一种基于以太网的高温气冷堆DCS全范围测试装置的制作方法

一种基于以太网的高温气冷堆dcs全范围测试装置
技术领域
1.本实用新型涉及高温气冷堆dcs全范围测试技术领域，特别涉及一种基于以太网的高温气冷堆dcs全范围测试装置。


背景技术：

2.高温气冷堆(high temperature gas cooled reactor/htgr)是一种石墨慢化氦气冷却的反应堆。
3.核电站数字化仪控系统(简称dcs)是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系统。dcs作为核电站的重要组成部分，核电机组的安全性、可靠性、经济性在很大程度上取决于其性能水平。伴随着核电站的运行，dcs平台问题、工艺系统问题不断暴露，dcs平台进行优化升级和针对工艺系统优化、现场问题处理引入的工程改造不断增加，dcs工程下装需求增多。dcs集成度高，单一控制器往往参与大量的信号处理与设备控制，这给dcs工程下装带来巨大的风险，严重影响机组的安全性和经济性。
4.在实际的高温气冷堆核电厂中，数字化仪控系统dcs的点数往往上万，对于如此庞大的控制系统，使用传统单点或者几百点的测试设备无论是在测试点数上还是在测试的连接便捷程度上都无法满足对整个系统的测试要求。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于以太网的高温气冷堆dcs全范围测试装置，通过在不同的dcs机柜选择不同的测试板卡组成针对性极强的测试柜，通过万兆以太网将位于不同位置的dcs测试机柜通过核心交换机进行连接，整套测试装置通过灵活地布置dcs测试板卡、高速的以太网来连接使得不同机柜之间的数据交互没有障碍，对高温气冷堆dcs的测试得以顺利完成。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种基于以太网的高温气冷堆dcs全范围测试装置，包括设置在高温气冷堆dcs不同测试位置的数字化仪控系统测试柜1，所述数字化仪控系统测试柜1之间通过万兆以太网冗余线缆2相连形成回路；
8.所述数字化仪控系统测试柜1包括高性能工作站、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱以及数字化系统测试铁皮柜，所述高性能工作站、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱放置在数字化系统测试铁皮柜中。
9.所述高性能工作站至少有四个万兆以太网接口。
10.所述高性能工作站包括高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面，高温气冷堆数字化仪控系统测试程序4，高温气冷堆全范围工艺仿真程序8，高温气冷堆测试系统数据库7；
11.所述高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面用于测试设备与操作员进行人机
交互；
12.所述高温气冷堆数字化仪控系统测试程序4是提供了高温气冷堆数字化仪控系统测试界面，提供人机界面实现测试；
13.所述高温气冷堆全范围工艺仿真程序8用于对待测高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行模拟，实现对高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行实时仿真；
14.所述高温气冷堆测试系统数据库7包括测试类型数据库和测试记录数据库，测试类型数据库用于对不同类型的堆型进行测试的数据，测试记录数据库用来记录测试数据。
15.所述高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡包括但不限于继电器板卡、波形发生器板卡、矢量信号手法板卡、高速串口板卡、可编程电源板卡、rf多路复用器开关板卡、rf模拟信号发生器板卡、以太网接口板卡、声音与震动测试板卡、矢量信号发生器板卡、profibus接口板卡、gpib仪器控制板卡、应变/桥输入板卡、数字模式仪器板卡、flexray接口板卡、矩阵开关板卡、示波器板卡、串行仪器控制板卡、多功能i/o板卡、if数字化仪器板卡、模拟输入板卡、多功能可重配置i/o板卡、源测量单元板卡、can接口板卡、矢量网络分析仪板卡、devicenet接口板卡、数字万用表板卡、多路复用器开关板卡、温度输入板卡、计数器/定时器板卡、并行处理板卡、矢量信号分析板卡、canopen接口板卡、数字i/o板卡、pxi可重配置i/o板卡、fpga板卡、可编程电阻板卡、信号插入开关板卡、继电器驱动板卡、以太网接口板卡、lin接口板卡。
16.所述高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱用于放置高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡，将高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡固定。
17.每一台测试装置都有上行和下行两类网口，每一类网口至少使用两个万兆网口。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型在操作时，首先根据高温气冷堆dcs不同的被测对象选择不同的测试板卡。板卡选择好之后将选好的测试板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱上。接着将高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡通过硬件接线的方式与高温气冷堆数字化仪控系统的被测部分进行连接。之后将高温气冷堆dcs不同的被测对象所使用的测试机柜通过冗余的以太网进行串行连接；接着在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行主从设计，确定进行工艺仿真的高性能工作站，同时，其余测试点的高性能工作站作为从测试点进行工作，起到数据清洗和数据交互的作用。最后在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库方便之后调用数据。完成测试之后将测试时使用的硬件接线断开即可。
20.在上述过程中，部署在不同位置的高温气冷堆dcs测试装置之间通过高速且冗余的万兆以太网线缆进行连接，每一台测试装置都有上行和下行两类网口，每一类网口至少使用两个万兆网口。同时，为了加强整套测试装置在工作时的稳定性，整个测试工程用到的所有测试装置还会形成一个环环网，当一台测试设备的数据上行出现严重事故时，整个测试工程还可以通过该故障上行设备的下行网口进行数据交换，因此，本实用新型所述的“上行”“下行”两词只是用作区分功能，并非严格意义上的上行和下行。
21.本实用新型通过使用成熟的高速以太网通信技术，克服了海量点数的高温气冷堆
核电厂的dcs测试工作的困难，通过使用稳定的以太网通信技术，使得对现场dcs的测试灵活便捷。同时，本实用新型所述设备还采用了可自由更换的dcs测试板卡，在面对高温气冷堆dcs不同的待测位置时，可以随待测位置具体情况选择不同类型的测试板卡进行组合，实现了测试系统的灵活配置。
