本发明涉及一种基于fpga技术的自动响应时间测试方案,属于核动力堆保护系统的响应时间测试技术领域。
背景技术:
保护系统是核电站最重要的安全级系统,关乎电厂的安全运行,为了确保保护系统的功能性能满足要求,需要在电厂运行后定期对保护系统进行响应时间测试,确保系统的响应时间满足核电厂技术规格书的要求。
保护系统响应时间测试是核电站最复杂、工期最长、风险最高的定期监督试验项目之一。该定期监督试验通常在电厂换料大修期间进行,而换料大修工期有严格要求。一般来说换料大修期间会提供2-3天的试验窗口,所有试验项目大约200项内容需在此期间全部完成,对响应时间测试的效率有相当高的要求,因此需要提高响应时间测试的自动化程度。
在过去的保护系统响应时间测试过程中,通常使用信号发生器、示波器等台式仪器仪表进行测试,其测试效率低,劳动强度大,这种测试方式已不再适用于当前数字化仪控系统的需求,同时也容易造成人因事件的发生。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是响应时间计时精度差的问题,响应时间测试效率低的问题,响应时间测试装置集成度低的问题,响应时间测试数据管理的问题。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供了一种基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:包括机箱、转接箱、高密度连接器和电源模块,其中机箱包括控制器、模拟量和数字量i/o模块、fpga模块,其中控制器用于实现响应时间测试的软件;i/o模块用于模拟保护系统的输入、以及接收保护系统的输出;fpga模块为计时模块、实现响应时间计时功能,响应时间测试基于fpga技术,开始计时信号基于机箱的同步触发总线技术,不同电压等级的转换基于光耦模块实现,所有与测试装置相关的数据通过数据库进行管理,整个测试系统高度集成度高。
其中,计时模块由fpga卡件开发,基于fpga卡开发的计时模块具有高集成度的计时通道。
其中,计时模块的时钟基准来自fpga卡本身自带的时钟源-晶振。
其中,fpga使用不高于5vdc的输入信号,保护系统数字量输出是24vdc或48vdc,因此为满足fpga的输入信号电压等级要求,光耦模块将保护系统的高电压输入信号转换成fpga可接收的低电压信号。
其中,使用了基于pxi总线技术的机箱,将系统所需的控制器、i/o卡和计时模块均集成在一个机箱内或扩展后的少量机箱内,实现一个高度集成的测试系统。
其中,为精确记录机箱内i/o卡件输出信号的时间,机箱内采用同步触发总线技术,i/o卡件输出信号的同时向计时模块发送一个开始计时信号,该触发总线同步精度可达微秒级。利用基于pxi总线技术的测试机箱,具有机箱内卡件同步触发的功能。
其中,响应时间测试的软件部分是基于ni的labview平台及其fpga软件开发包完成,响应时间测量部分使用fpga软件开发包对fpga卡进行二次开发,最终的响应时间测试软件使用labview开发,并将fpga程序集成到整个测试软件中。
其中,所有后台测试数据的管理基于数据库进行管理,包括系统硬件配置信号、测试规程管理、测试结果的记录等。
其中,测试软件分为三层结构。第一层为主程序层承担人机接口的功能;第二层为测试层,该层程序负责对测试信号进行数据处理,向第一层提供人机接口信息,向第三层程序发送输出信号的请求,接收第三层程序的输入信号。第三层为驱动层,该层负责驱动硬件板卡按照上层逻辑给出的信号发送给保护系统,以及接收保护系统的输出信号。
本发明优点在于:
1.利用fpga芯片逻辑可定制的技术特点,将fpga芯片的输入管脚设计为计时开始信号和计时结束信号的输入端。
2.利用fpga卡的晶振作为标准的计时信号源,该晶振除作为fpga芯片逻辑处理的时钟外,还通过fpga芯片逻辑处理后作为计时功能的标准的计时信号源。
3.利用pxi总线的同步触发功能,确保fpga芯片能够精确采集到开始计时信号。
附图说明
图1是保护系统响应时间测试装置系统结构图;
图2是sac系统结构图;
图3是sac硬件结构图;
图4是模块间连接示意图;
图5是信号传输图;
图6是连接示意图;
图7是测试软件主页。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
实施例
