出数据符合时判定数据采集柜的通道采样、编码和数据收发功能合格。
89.(2)逻辑柜功能故障检测：
90.当测试棒位逻辑柜时，棒位系统检测平台能够模拟数据采集柜及棒位探测器，接收地址信号，发送数据(含格雷码、故障位、校验位)信号。
91.将网线一端接逻辑柜通讯网口，另一端接棒位系统检测平台网口。首先控制逻辑柜输出7位地址信号(
±
15dvc)，棒位系统检测平台根据接收的地址码，计算出相应的5位格雷码 1位报警位 1位校验位(
±
15vdc)，经过do卡发送至逻辑柜。棒位系统检测平台通过nucon通讯，监测逻辑柜接收的数据(5位格雷码 1位报警位 1位校验位)，比较逻辑柜发送
的地址码与接收的格雷码是否一致，判断逻辑柜功能是否合格。
92.(3)棒位探测器模拟功能故障检测：
93.编码卡向di卡发送的数据码为15vdc电平信号。棒位系统检测平台控制卡经do卡向探测器模拟器发送指定棒位值对应的do信号，探测器模拟器中的部分电阻阻值受控改变，向编码卡发出模拟线圈信号。编码卡接收线圈信号后转换为格雷码，经io卡内部转换为6位格雷码 1位校验码，经di卡发送给控制卡，控制卡将发出的棒位值与收到的棒位值进行比较，判断棒位探测器模拟功能是否合格。
94.在人机界面上通过软操方式，控制输出模拟的探测器故障、电源丧失状态，对应的指令经do通道发出；探测器模拟器收到信号后，模拟出故障状态并经di通道送至控制卡，控制卡在预定时间内收到来自编码卡的故障信号，判定探测器模拟器的故障模拟功能是否合格。
95.本实施例的棒位系统检测平台通过棒位逻辑模拟机箱层棒位信号并发送至探测器模拟器，校验机箱层接收探测器模拟器的模拟棒位信息，搭建完整的棒位系统仿真回路，实现了对棒位系统的权功能模拟，没有相关从业经验的工作人员可以利用本平台对棒位系统功能进行仿真操控训练，提高工作人员对棒位系统功能的熟悉程度和认知程度；待测组件、机柜接入校验机箱层并在模拟的棒位系统中进行检测，采集输出信号，自动检测和分析，以确保验证卡件及机箱所有信号采样回路、整流比较电路以及编码电路能够正常运行，实现了对棒位系统进行全面的故障诊断，扩大了故障监测范围，提高了检测效率，降低了检测难度，为核电站大修时期调试人员对棒位系统的检修提供一定的技术支持。
96.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。