一种核电厂安全级PLC系统的数字量输出诊断方法与流程

一种核电厂安全级plc系统的数字量输出诊断方法
技术领域
1.本发明涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种核电厂安全级plc系统的数字量输出诊断方法。


背景技术：

2.工业控制领域是一个对安全性，可靠性要求很高的领域，能否安全可靠的运行也是评估仪控设备的一个重要指标，然而在工业控制领域，尤其在核电厂等数字化仪控领域，会存在输出大量高低电平信号去控制和驱动外部设备，参与停堆控制，参与着重要的逻辑运算等，这关乎核电站的安全运行。
3.在工业应用中，无故障发生的情况下，数字量输出的信号基本为一种与预期一致的输出状态，为外设提供稳定的电平状态。但是由于器件老化失效等原因造成实际输出信号与预期不符，将严重影响核电厂的运行安全。然而目前，并没有一种可有效判断数字量输出通道是否发生故障的方法。
4.如申请号为cn201710405142.x的专利申请提出了一种数字量输出通道自诊断检测电路、检测装置及检测方法，所述电路包括：电磁继电器，所述电磁继电器设置成接收数字量控制信号，并对外部电路输出经过电磁铁转换后的电信号；其中，所述电磁继电器设置包括两组输出触点，一组触点作为干接点形成干结点输出支路，另一组触点连接至所述输入信号控制电路形成检测回读支路。虽然该申请简化了数字量输出通道的自诊断电路设计，但是在实际应用当中，其稳定性较差，并不能保证核电厂的安全运行。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种核电厂安全级plc系统的数字量输出诊断方法，以解决如何快速诊断数字量输出通道是否有故障发生的技术问题。
6.本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种核电厂安全级plc系统的数字量输出诊断方法，包括如下步骤：
7.采用光耦隔离的方式设计数字量输出诊断电路，所述数字量输出诊断电路包括输出通道电路、诊断回采电路和处理单元；
8.当没有外部设备连接数字量输出诊断电路时，进入动态诊断模式，处理单元周期性发出驱动控制信号a，通过诊断回采电路得到诊断信号a，处理单元将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，输出诊断结果；
9.当外部设备连接数字量输出诊断电路时，进入实时诊断模式，处理单元按照任务发出驱动控制信号a，通过诊断回采电路得到诊断信号a，处理单元将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，输出诊断结果。
10.进一步的，进入动态诊断模式包括如下步骤：
11.当没有外部设备连接数字量输出诊断电路时，与输出通道电路连接的外部设备的高电平vcc_ex为低电平，由诊断电源vcc_diag供电，oc3诊断电路输出触点不导通，诊断信
号b为低电平，进入动态诊断模式；
12.处理单元周期性发出驱动控制信号a，驱动控制信号a经输出通道电路后得到输出信号，所述输出信号通过oc2诊断电路得到诊断信号a；
13.处理单元接收诊断信号a，并将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，若诊断信号a与驱动控制信号a相同，则无故障发生，输出诊断结果通道正常“0”；若诊断信号a与驱动控制信号a不同，则发生故障，输出诊断结果通道故障“1”。
14.进一步的，进入实时诊断模式包括如下步骤：
15.当外部设备连接数字量输出诊断电路时，与输出通道电路连接的外部设备的高电平vcc_ex为高电平，由vcc_ex供电，oc3诊断电路输出触点导通，诊断信号b为高电平，进入实时诊断模式；
16.处理单元按照任务发出驱动控制信号a，驱动控制信号a经输出通道电路后得到输出信号，所述输出信号通过oc2诊断电路得到诊断信号a；
17.处理单元接收诊断信号a，并将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，若诊断信号a与驱动控制信号a相同，则无故障发生，输出诊断结果通道正常“0”；若诊断信号a与驱动控制信号a不同，则发生故障，输出诊断结果通道故障“1”。
18.进一步的，所述诊断电源vcc_diag由隔离dc/dc转换器产生。
19.进一步的，所述输出通道电路包括光耦隔离器oc1，所述光耦隔离器oc1的驱动侧与处理单元相连接，所述光耦隔离器oc1的输出侧通过mos管与诊断回采电路相连接。
20.进一步的，所述诊断回采电路包括oc2诊断电路和oc3诊断电路，所述oc2诊断电路包括光耦隔离器oc2，所述光耦隔离器oc2的驱动侧通过mos管与光耦隔离器oc1的输出侧相连接，所述光耦隔离器oc2的输出侧通过逻辑器件非门与处理单元相连接；所述oc3诊断电路包括光耦隔离器oc3，所述光耦隔离器oc3的驱动侧通过mos管与光耦隔离器oc1的输出侧相连接，所述光耦隔离器oc3的输出侧通过逻辑器件非门与处理单元相连接。