22.其次，因为采用了在不同的测试位置放置相适应的测试机柜，因此，避免了全厂dcs测试装置集中在一台设备上造成的测试成本的提高以及核电厂dcs与测试装置大规模远距离接线造成的测试周期延长，资源浪费等问题。
附图说明
23.图1为本实用新型的环网结构图。
24.图2为本实用新型的软件组织结构图。
25.图中：1为数字化仪控系统测试柜，2为万兆以太网冗余线缆，3为高温气冷堆全范围工艺仿真程序4为高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，5为数据库，6为测试类型数据库，7为高温气冷堆测试系统数据库，8为高温气冷堆全范围工艺仿真程序。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
27.如图1所示：本实用新型所述的高温气冷堆数字化仪控系统全范围测试装置包括：数字化仪控系统测试柜1是高温气冷堆数字化仪控系统全范围测试系统与高温气冷堆数字化仪控系统被测部分连接的设备，高温气冷堆数字化仪控系统全范围测试系统主要包括高性能工作站、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡、高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱以及数字化系统测试铁皮柜，测试系统核心交换机以及完成测试所需要使用的以太网连接线和普通线缆等。
28.高性能工作站又称高性能计算机，其主要负责高温气冷堆系统的仿真模拟，其性能可以实现对高温气冷堆整个工艺系统的超实时仿真。高性能工作站包括高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面，高温气冷堆数字化仪控系统测试程序4，高温气冷堆全范围工艺仿真程序6，高温气冷堆测试系统数据库7。本实用新型所述的高性能工作站除了具备传统计算及所拥有软硬件之外，一个突出的特点是本实用新型所述的高性能计算机至少需要具备四个万兆以太网接口，必须具备四个以太网口是因为为了实现对高温气冷堆全范围进行测试，必须要在高温气冷堆核电厂dcs的所有端子都部署本实用新型所述的测试装置，整个测试系统的工作高度依赖于部署在不同位置的测试机柜高速而又稳定的数据交换，因此，每一dcs测试机柜的上行和下行都必须使用冗余设置，高性能工作站必须具备四个或更多的万兆网口。
29.高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面主要是起到测试设备与操作员进行人机交互的作用，高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面主要包括对高温气冷堆数字化仪控系统测试需要的各种不同工况。这里的不同工况既包括正常工况也包括各种事故下的工况，通过对不同工况的模拟可以尽可能全面地测试出高温气冷堆数字化仪控系统对整个机组的控制能力和控制性能。
30.高温气冷堆数字化仪控系统测试程序4主要是提供了高温气冷堆数字化仪控系统
测试界面，提供友好的人机界面以实现方便快捷的测试。核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序与核电厂工艺模拟程序相耦合，将工艺模拟程序中的参数设置代码转换成核电厂高温气冷堆数字化仪控系统测试程序软件上方便易懂的虚拟按钮，滑块，输入框等，方便使用人员的使用。在提供友好人机界面的同时还提供数据记录，历史数据调取，以及与硬件高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡的连接功能。
31.高温气冷堆全范围工艺仿真程序主要是对待测高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行模拟，移动工作站可以实现对高温气冷堆数字化仪控系统的目标工艺进行实时仿真，实现对真实工艺过程的模拟，包括但不限于压力容器，反应堆堆芯，蒸汽发生器，主氦风机，汽轮发电机等。
32.高温气冷堆测试系统数据库7包括测试类型数据库和测试记录数据库，测试类型数据库主要是针对不同类型的堆型进行测试的数据，测试记录数据库用来记录测试数据。
33.高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡包括但不限于继电器板卡，波形发生器板卡，矢量信号手法板卡，高速串口板卡，可编程电源板卡，rf多路复用器开关板卡，rf模拟信号发生器板卡，以太网接口板卡，声音与震动测试板卡，矢量信号发生器板卡，profibus接口板卡，gpib仪器控制板卡，应变/桥输入板卡，数字模式仪器板卡，flexray接口板卡，矩阵开关板卡，示波器板卡，串行仪器控制板卡，多功能i/o板卡，if数字化仪器板卡，模拟输入板卡，多功能可重配置i/o板卡，源测量单元板卡，can接口板卡，矢量网络分析仪板卡，devicenet接口板卡，数字万用表板卡，多路复用器开关板卡，温度输入板卡，计数器/定时器板卡，并行处理板卡，矢量信号分析板卡，canopen接口板卡，数字i/o板卡，pxi可重配置i/o板卡，fpga板卡，可编程电阻板卡，信号插入开关板卡，继电器驱动板卡，以太网接口板卡，lin接口板卡等。不管是哪一种高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡都具有同一种高速板对板连接器，该连接器可以实现高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡与高性能工作站的连接。
34.继电器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
relay；波形发生器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
wg；矢量信号发生器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
wsg；高速串口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
hsp；可编程电源板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
pps；rf多路复用器开关板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
rfms；rf模拟信号发生器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
rfasg；以太网接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ei；声音与震动测试板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
svt；profibus接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
profibus；gpib仪器控制板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
gpib；
35.应变/桥输入板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
