CN114049978A - 核电站安全级仪控*** - Google Patents

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CN114049978A CN202111264567.6A CN202111264567A CN114049978A CN 114049978 A CN114049978 A CN 114049978A CN 202111264567 A CN202111264567 A CN 202111264567A CN 114049978 A CN114049978 A CN 114049978A
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吴艺璇
高斌华
冯雪
朱怀宇
王靖雯
王玮瑟
葛立炎
许威海
丁雪玲
颜林峰
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Abstract

本发明公开了一种核电站安全级仪控***包括机箱，机箱包括第一板卡，第一板卡包括ASPLD芯片，ASPLD芯片中的背板通信控制模块用于对输入数据进行拆包并存储至ASPLD芯片的缓存中，再按照背板通信数据格式进行打包，逐帧发送至核电站安全级仪控***外部；比较模块用于将拆包后的输入数据与配置参数进行比较得到比较结果；计算模块用于调用运算接口对比较结果进行运算并输出运算结果。本发明通过ASPLD芯片中的背板通信控制模块对接收到的输入数据进行拆包存储或打包发送处理，并将多个运算接口集成在计算模块上，通过调用计算模块上的运算接口对比较结果进行运算并输出运算结果，提高了处理能效，节省了资源占用空间。

Description

核电站安全级仪控***
技术领域
本发明涉及安全级仪控技术领域，特别涉及一种核电站安全级仪控***。
背景技术
FPGA(可编程逻辑门阵列)技术是结构化的实现方式，是一种硬件可重构的体系结构，具有强大的计算能力以及灵活性，不同于CPU(中央处理器)的串行式描述方式，CPU的串行描述方式需要依托操作***指令译码执行，还需要共享内存。而由于CPU的串行描述方式的内存是共享的，就需要做访问仲裁，为了利用访问的局限性，需要维持缓存部件的一致性，从而导致能效较低。并且CPU处理器的操作***和应用软件很多代码对应用者不公开，只能做黑盒测试，不能做白盒测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的核电站安全级仪控***采用的处理方式能效低、资源占用内存大的缺陷，提供一种核电站安全级仪控***。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供一种核电站安全级仪控***，所述核电站安全级仪控***包括机箱，所述机箱包括第一板卡，所述第一板卡包括ASPLD(应用专用可编程逻辑)芯片，所述ASPLD芯片包括背板通信控制模块、比较模块和计算模块；
所述背板通信控制模块，用于对输入数据进行拆包，并将拆包后的所述输入数据存储至所述ASPLD芯片的缓存中，将所述拆包后的输入数据按照背板通信数据格式进行打包，并逐帧发送至所述核电站安全级仪控***外部；
所述比较模块，用于将所述拆包后的输入数据与配置参数进行比较，得到比较结果；
所述计算模块，用于调用所述计算模块上的运算接口对所述比较结果进行运算，并输出运算结果。
较佳地，所述ASPLD芯片还包括延时模块；
所述延时模块，用于控制延时开或者延时关的操作。
较佳地，所述ASPLD芯片还包括诊断信息模块逻辑模块；
所述诊断信息模块，用于接收请求数据，发送响应数据；
所述逻辑模块，用于处理停堆数据。
较佳地，所述逻辑模块包括初始化单元、时钟产生单元、错误报警单元、配置参数读取单元、IO输入与输出单元以及背板通信输入与输出单元；
所述初始化单元，用于对所述输入数据进行初始化；
所述时钟产生单元，用于产生定时时钟；
