一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法

摘要

本发明公开了一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法，通过模拟量输出信号运行电路对模拟量输出进行诊断；所述模拟量输出信号运行电路包括：处理单元、DAC模块、ADC模块、继电器K1、继电器K2、电流转换模块和放大滤波模块；所述DAC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述ADC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述处理单元分别连接继电器K1和继电器K2；所述继电器K1连接DAC模块、电流转换模块和放大滤波模块；所述继电器K2连接ADC模块、电流转换模块和放大滤波模块。本发明能够灵活改变模拟量的输出状态，提前判断模拟量输出侧是否出现异常状态，实时调整模拟量的数值可以保证模拟量输出通道侧的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及核电厂安全领域，尤其涉及一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法。

背景技术

在工业控制领域，尤其是在核电厂仪控领域，会存在大量需要输出模拟量信号驱动专设，进而参与停堆逻辑表决，参与优先级逻辑等。核电领域是一个对安全性和可靠性要求特别高的领域，因此一种高可靠性与稳定性的模拟量输出实时诊断方法是很有必要的。

一种高可靠性的模拟量输出电路，必须具备完善的实时调整与诊断措施，实时监视模拟量输出通路的状态，实时调整模拟量输出值的大小，保证系统的稳定性，同时具备输出通道链路的开路、短路、器件故障等诊断措施。

在工业应用中，无事故的情况下，模拟量输出信号基本为一种持续不变的输出状态，实时监测只能显示模拟量输出此时刻的输出值是否与预期的输出值的差值在允许误差范围内。若需要将模拟量输出状态进行改变时，可能会因为器件故障等原因导致状态无法改变。且由于器件自身存在的误差等原因，模拟量的输出值与预期输出值存在可变误差，在稳定性要求较高的情况下，输出通路却无法按照预期满足输出要求。因此，需要实时的调整模拟量输出侧的数值，使其与预期值始终保持在允许误差范围内，且实时诊断输出侧是否发生了故障，来保证及时发现事故，并进行相应安全输出措施。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法，针对系统高可靠性、稳定性而设计，处理器驱动控制双通道Photo MOS选择模拟量的输出模式，采用了高精密度的ADC回读模拟量输出侧具体数值，将数值反馈核心处理器进行分析诊断，实时调整模拟量输出侧的状态，保证执行输出状态的可靠性与稳定性。可提前判断输出通道是否故障，使模拟量输出侧的可靠性与稳定性提高，可应用于核电站等大型工程领域，能够保证系统的安全性、可靠性、稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法，通过模拟量输出信号运行电路对模拟量输出进行诊断；

所述模拟量输出信号运行电路包括：处理单元、DAC模块、ADC模块、继电器K1、继电器K2、电流转换模块和放大滤波模块；所述DAC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述ADC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述处理单元分别连接继电器K1和继电器K2；所述继电器K1连接DAC模块、电流转换模块和放大滤波模块；所述继电器K2连接ADC模块、电流转换模块和放大滤波模块；

诊断方法包括以下步骤：

步骤1：通过处理单元控制驱动DAC模块输出预期的模拟信号值；

步骤2：通过ADC模块采集输出通道侧的运行状态模拟量数值，并将其反馈给处理单元进行对比诊断；

步骤3：若采集到的模拟数值与输出预期的模拟信号值的差值大于正常误差值，则判断为异常状态，系统进行红灯报警；

步骤4：若误差值不大于正常误差值，则判断为正常状态；同时，若差值小于等于允许误差值，则保持DAC模块的输出不变；若差值大于允许误差值，处理单元动态调整DAC模块输出的模拟量大小，直到差值小于等于允许误差值。

进一步的，所述K1为双路Photo MOS继电器，其触点6和8均与DAC模块的输出端连接，触点7连接电流转换模块输入端，触点5连接放大滤波模块输入端。

进一步的，所述K2为双路Photo MOS继电器，其触点5和7均与ADC模块的输入端连接，触点8连接电流转换模块的输出端，触点6连接放大滤波模块的输出端。

进一步的，所述处理单元通过SPI通信驱动DAC模块输出预期的电压值，通过DAC模块的IO口与逻辑门电路驱动继电器K1的运行状态，转换为电流或者电压两种不同的模拟信号。

