[发明专利]一种基于FPGA技术的核电站仪控系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA技术的核电站仪控系统，包括主处理板卡MPU、测试服务板卡TSU、m个输入板卡、n个输出板卡和β个网络通信板卡NCU，m≥1，n≥1，β≥1；所述主处理板卡MPU、网络通信板卡NCU、输入板卡和输出板卡，通过测试功能通信总线LinkT连接至所述测试服务板卡TSU；所述输入板卡和所述输出板卡通过IO数据冗余通信总线与所述板卡MPU相连。本发明降低安全功能总线的网络负荷，实现方式容易，整体的研发成本低，物料成本也相对较低，而且满足核电站的多样性系统需求。功能独立性更明显，可靠性增强。处理速度更快，响应时间更短，具有更好的安全性。

技术领域

所属技术领域为核电站DCS仪控系统，特别是一种基于FPGA的DCS仪控系统平台架构。

背景技术

目前核电站的数字化仪控系统多采用基于微处理器的设备来实现，而基于CPU的软件，即使相对简单的系统也需要庞大数量的程序代码，并且存在潜在的软件共模故障风险，所以采用多样性驱动系统实现纵深防御已经成为核电站仪控系统的重要设计原则。

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA具有纯硬件的机制、高速并行处理、低复杂度等优点，成为核电仪控系统的发展趋势之一。FPGA技术在中国核电领域陆续应用，比如国核自仪和洛克希德马丁公司合作开发的Nupac系统和AP1000机组在DAS系统中使用的西屋电气基于FPGA技术开发的平台产品。

传统的核电站现场仪控系统中，只有两条通信网络互为冗余，测试数据、诊断数据和正常IO数据都是基于同一条数据通信网络实现的。如国内的和利时产品，其内部只有一路IO总线，用于传输各类数据。在核电站的某些场合要求安全功能与辅助功能独立，辅助功能可以作为非安全级功能开发。如果不能分开，则要求辅助功能达到安全级标准，增加了成本。

当前数字化仪控设备中通信单元一般与IO单元一样挂在一条总线上与主控单元通信，由于网络通信单元的数据量一般较大，会占用串行总线较多的时间，降低了系统响应速度。

现有核电站的仪控系统主要缺点有以下几个方面：

(1)多采用CPU架构，结构复杂，实现成本高，且不能避免软件的共模故障风险。

(2)由于安全通信功能总线和辅助功能总线不独立，会造成测试功能发生故障时影响到正常运行的安全功能，可靠性需要进一步提高。

(3)网络负荷较高。通信板卡的大数据量和较多的IO点数如果均通过一条总线通信，会导致通信负荷增高，占用串行通信总线的时间较大，系统响应速度较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于FPGA技术的核电站仪控系统，

包括主处理板卡MPU、测试服务板卡TSU、m个输入板卡、n个输出板卡和β个网络通信板卡NCU，m≥1，n≥1，β≥1；所述主处理板卡MPU、网络通信板卡NCU、输入板卡和输出板卡，通过测试功能通信总线LinkT连接至所述测试服务板卡TSU；所述输入板卡和所述输出板卡通过IO数据冗余通信总线与所述板卡MPU相连；其中，

主处理板卡MPU，用于数据运算和处理、系统参数的存储与配置、模式切换和报警，与所述板卡NCU之间进行点对点差分通信；

网络通信板卡NCU用于完成网络通信功能，将本板卡在运行过程中的诊断信息通过LinkT发送至测试服务板卡TSU，网络通信板卡NCU设有两种通信接口，一种是工业以太网接口，用于传输系统的状态数据和网络变量数据，另外一种是点对点差分通信接口，用于与所述主处理板卡MPU的通信；