[發(fā)明專利]一種高可靠性模擬量輸出裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910249911.7
• 申請日: 2009-12-04
• 公開（公告）號: CN101995826A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程康;郝志堅;劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司;中國廣東核電集團有限公司
• 主分類號: G05B19/02
• 分類號: G05B19/02
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 楊建君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高可靠性模擬量輸出裝置，屬于大型操作系統(tǒng)的信號輸出領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

DCS是數(shù)字控制系統(tǒng)(Digital?Control?System)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。?

DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。?

控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器。?

目前通用的IO模塊包括：AI為模擬量輸入信號；AO為模擬量輸出信號；DI為數(shù)字量輸入信號；DO為數(shù)字量輸出信號，其中作為控制驅(qū)動模擬信號執(zhí)行機構(gòu)動作的AO模塊，目前現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品其基本的設(shè)計結(jié)構(gòu)和原理大體如圖1所示：?

模擬量輸出模塊作為的現(xiàn)場控制站的輸出控制IO節(jié)點，通過現(xiàn)場總線通訊接收組態(tài)下發(fā)的各通道配置輸出值數(shù)據(jù)，在本地進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，由電流驅(qū)動電路輸出電流。?

現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用模擬量輸出模塊，從核安全級儀控系統(tǒng)智能IO板卡應(yīng)用角度考慮，在產(chǎn)品可靠性方面無法滿足要求，具體的說，普通的模擬量輸出模塊僅僅在功能上滿足正常使用在產(chǎn)品運行可靠性保證，以及故障診斷，運行自監(jiān)視以及通訊獨立性等等方面，核安全級智能IO板卡需要具備的性能上沒有很好的實現(xiàn)。?

DCS系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計算機技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機界面和強大的通訊功能，是完成過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。?

現(xiàn)場控制站(FCS)接收來自工業(yè)控制現(xiàn)場的傳感器或變送器的信號，進(jìn)行運算處理后，發(fā)送給現(xiàn)場的執(zhí)行器，完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制，并通過網(wǎng)絡(luò)與外界交換數(shù)?據(jù)。FCS可以理解為具備輸入輸出和數(shù)據(jù)處理功能的數(shù)字計算機，通過輸入板卡采集現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)運算板卡處理完成信號轉(zhuǎn)換和邏輯運算功能，通過輸出板卡輸出信號到現(xiàn)場執(zhí)行器。?

模擬量輸出板卡作為FCS中完成輸出模擬信號功能的智能IO板卡，在通用DCS系統(tǒng)中經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，如北京和利時公司的針對核電站常規(guī)島非安全級系統(tǒng)開發(fā)的NM系列產(chǎn)品中，其模擬量輸出模塊在沿用常規(guī)模擬量輸出設(shè)計基本思路的情況下，已經(jīng)增加開發(fā)了一些如DA輸出回讀，熱插拔等功能，產(chǎn)品的安全性和可靠性已經(jīng)比常規(guī)電廠DCS系統(tǒng)有了一定幅度的提高。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對目前現(xiàn)有模擬量輸出裝置產(chǎn)品的可靠性無法滿足核站安全級儀控系統(tǒng)的要求，提供一種高可靠性模擬量輸出裝置。?

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：?

一種高可靠性模擬量輸出裝置的設(shè)計，所述模擬量輸出裝置包括D/A轉(zhuǎn)換模塊、電流驅(qū)動輸出模塊、A/D輸出回讀模塊、MCU、復(fù)雜邏輯編程控制器及通訊電路組成，其特征在于：所述的電流驅(qū)動輸出模塊為電流驅(qū)動器，電流驅(qū)動器與信號連接器連接輸出電流信號；D/A轉(zhuǎn)換模塊為數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的芯片，D/A轉(zhuǎn)換模塊的一端與電流驅(qū)動模塊連接，D/A轉(zhuǎn)換模塊的另一端通過串行外圍設(shè)備接口SPI與MCU連接；A/D輸出回讀模塊為將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器，A/D輸出回讀模塊的一端與電流驅(qū)動模塊連接，A/D輸出回讀模塊的另一端與串行外圍設(shè)備接口SPI連接；所述模擬量D/A轉(zhuǎn)換模塊通過SNI總線接收IO通信單元板卡下行的配置數(shù)據(jù)，并將配置數(shù)據(jù)通過SPI口各通道輸入DA芯片中，控制DA輸出，DA輸出的電壓經(jīng)電流驅(qū)動電路模塊輸出信號，電流驅(qū)動電路模塊上設(shè)有報警輸出信號EFCM和EFLD及在電流輸出總線末端設(shè)置信號回讀輸出信號，回讀的輸出信號經(jīng)A/D輸出回讀模塊處理，通過SPI口送回板卡MCU，MCU與通道設(shè)定值進(jìn)行比較判斷輸出狀態(tài)。?

所述電流驅(qū)動器內(nèi)部集成I_A檢測負(fù)載兩端電壓，I_AOUT輸出成比例電流信號，配置采樣電阻R_IA，將配置采樣電阻R_IA上的電壓輸入AD，通過AD輸出值結(jié)合當(dāng)前通道輸出電流值，即可計算獲得通道負(fù)載阻抗。?

所述電流驅(qū)動器計算獲得通道負(fù)載阻抗的步驟具體設(shè)計如下：?