进一步的，所述DAC模块的IO口输出为低电平时，继电器K1的N沟道MOS管的G极电压与S极压差约为0V，小于开启阈值电压0.7V，MOS管的D极与S极不导通，使得逻辑非门电路的输入为高电平，输出低电平；此时，继电器K1的触点1脚流向2脚的电流约为10mA，驱动输出触点7、8脚闭合，同时3脚流向4脚的电流约为0，输出触点5和6脚断开。

进一步的，所述DAC模块的IO口输出为高电平时，继电器K1的N沟道MOS管G极电压与S极压差约为3.3V，大于开启阈值电压，D极与S极导通，使得逻辑非门电路的输入为低电平，输出为高电平；双路Photo MOS继电器的1脚流向2脚的电流约为0，输出触点7和8脚断开，同时触点3脚流向4脚的电流约为10mA，输出触点5和6脚闭合；当双路Photo MOS继电器的7、8脚闭合时，DAC模块输出的电压值通过后续的电流源转换电路，将电压值转换为电流值的模拟信号进行输出；当继电器K1的5和6脚闭合时，DAC输出的电压值通过仪表放大器进行放大滤波后，输出电压类型的模拟信号。

进一步的，所述ADC模块对输出通道侧的运行状态模拟量进行定时采集，采集的模拟量类型由处理单元的IO口与逻辑门电路驱动继电器K2进行控制，当继电器K2的触点7和8脚闭合时，输出通道的电流值模拟信号通过精密电阻转换为电压值，ADC模块进行采集处理；当继电器K2的触点5和6脚闭合时，输出通道的电压值直接被ADC模块采集。

本发明的有益效果：本发明能够灵活改变模拟量的输出状态，实时的诊断能提前判断模拟量输出侧是否出现异常状态，实时调整模拟量的数值可以保证模拟量输出通道侧的稳定性，提高了系统的安全性与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的模拟量输出信号运行电路图。

图2是本发明的诊断方法流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例中，如图1所示，一种核电厂安全级PLC系统的模拟量输出诊断方法，通过模拟量输出信号运行电路对模拟量输出进行诊断；

如图1所示，所述模拟量输出信号运行电路包括：处理单元、DAC模块、ADC模块、继电器K1、继电器K2、电流转换模块和放大滤波模块；所述DAC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述ADC模块与处理单元之间通过隔离模块连接；所述处理单元分别连接继电器K1和继电器K2；所述继电器K1连接DAC模块、电流转换模块和放大滤波模块；所述继电器K2连接ADC模块、电流转换模块和放大滤波模块；

如图2所示流程，诊断方法包括以下步骤：

步骤1：通过处理单元控制驱动DAC模块输出预期的模拟信号值；

步骤2：通过ADC模块采集输出通道侧的运行状态模拟量数值，并将其反馈给处理单元进行对比诊断；

步骤3：若采集到的模拟数值与输出预期的模拟信号值的差值大于正常误差值，则判断为异常状态，系统进行红灯报警；

步骤4：若误差值不大于正常误差值，则判断为正常状态；同时，若差值小于等于允许误差值，则保持DAC模块的输出不变；若差值大于允许误差值，处理单元动态调整DAC模块输出的模拟量大小，直到差值小于等于允许误差值。

在本实施例中，所述K1为双路Photo MOS继电器，其触点6和8均与DAC模块的输出端连接，触点7连接电流转换模块输入端，触点5连接放大滤波模块输入端。

在本实施例中，所述K2为双路Photo MOS继电器，其触点5和7均与ADC模块的输入端连接，触点8连接电流转换模块的输出端，触点6连接放大滤波模块的输出端。

在本实施例中，所述处理单元通过SPI通信驱动DAC模块输出预期的电压值，通过DAC模块的IO口与逻辑门电路驱动继电器K1的运行状态，转换为电流或者电压两种不同的模拟信号。

在本实施例中，所述DAC模块的IO口输出为低电平时，继电器K1的N沟道MOS管的G极电压与S极压差约为0V，小于开启阈值电压0.7V，MOS管的D极与S极不导通，使得逻辑非门电路的输入为高电平，输出低电平；此时，继电器K1的触点1脚流向2脚的电流约为10mA，驱动输出触点7、8脚闭合，同时3脚流向4脚的电流约为0，输出触点5和6脚断开。

