使用USB-2533搭建核电站实验仪器

简介
据美国能源部报道,目前美国使用能源的1/5来自65座核电站的104个商用反应堆。虽然有些人倡导核能源可作为减少对外国石油依赖的选择,而其他人则担心放射性废弃物会带来安全与环境问题。无论如何,在定期设备与系统维护下,如今多数初始工作寿命为30或40年的核电站可将其寿命延长至60年以上。

挑战
针对这些设备的预测性与定期维护项目由NRC(Nuclear Regulatory Commission)授权。这些项目不仅能确保操作良好,而且可以保证公共安全维护措施到位。为寻求简化的测试方法,美国核电站操作人员聘请InHand Electronics设计并配置一种便携式解决方案,以供能源技术人员在核电站加料过程中测试阀门、传感器以及各种控制点。这种定制设计的解决方案不仅需要满足客户的技术规格要求,还须获得NRC认证并保证10年的产品寿命。

背景
InHand Electronics签订了下一代核电站测试仪器设计与建造的合同。仪器的生产面临很多挑战,商业上可获取的解决方案无法应对。然而,上市时间压力要求对现存解决方案进行某种形式的重用。

为保证每个人的安全,核电站的每一部分都不允许存在失误。定期测试旨在确认故障或降级操作的最早迹象,以便在关键功能失效之前更换基础设施。

测试工作较为繁琐,它涉及到几十种传感器的使用。由于每种传感器都不同,它们并不能简单连接至A/D转换器。有些传感器输出模拟电压,而另一些则输出模拟电流。有些传感器输出范围为±10V,测量较为简单;而其它传感器则要求毫伏级别的测量且精度应优于0.01%。类似于电流测量,许多4-20mA传感器要求测量分辨率为±1µA。正交编码器的输入同样需要在微米级别测量距离。

由于每个传感器或驱动器连接到计算机的接口不同,目前核电站测试仪器的生产需要一套硬件设备。设备使用硬性连接并要求以太网与电源连接至核电站的每个角落,这涉及到铺设上百英尺的临时电缆。这种测试方法往往不切实际、难度较大、且耗时长于加料所需的两周停机时间。测试系统需能处理典型的商用现成DAQ板卡中16路以上的差分通道。总采样率可达200kS/s,满足以不同速率采样不同类型传感器的需求。

InHand在市场中寻求商用现成解决方案来加以利用。许多供应商的产品被列入考量,但多数产品仅支持8至16路差分输入。将这些板卡集成于一个手持设备不切实际且耗费成本。由于许多设备不满足16位分辨率的要求或不能以200kS/s或更高速率采样,因此它们被排除在外。

解决方案
一个商用产品脱颖而出并成为最佳解决方案。通过使用MCC的Windows® CE部署平台,MCC USB-2533 可提供64路单端或32路差分、16位ADC的通道。它支持1至100倍的增益,采样率高达1MS/s。同时也包含4路正交编码器输入与24路数字I/O通道。

InHand为MCC提供Windows® CE平台,使MCC可以为实时操作系统配置驱动程序。InHand利用其实时性能优化的优势,与MCC合作优化驱动以满足必要条件。两者现在共同拥有通过Windows® CE平台传输高准确度实时数据的解决方案。

系统需要故障与过载保护功能、必须监控一个通道并且在5mS内关闭连接至其它某一端口的控制信号。USB-2533 的一个关键功能为定点功能,可实时监测一路通道,同时允许某一路数字端口在达到当前阈值的任意时刻触发。该信号之后会被路由至模拟前端,因此如果信号被触发,任何被标记为故障发生时需紧急关闭的控制端口会立即失效。模拟前端获取数据的响应时间为1mS,使用3mS的消抖算法,5mS关闭时间的要求得以满足。

总结
InHand Electronics成功递交了被认证的核实验台。MCC与InHand Electronics在整个开发过程中协同合作,包括为应用构建定制驱动。MCC工程师及应用工程团队的合作、响应能力及专业性确保了使用基于USB-2533解决方案的最佳测试流程。


Author Information
Author: Dr. Dave Stewart
Director of Software Engineering
info@inhand.com
www.inhand.com
Phone: (240) 558-2014

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