所述错误报警单元，用于汇总并存储错误信息；
所述配置参数读取单元，用于将地址空间内的配置参数读取到板卡间；
所述IO输入与输出单元，用于实现机箱之间的数据采集与发送；
所述背板通信输入与输出单元，用于实现每个板卡之间的数据传输。
较佳地，所述运算接口包括加、减、乘、除、扩展指数运算、对数运算、增量运算、线性运算、最值运算、与、或、非、同或和异或等接口中的至少一种。
较佳地，背板通信数据格式包括数据类型、数据帧头、数据长度、数据来源信息、序列ID(身份标识号)、数据注入区间和循环冗余校验码中的至少一种。
较佳地，所述数据类型包括模拟量、数字量和脉冲量中的至少一种。
较佳地，所述机箱还包括第二板卡和第三板卡；
所述第一板卡与所述第二板卡通信连接，所述第二板卡与所述第三板卡通信连接；
所述第一板卡，用于处理所述输入数据；
所述第二板卡，用于接收所述输入数据并向所述第一板卡转发所述输入数据；
所述第三板卡，用于接收并向所述第二板卡转发所述输入数据。
较佳地，所述第一板卡还包括FPGA芯片。
较佳地，所述第二板卡包括FPGA芯片和所述ASPLD芯片，所述第三板卡包括所述FPGA芯片。
在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明通过ASPLD芯片中的背板通信控制模块对接收到的输入数据进行拆包存储或打包发送处理，并将多个运算接口集成在计算模块上，通过调用计算模块上的运算接口对基于比较模块比较拆包后的输入数据与配置参数得到的比较结果进行运算，并输出运算结果，提高了处理能效，节省了资源占用空间。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例提供的一种核电站安全级仪控***的数据通信示意图。
图2为本发明一示例性实施例提供的一种核电站安全级仪控***的ASPLD芯片结构示意图
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种核电站安全级仪控***，如图1所示，该核电站安全级仪控***包括机箱，该机箱包括第一板卡11，该第一板卡11包括ASPLD芯片，如图2所示，该ASPLD芯片包括背板通信控制模块21、比较模块22和计算模块23；需要说明的是，核电站安全级仪控***可以包括多个机箱，例如，如图1所示，以核电站安全级仪控***包括第一机箱1和第二机箱2为例，每个机箱内的板卡之间的通讯使用背板通信实现，机箱与机箱之间的通信使用IO通信，IO通信分为定时发送的通信与随机产生的诊断数据请求，随机产生的诊断数据请求称为DM(一种协议)请求。
背板通信控制模块21，用于对输入数据进行拆包，并将拆包后的输入数据存储至ASPLD芯片的缓存中，将拆包后的输入数据按照背板通信数据格式进行打包，并逐帧发送至核电站安全级仪控***外部；
本实施例中，背板通信数据格式包括数据类型、数据帧头、数据长度、数据来源信息、序列ID、数据注入区间和循环冗余校验码中的至少一种。
需要说明的是，数据来源信息使用内部专有的编码方式进行加密，提高了核电站安全级仪控***的安全性。
本实施例中，内部专有的编码方式可以为十六进制的22或DD，也可以根据实际情况设置成其他编码方式，此处不做具体限定。
本实施例中，输入数据来临后核电站安全级仪控***将判断该输入数据是否有效，若在接受时间内有效，则将该输入数据传输给下一级逻辑处理模块，若通信无效，则输入数据的质量码均发生通信无效错误。其中对于内部数据的偏移提前做了预计算处理，提高了核电站安全级仪控***的处理效率。需要说明的是，接受时间根据实际情况进行设置，例如，将接受时间可以设置为小于10秒，或者小于100秒，或者小于250秒等。
本实施例中，数据帧头采用01交替的方式，当有01交替信号来临时，说明数据开始传输，数据帧头不采用单纯的零或者单纯的一，提高了核电站安全级仪控***的自诊断性。
本实施例中，数据长度是指整个数据注入区间加上循环冗余校验码(CRC校验码)的长度，采用小端方式进行排列。