21.进一步的，所述处理单元采用cpu或fpga处理芯片的一种。
22.本发明的有益效果在于：可以快速诊断数字量输出通道是否有故障发生，不仅能在有外部设备连接的时候进行实时诊断，还可以在没有外部设备连接时进行周期性的动态诊断，保障了诊断的实时性和数据输出的可靠性，确保核电厂能够安全、可靠、稳定的运行。
附图说明
23.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，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。
24.图1为本发明流程图；
25.图2为数字量输出诊断电路结构示意图；
26.图3为动态诊断模式流程图；
27.图4为实时诊断模式流程图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
30.实施例1：
31.参阅图1-4，一种核电厂安全级plc系统的数字量输出诊断方法，包括如下步骤：
32.采用光耦隔离的方式设计数字量输出诊断电路，所述数字量输出诊断电路包括输出通道电路、诊断回采电路和处理单元；
33.当没有外部设备连接数字量输出诊断电路时，进入动态诊断模式，处理单元周期性发出驱动控制信号a，通过诊断回采电路得到诊断信号a，处理单元将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，输出诊断结果；
34.当外部设备连接数字量输出诊断电路时，进入实时诊断模式，处理单元按照任务发出驱动控制信号a，通过诊断回采电路得到诊断信号a，处理单元将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，输出诊断结果。
35.本发明针对核电厂安全级plc系统高安全性、稳定性而设计的数字量输出诊断方法，具体说是一种具有新颖诊断措施的数字量输出电路，诊断回采电路采用光耦来传输回读量，保证执行输出状态的可靠性，将外部信号与内部信号隔离，保障了系统的安全运行，并且可实时监视数字量输出通路的正确性以及采集回当前的输出值便于工作人员进行故障分析。该诊断方法可有效判断输出通道是否发生故障，可应用于核电站等大型工程领域，能够保证核电厂的安全性、可靠性、稳定性。
36.在本实施例当中，进入动态诊断模式包括如下步骤：
37.当没有外部设备连接数字量输出诊断电路时，与输出通道电路连接的外部设备的高电平vcc_ex为低电平，由诊断电源vcc_diag供电，oc3诊断电路输出触点不导通，诊断信号b为低电平，进入动态诊断模式；
38.处理单元周期性发出驱动控制信号a，驱动控制信号a经输出通道电路后得到输出信号，所述输出信号通过oc2诊断电路得到诊断信号a；
39.处理单元接收诊断信号a，并将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，若诊断信号a与驱动控制信号a相同，则无故障发生，输出诊断结果通道正常“0”；若诊断信号a与驱动控制信号a不同，则发生故障，输出诊断结果通道故障“1”。
40.在本实施例当中，进入实时诊断模式包括如下步骤：
41.当外部设备连接数字量输出诊断电路时，与输出通道电路连接的外部设备的高电平vcc_ex为高电平，由vcc_ex供电，oc3诊断电路输出触点导通，诊断信号b为高电平，进入实时诊断模式；
42.处理单元按照任务发出驱动控制信号a，驱动控制信号a经输出通道电路后得到输
出信号，所述输出信号通过oc2诊断电路得到诊断信号a；
43.处理单元接收诊断信号a，并将诊断信号a与驱动控制信号a进行逻辑运算，若诊断信号a与驱动控制信号a相同，则无故障发生，输出诊断结果通道正常“0”；若诊断信号a与驱动控制信号a不同，则发生故障，输出诊断结果通道故障“1”。数字量输出通道输出诊断真值表如下：
44.表1数字量输出通道输出诊断真值表
45.驱动控制信号a诊断信号a诊断信号b输出状态1100100111101011
46.进一步的，所述驱动控制信号a可以为脉冲信号。
47.在本实施例当中，所述诊断电源vcc_diag由隔离dc/dc转换器产生，vcc_diag电压应小于外部设备高电平电压，此外，附图2中的vcc和gnd为数字量输出诊断电路内部高电平和地，vcc_ex和gnd_ex为输出通道电路连接的外部设备的高电平和地。
48.在本实施例当中，所述输出通道电路包括光耦隔离器oc1，所述光耦隔离器oc1的驱动侧与处理单元相连接，所述光耦隔离器oc1的输出侧通过mos管与诊断回采电路相连接。
49.在本实施例当中，所述诊断回采电路包括oc2诊断电路和oc3诊断电路，所述oc2诊断电路包括光耦隔离器oc2，所述光耦隔离器oc2的驱动侧通过mos管与光耦隔离器oc1的输出侧相连接，所述光耦隔离器oc2的输出侧通过逻辑器件非门与处理单元相连接；所述oc3诊断电路包括光耦隔离器oc3，所述光耦隔离器oc3的驱动侧通过mos管与光耦隔离器oc1的输出侧相连接，所述光耦隔离器oc3的输出侧通过逻辑器件非门与处理单元相连接。