s/bi；数字模式仪器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
dmi；flexray接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
fri；矩阵开关板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ms；示波器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
scope；串行仪器控制板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
sicp；多功能i/o板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
mi/o；if数字化仪器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ifdi；模拟输入板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ai；多功能可重配置i/o板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
mri/o；源测量单元板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
si；can接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
can；矢量网络分析仪板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
vna；devicenet接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
dni；数字万用表板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
dm；多路复用器开关板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ms；温度输入板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ti；计数器/定时器板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
c/t；并行处理板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
pp；矢量信号分析板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
vsa；canopen接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ci；数字i/o板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
di/o；pxi
可重配置i/o板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
pxiri/o；fpga板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
fpga；可编程电阻板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
pr；信号插入开关板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
sis；继电器驱动板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
rd；以太网接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
ei；lin接口板卡：tpri
‑
dcs
‑
card
‑
lini；
36.高性能工作站具体为：
37.高性能工作站：英特尔四代i7或更高的处理器，32g或以上内存，500g或以上固态硬盘，主板原生四个或更多万兆网口，nvida rtx2080 10g或更高性能的图形显示卡。
38.高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱是放置高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡的机箱，用来将高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡固定，同时，高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱上还具有相应的接口，该接口的作用是将所有高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡连接在同一条pxi高速通信总线上，以实现测试数据的高速传输。同时，该条pxi总线通过铜缆连接到高性能计算机的主板上，以实现通过pxi总线技术实现和高性能计算机的高速通信。
39.数字化仪控系统测试机柜是整个测试装置的物理载体，用来放置整套测试设备，同时，数字化仪控系统测试铁皮柜的底部还安装有小轮，方便整套测试装置的移动。同时，数字化仪控系统测试铁皮柜还应具有一定的电磁防护性能以保证其内部的高性能工作站和高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡能在复杂的工作场景中正常运转。
40.测试系统核心交换机的主要任务是实现位于不同位置的dcs测试机柜进行高速的数据交换，为了保证位于不同位置的dcs测试系统机柜能够高速，安全，稳定的经行数据交互，保证测试工作顺利进行，测试系统核心交换机应同时具备万兆网络接口，同时，所要求的万兆网络接口还应该有光口和电口两种规格，由于整套测试装置对网络依赖性极高，因此核心交换机与dcs测试机柜中的高性能工作站进行通信还应采用冗余通信的工作方式。
41.本实用新型的具体工作过程为：
42.(1)根据高温气冷堆dcs不同的被测对象选择不同的测试板卡；
43.(2)将选好的测试板卡安装在高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡机箱上；
44.(3)将高温气冷堆数字化仪控系统测试板卡通过硬件接线的方式连与高温气冷堆数字化仪控系统的被测部分进行连接，若物理距离超出万兆以太网的通信距离则使用核心交换机进行信号桥接；
45.(4)将高温气冷堆dcs不同的被测对象所使用的测试机柜通过冗余的以太网进行串行连接；
46.(5)在高温气冷堆数字化仪控系统测试程序上选择相应的高温气冷堆数字化仪控系统测试程序，同时在高性能工作站内进行主从设计，确定进行工艺仿真的高性能工作站，同时，其余测试点的高性能工作站作为从测试点进行工作，起到数据清洗和数据交互的作用；
47.(6)在高温气冷堆数字化仪控系统测试人机界面对需要模拟的工况进行设置，同时高温气冷堆数字化仪控系统测试程序需要使用的数据会从高温气冷堆测试系统数据库中读取，测试产生的结果会存在高温气冷堆测试系统历史数据库中方便之后调用数据。
48.(7)完成测试之后将测试时使用的硬件接线断开即可。