[发明专利]一种基于FPGA技术的核电站DCS控制站架构

说明书

技术领域

本发明涉及FPGA，具体涉及一种基于FPGA技术的核电站DCS控制站架构。

背景技术

目前，国内的DCS控制站都是基于微处理器技术即CPU架构的，基于CPU的软件运行最大的特点是顺序执行逐条指令，因此DCS控制站的架构也是结合了这一特点进行设计。

一般控制站有MPU板卡、IO板卡和通信板卡组成，MPU板卡由一块CPU完成数据的管理和算法的运算，IO板卡完成现场信号的采集和输出，通信板卡完成对外的通信。

尤其是MPU板卡，一般是由一个CPU，顺序完成所有外设的管理及算法的运算，这样整体的处理速度较慢。

而FPGA则是并行的处理机制，如果完全照搬CPU架构，第一体现不出FPGA的优势，第二给FPGA的开发也带来的一定的困难。

目前，国内基于纯FPGA技术实现的核电站DCS系统较少，相对于成熟的基于CPU技术的核电站DCS系统，FPGA技术对于核电而言，是新技术。例如申请号为201410529878.4的专利就不是基于纯FPGA技术实现的核电站DCS系统。尤其是FPGA技术和CPU技术是两个截然不同的数据技术，如何将FPGA的技术特点和核电站DCS的要求有效的结合起来，是一个新课题。

传统的DCS基本都是基于CPU技术架构的，FPGA技术和CPU技术都属于数字技术，但两种技术特点完全不同，一种是程序顺序执行，一种是基于门电路执行的，如果架构完全照搬，会给FPGA开发带来困难；相对于与CPU技术，FPGA是并行的处理机制，并行机制的优势在架构中需要体现出来。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于FPGA技术的核电站DCS控制站架构。

本发明采用的技术方案是，一种基于FPGA技术的核电站DCS控制站架构，包括应用单元和平台单元；所述应用单元连接平台单元；所述应用单元包括算法组态模块及设备组态参数整定模块；所述算法组态模块为AFPGA；所述平台单元包括主处理单元板卡MPU、网络通信板卡NCU及输入输出IO板卡；所述主处理单元板卡MPU包括维护接口和GFPGA；所述网络通信板卡NCU和输入输出IO板卡分别连接主处理单元板卡MPU；所述GFPGA通过总线实现输入输出IO板卡数据的采集和输出；所述GFPGA和所述AFPGA采用自定义总线进行数据交互,所述GFPGA通过SPI操作所述设备组态参数整定模块配置数据。

进一步地，所述GFPGA完成系统管理、系统配置功能。

更进一步地，所述AFPGA包括若干片FPGA，若干片FPGA并行连接，用于完成控制算法运算功能。

更进一步地，所述MPU和输入输出IO板卡之间采用串行485总线通信，GFPGA通过该总线直接采集或输出；该总线采用10M通信速率、64个节点。

更进一步地，所述GFPGA和NCU之间采用60M点对点LVDS通信，同时能扩展4个NCU的对外通信。

更进一步地，所述设备组态参数整定模块用于存储系统的配置参数，用于通过外部软件工具通过GFPGA进行修改；系统启动时，GFPGA能读取该配置参数，通过IO总线和NCU总线配置系统参数。

更进一步地，所述算法组态模块包括4个AFPGA，用于对不同的工程应用，修改4个AFPGA的算法。

本发明的优点：

本发明是基于FPGA实现的DCS控制系统架构；

本架构IO总线拓扑简单，易于拓展，且10M的485总线可满足核电站DCS现场应用；

本架构NCU总线具有并行处理、带宽大的优势；

本架构具有通用好的优势，主要体现在系统的参数可灵活配置及系统的算法可灵活组态，和平台部分完全剥离；

高可靠，对于4个AFPGA，当一个发生失效时，不导致整个系统功能丧失；

本架构总体保留了现代集中式DCS的优势，整个系统均由主处理单元统一配置、管理、调度，因此系统仍然有较强的灵活性、通用性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的一种基于FPGA技术的核电站DCS控制站架构原理图。

具体实施方式