如图1所示,针对核电站反应堆保护系统的基于fpga(现场可编程逻辑门阵列)技术的自动响应时间测试方案的具体实施方式,其中sac(信号仿真与采集机柜)实现响应时间测试功能,icc(跨序列通信机柜)实现与保护系统的通信接口,本专利涉及的内容是sac部分。sac主要包括nipxi机箱、plug-in机箱(现场转接箱)、vpc模块(高密度连接器)和ups模块等组成。其中pxi基箱由控制器、模拟量和数字量i/o模块、fpga模块组成,其中控制器用于实现响应时间测试的软件;i/o模块用于模拟保护系统的输入,以及接收保护系统的输出;fpga模块用于实现响应时间计时功能。plug-in机箱用于实现pxi机箱的i/o信号和fpga模块计时信号的转接,将信号集中转接到vpc模块上,便于与现场连接。vpc模块用于测试机柜与保护系统现场连接。ups模块确保意外断电后能够提供只够的时间保存已有的测试数据。
如图2所示,sac的总体结构图,triggerbus总线作为机箱的同步触发总线,保证在i/o模块触发输出变化时,同步将该触发信号发送至fpga模块(计时卡),使fpga模块开始计时。pxi机箱的每一个模块对应plug-in机箱一个或多个信号转接卡,其中fpga计时转接卡需通过光耦(或其他降压模块)将外部输入的电压降至5vdc,以保证fpga卡能够正常接收。
本方案在软件开发过程中,为使fpga模块具备计时功能,需进行二次开发,时钟源使用fpga模块自带的时钟源,精度高,例如使用nipxie-7822的时钟频率能达到40mhz。在fpga模块二次开发后,将fpga的布局布线文件刷新到fpga模块中,此时基于labview开发的主程序可以将该fpga模块作为计时卡使用。
1.一种基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:包括机箱、转接箱、高密度连接器和电源模块,其中机箱包括控制器、模拟量和数字量i/o模块、fpga模块,其中控制器用于实现响应时间测试的软件;i/o模块用于模拟保护系统的输入、以及接收保护系统的输出;fpga模块为计时模块、实现响应时间计时功能,响应时间测试基于fpga技术,开始计时信号基于机箱的同步触发总线技术,不同电压等级的转换基于光耦模块实现,所有与测试装置相关的数据通过数据库进行管理,整个测试系统高度集成度高。
2.根据权利要求1所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:计时模块由fpga卡件开发,基于fpga卡开发的计时模块具有高集成度的计时通道。
3.根据权利要求2所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:计时模块的时钟基准来自fpga卡本身自带的时钟源-晶振。
4.根据权利要求3所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:fpga使用不高于5vdc的输入信号,保护系统数字量输出是24vdc或48vdc,因此为满足fpga的输入信号电压等级要求,光耦模块将保护系统的高电压输入信号转换成fpga可接收的低电压信号。
5.根据权利要求4所述的基于fpga技术的自动响应时间测试技术,其特征在于:使用了基于pxi总线技术的机箱,将系统所需的控制器、i/o卡和计时模块均集成在一个机箱内或扩展后的少量机箱内,实现一个高度集成的测试系统。
6.根据权利要求5所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:为精确记录机箱内i/o卡件输出信号的时间,机箱内采用同步触发总线技术,i/o卡件输出信号的同时向计时模块发送一个开始计时信号,该触发总线同步精度可达微秒级,利用基于pxi总线技术的测试机箱,具有机箱内卡件同步触发的功能。
7.根据权利要求6所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:响应时间测试的软件部分是基于ni的labview平台及其fpga软件开发包完成,响应时间测量部分使用fpga软件开发包对fpga卡进行二次开发,最终的响应时间测试软件使用labview开发,并将fpga程序集成到整个测试软件中。
8.根据权利要求7所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:所有后台测试数据的管理基于数据库进行管理,包括系统硬件配置信号、测试规程管理、测试结果的记录等。
9.根据权利要求8所述的基于fpga技术的自动响应时间测试方案,其特征在于:测试软件分为三层结构,第一层为主程序层承担人机接口的功能;第二层为测试层,该层程序负责对测试信号进行数据处理,向第一层提供人机接口信息,向第三层程序发送输出信号的请求,接收第三层程序的输入信号;第三层为驱动层,该层负责驱动硬件板卡按照上层逻辑给出的信号发送给保护系统,以及接收保护系统的输出信号。