一種基于fpga技術的核電站dcs控制站架構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及FPGA，具體涉及一種基于FPGA技術的核電站DCS控制站架構。
【背景技術】
[0002]目前，國內的DCS控制站都是基于微處理器技術即CPU架構的，基于CPU的軟件運行最大的特點是順序執行逐條指令，因此DCS控制站的架構也是結合了這一特點進行設
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[0003]—般控制站有MPU板卡、1板卡和通信板卡組成，MPU板卡由一塊CPU完成數據的管理和算法的運算，1板卡完成現場信號的采集和輸出，通信板卡完成對外的通信。
[0004]尤其是MPU板卡，一般是由一個CPU，順序完成所有外設的管理及算法的運算，這樣整體的處理速度較慢。
[0005]而FPGA則是并行的處理機制，如果完全照搬CPU架構，第一體現不出FPGA的優勢，第二給FPGA的開發也帶來的一定的困難。
[0006]目前，國內基于純FPGA技術實現的核電站DCS系統較少，相對于成熟的基于CPU技術的核電站DCS系統，FPGA技術對于核電而言，是新技術。例如申請號為201410529878.4的專利就不是基于純FPGA技術實現的核電站DCS系統。尤其是FPGA技術和CPU技術是兩個截然不同的數據技術，如何將FPGA的技術特點和核電站DCS的要求有效的結合起來，是一個新課題。
[0007]傳統的DCS基本都是基于CPU技術架構的，FPGA技術和CPU技術都屬于數字技術，但兩種技術特點完全不同，一種是程序順序執行，一種是基于門電路執行的，如果架構完全照搬，會給FPGA開發帶來困難；相對于與CPU技術，FPGA是并行的處理機制，并行機制的優勢在架構中需要體現出來。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提出一種基于FPGA技術的核電站DCS控制站架構。
[0009]本發明采用的技術方案是，一種基于FPGA技術的核電站DCS控制站架構，包括應用單元和平臺單元；所述應用單元連接平臺單元；所述應用單元包括算法組態模塊及設備組態參數整定模塊；所述算法組態模塊為AFPGA ;所述平臺單元包括主處理單元板卡MPU、網絡通信板卡NCU及輸入輸出1板卡；所述主處理單元板卡MPU包括維護接口和GFPGA ；所述網絡通信板卡NCU和輸入輸出1板卡分別連接主處理單元板卡MPU ;所述GFPGA通過總線實現輸入輸出1板卡數據的采集和輸出；所述GFPGA和所述AFPGA采用自定義總線進行數據交互，所述GFPGA通過SPI操作所述設備組態參數整定模塊配置數據。
[0010]進一步地，所述GFPGA完成系統管理、系統配置功能。
[0011]更進一步地，所述AFPGA包括若干片FPGA，若干片FPGA并行連接，用于完成控制算法運算功能。
[0012]更進一步地，所述MPU和輸入輸出1板卡之間采用串行485總線通信，GFPGA通過該總線直接采集或輸出；該總線采用10M通信速率、64個節點。
[0013]更進一步地，所述GFPGA和NCU之間采用60M點對點LVDS通信，同時能擴展4個NCU的對外通信。
[0014]更進一步地，所述設備組態參數整定模塊用于存儲系統的配置參數，用于通過外部軟件工具通過GFPGA進行修改；系統啟動時，GFPGA能讀取該配置參數，通過10總線和NCU總線配置系統參數。
[0015]更進一步地，所述算法組態模塊包括4個AFPGA，用于對不同的工程應用，修改4個AFPGA的算法。
[0016]本發明的優點:
[0017]本發明是基于FPGA實現的DCS控制系統架構；
[0018]本架構10總線拓撲簡單，易于拓展，且10M的485總線可滿足核電站DCS現場應用；
[0019]本架構NCU總線具有并行處理、帶寬大的優勢；
[0020]本架構具有通用好的優勢，主要體現在系統的參數可靈活配置及系統的算法可靈活組態，和平臺部分完全剝離；
[0021]高可靠，對于4個AFPGA，當一個發生失效時，不導致整個系統功能喪失；
[0022]本架構總體保留了現代集中式DCS的優勢，整個系統均由主處理單元統一配置、管理、調度，因此系統仍然有較強的靈活性、通用性。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0024]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0025]圖1是本發明實施例的一種基于FPGA技術的核電站DCS控制站架構原理圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]目前，國內基于純FPGA技術實現的核電站DCS系統較少，相對于成熟的基于CPU技術的核電站DCS系統，FPGA技術對于核電而言，是新技術。尤其是FPGA技術和CPU技術是兩個截然不同的數據技術，如何將FPGA的技術特點和核電站DCS的要求有效的結合起來，是本發明主要解決的技術問題
[0028]主要考慮以下幾個方面:
[0029]傳統的DCS基本都是基于CPU技術架構的，FPGA技術和CPU技術都屬于數字技術，但兩種技術特點完全不同，一種是程序順序執行，一種是基于門電路執行的，如果架構完全照搬，會給FPGA開發帶來困難；
[0030]相對于與CPU技術，FPGA是并行的處理機制，并行機制的優勢在架構中需要體現出來；
[0031]傳統DCS的優勢如:通用性、靈活性、開放性等需要繼承。
[0032]定義:通用FPGA 為 Generic FPGA,簡稱 GFPGA，應用 FPGA 為 Applicat1n FPGA,簡稱AFPGA。其中GFPGA主要完成系統管理、系統配置等功能，AFPGA主要完成控制算法運算功能，且AFPGA功能由多片FPGA來實現。
[0033]圖1示出了本發明的一種基于FPGA技術的核電站DCS控制站架構原理圖。
[0034]—種基于FPGA技術的核電站DCS控制站系統，包括應用單元和平臺單元；所述應用單元連接平臺單元；所述應用單元包括算法組態模塊及設備組態參數整定模塊；所述算法組態模塊為AFPGA ;所述設備組態參數整定模塊為EEPR0M或其它類型的存儲器；所述平臺單元包括主處理單元板卡MPU、網絡通信板卡NCU及輸入輸出10板卡；所述主處理單元板卡MPU包括維護接口和GFPGA ;所述網絡通信板卡NCU和輸入輸出10板卡分別連接主處理單元板卡MPU。
[0035]主處理單元板卡MPU、網絡通信板卡NCU、輸入輸出10板卡可在一個機箱內安裝，MHJ板卡內分GFPGA和AFPGA。GFPGA可通過485總線實現10板卡數據的采集和輸出，同時由于