在本实施例中，所述DAC模块的IO口输出为高电平时，继电器K1的N沟道MOS管G极电压与S极压差约为3.3V，大于开启阈值电压，D极与S极导通，使得逻辑非门电路的输入为低电平，输出为高电平；双路Photo MOS继电器的1脚流向2脚的电流约为0，输出触点7和8脚断开，同时触点3脚流向4脚的电流约为10mA，输出触点5和6脚闭合；当双路Photo MOS继电器的7、8脚闭合时，DAC模块输出的电压值通过后续的电流源转换电路，将电压值转换为电流值的模拟信号进行输出；当继电器K1的5和6脚闭合时，DAC输出的电压值通过仪表放大器进行放大滤波后，输出电压类型的模拟信号。

在本实施例中，所述高精密、超低噪声的ADC模块对输出通道侧的运行状态模拟量进行定时采集，采集的模拟量类型由处理单元的IO口与逻辑门电路驱动继电器K2进行控制，控制原理同上，当继电器K2的触点7和8脚闭合时，输出通道的电流值模拟信号通过精密电阻转换为电压值，ADC模块进行采集处理；当继电器K2的触点5和6脚闭合时，输出通道的电压值直接被ADC模块采集。

ADC将采集到的模拟量数值通过SPI通信反馈至MCU，MCU将采集到的模拟量数值与预期输出的模拟量数值进行对比、分析与诊断，判断输出通道侧的运行状态。若采集到的模拟数值与预期输出的模拟值差值大于正常误差值，则判断为异常状态，系统会进行红灯报警，以便及时发现事故。若差值不大于正常误差值，则判断为正常状态，若差值小于允许误差值，则保持输出值不变。若差值大于允许误差值，MCU动态调整输出的模拟量大小，直到差值小于允许误差值，从而提高模拟量输出侧的稳定性。

模拟量输出信号的诊断方案如表1所示。

表1模拟量输出信号的诊断方案

供电电源VCC由集成DC/DC隔离电压转换模块提供，无需依赖外部供电电源。两个Photo MOS继电器与隔离模块将系统侧与外部通道侧隔离，提高系统的可靠性与安全性。

优选为：此模拟量输出实时诊断方法包括完善的诊断，输出链路的断开、短路以及输出回读链路的任意元器件故障均能诊断。

优选为：此设计选用双通道Photo MOS继电器进行模拟量输出与回读诊断模式的选择。

优选为：供电电源由DC/DC隔离电压转换模块提供。

优选为：诊断时间优于1ms。

优选为：模拟量输出模式的选择方式新颖可靠，实时诊断模拟量输出的状态，实时调整模拟量的输出。

优选为：此设计满足隔离要求的设计，隔离耐压要求1500VAC@1min<5mA。

优选为：CPU为并行处理模式，处理速度快，满足响应时间的要求。

本方案可应用于核电厂安全级数字化仪控系统或工业其他控制行业实现对模拟量输出信号的高可靠性与稳定性的输出控制。

在使用时：

模拟量输出模块上电初始化后，通过通信接受来自主控制模块的组态配置信息，其中就包括模拟量输出模块的输出类型、输出数值、正常误差范围与允许误差范围等，获取到配置信息后，模拟量输出模块开始对输出侧进行实时诊断与调整，诊断完成后，将诊断结果上报给主控器模块，若故障，则相应的通道故障指示灯被点亮，输出进入安全状态。

模拟量数值的大小、类型、正常误差范围与允许误差范围根据系统工程的实际应用确定，一般正常误差范围超过预期值的10％，允许误差不超过预期值的3％。

本发明具有如下优势：

1.新颖、高可靠性、稳定性的诊断方式，能应用在对安全性和可靠性要求高的核电行业，具备高可靠输出模拟量信号的能力。

2.Photo MOS继电器K1、K2灵活选择所需要输出与回读的模拟量输出类型，全面诊断模拟量输出信号的质量与状态。

3.高精度采集模块实时回采模拟量输出通道的输出值，处理器根据输出值与预想值的差值情况，动态实时调整模拟量输出值的大小。

4.模拟量输出模式的选择方法灵活可靠，全面诊断通道链路的状态，具备输出通道链路的开路、短路、器件故障等诊断措施，实时调整输出通道侧的状态与模拟输出值稳定可靠。

5.模拟量的输出状态与诊断条件，可根据需求，通过软件灵活配置。

综述，本发明可以灵活切换模拟量的输出模式，实时快速诊断模拟量输出链路的状态，实时调整模拟量的输出值，以达到数据输出的可靠性与稳定性；是一种高可靠性与稳定性的模拟量输出实时诊断与调整方法。此方法可靠性主要体现在实时诊断、全面诊断，高诊断覆盖率，此方法的精确性主要体现在实时调整模拟量输出值的大小。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。