50.在本发明当中，所述输出通道电路和诊断回采电路均通过光耦将数字量输出诊断电路和外部设备进行电气隔离，保证了数字量输出诊断电路能够安全、稳定的运行，并且处理单元可以将采集回来的信号与预期信号(驱动控制信号)进行逻辑运算，输出诊断结果，从而帮助工作人员判断输出通道是否存在异常情况，并且在有异常情况发生时发出报警，若故障，则相应的通道故障指示灯被点亮(常亮红色指示)，输出进入安全状态。
51.在本实施例当中，所述处理单元采用cpu或fpga处理芯片的一种。
52.进一步的，数字量输出诊断方法的具体操作如下：数字量输出诊断电路通过处理单元的io口驱动光耦隔离器oc1导通或断开，光耦隔离器oc1的1、2引脚为驱动侧，当1脚流向2脚的电流为3ma～5ma时，输出侧4、3脚导通，当1脚流向2脚的电流接近0时，输出侧4、3脚不导通。为了提高输出的驱动能力，通常情况下光耦隔离器oc1的输出侧并不直接连接输出通道电路，而是驱动mos管，最终由mos管来输出预期的电平信号。诊断回采电路则是将mos管输出的最终信号接入另外一个光耦隔离器(包括光耦隔离器oc2和光耦隔离器oc3)的驱动侧，用输出信号来驱动诊断回采电路的光耦隔离器是否导通，诊断回采电路光耦隔离器的输出侧与非门连接，因为直接通过光耦隔离器后电平信号的状态会发生一次翻转，所以增加一个非门将电平信号再次翻转，从而得到一个和实际输出信号一致的回采信号。输出通道电路内部高电平是处理单元识别范围的高电平电压，而最终输出给外部设备的高电平
信号可以是任意电压值，可以适用于不同电平需求的外部设备。当处理单元io发出高平电驱动信号，输出通道电路光耦隔离器oc1导通，输出通道电路的mos管g、s两端产生导通压差，mos管导通，输出通道电路输出高电平信号。同时该高电平信号驱动诊断回采电路的光耦隔离器使其导通，此时诊断回采电路的光耦隔离器的输出侧输出低电平信号，通过逻辑器件非门后转化为高电平信号输入给处理单元，处理单元将采集回来的诊断信号与预期值进行逻辑运算，最终输出诊断结果通道正常“0”和通道故障“1”。处理单元通过读取通道诊断信息，完成通道输出与诊断故障信息上报。输出通道电路和诊断回采电路均采用光耦隔离，保证输出侧故障不会漫延至整个核电厂plc系统，确保严重故障时，核电厂的安全性。
53.以上描述是数字量输出信号的静态诊断部分。静态诊断是实时的，一旦有数字量信号输出，数字量输出诊断电路就会一直在监视开关量输出状态，但静态诊断不能在没有数字量信号输出时周期性的对输出通道进行诊断，这样就引入数字量输出信号的动态诊断方法。在实际工业应用中，一个数字量输出模块有很多个数字量输出通道，通过静态诊断我们可以判断在使用的那些通道是否发生故障，而未使用的部分通道无法检测是否还处于正常的工作状态。所以加入动态诊断能提前判断未使用的部分数字量输出通道是否可按照预期进行输出，如不能，上报通道故障，核电厂plc系统提前进入安全状态，提高了系统的安全性与可靠性。
54.本发明可以对链路的断开、粘连以及输出回读链路的任意元器件故障进行诊断，适用于光耦、继电器、场效应管输出诊断控制方式，并且对于高速脉冲信号也可以采用该诊断方法；诊断时间优于1ms，并且动态诊断周期可灵活配置；本发明的数字量输出诊断方法新颖，采用了静态诊断(实时诊断)和动态诊断相结合的方式进行，不仅可以实时对数字量输出信号状态进行监控，在没有输出信号时，也能进行周期性的自检；本发明的设计满足隔离要求的设计，隔离耐压要求1500vac@1min《5ma；处理单元采用并行处理模式，处理速度快，满足响应时间的要求；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开关量输出信号的高可靠性输出控制；本发明的可靠性主要体现在稳定性强，诊断速度快，诊断覆盖率高。
55.需要说明的是，对于前述的实施例，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，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，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属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术所必须的。
56.此外，术语“连接”、“设置”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“连接”、“设置”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“连接”、“设置”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
57.上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。