本实施例中，当一个接口同时输出不同来源的信号时，序列ID可以设置为将两个信号源数据包进行整合，统一排序，在同一个接口之中，有唯一累加的序列ID输出，便于在核电站安全级仪控***外判断丢包的情况。
需要说明的是，信号源数据包按照优先级进行排序，通常按照优先级从高到低进行排序。
本实施例中，测试数据通过DM请求进行注入，在DM请求有效的情况下，并且数据长度与数据注入区间的长度相匹配的情况下，将真实数据替换成为测试数据，并且将最后的结果的质量码标志为测试状态，在没有真实数据或者真实数据有问题的情况下，使用测试数据判断后续处理是否符合预期。
在此期间可以自动判断数据长度与数据注入区间的长度，以避免人因误操作。
本实施例中，直接使用DM请求对连续的地址空间写入标志测试位与注入的数据，只要采取一次DM请求即可完成数据注入，减少了操作步骤的繁琐性。
需要说明的是，在正常通道全不正常或者失效的情况下，核电站安全级仪控***也可以随时进行测试替换。
本实施例中，数据类型包括模拟量、数字量和脉冲量中的至少一种。
如表1为数据类型的数据格式，在具体实施过程中，为了预防不必要的人因误差，数据类型统一定义为特定字节长，或者特定字节长度的倍数。根据核电站安全级仪控***的需求，设置两种数据格式数据类型，一种是整个数据格式中只对一个数据对象进行数据描述，另一种是可以在同一个数据中对多个数据对象进行数据描述。需要说明的是，特定字节长优选为6个字节，也可以为其他字节，例如，数据类型为6个字节，或者6个字节的倍数。
表1
Figure BDA0003326463820000051
具体地，对一个数据对象进行数据描述的格式为：开头描述该数据信息，如数据类型，小数点位数等，中间数据是该数据的数据，长度结尾是质量码，表示这个数据的质量状态，数据是否可用，是否处在测试状态下，是否用通信传输错误等信息。
在同一个数据中对多个数据对象进行数据描述是数据注入区间中可以分别放不同的数据，拥有不止一个质量码，一个数据对应一个质量码，在传输的过程中，若整个数据包丢失，则质量码位将会一起报传输错误。
比较模块22，用于将拆包后的输入数据与配置参数进行比较，得到比较结果；
本实施例中，比较模块22具体用于在核电站安全级仪控***读取配置参数后，立即使用配置参数进行计算，在此之后不再进行配置参数的计算，降低了资源增容率，为后续的计算增加响应时间，后续通过输入数据与配置参数之间的关系进行逻辑比较，若改变配置参数，只能通过DM请求，比较模块在接收到DM请求后重新配置参数，对重新配置的参数重新进行一次预处理，然后与处理后再进行后续的逻辑比较，得到比较结果。
计算模块23，用于调用计算模块上的运算接口对比较结果进行运算，并输出运算结果。
本实施例中，运算接口包括加、减、乘、除、扩展指数运算、对数运算、增量运算、线性运算、最值运算、与、或、非、同或和异或等接口中的至少一种。
本实施例中，计算模块23的运算接口采用基础数据类型，便于多平台移植，提高了平台的移植性，方便了后续测试以及验证。
需要说明的是，本实施例将加、减、乘、除、扩展指数运算、对数运算、增量运算、线性运算、最值运算、与、或、非、同或和异或等接口都集成在计算模块上，在顶层应用中减少了逻辑接口，降低了人工误差，避免了每个运算接口对应一个模块的方式，使用参数的方式选择不同的逻辑处理和输入数量，减少了核电站安全级仪控***的资源占用率，节约了资源占用空间，降低了成本，在进行具体的运算时，只需要调用计算模块上的对应的运算接口即可，例如，进行减法运算时，直接调用计算模块上的减法接口即可。
本实施例中，机箱之间的DM请求，可在机箱之间根据机箱号进行转发，外部对核电站安全级仪控***指定机箱发送DM请求，实际核电站安全级仪控***外部想访问另一机箱，对于这种情况可以通过机箱号的不同进行转发，使得核电站安全级仪控***外部接口与核电站安全级仪控***接口只需要唯一一对，不需要***之间每一个机箱都与外部进行硬件的通信接口，在大规模应用时节省了成本，如果***只有唯一机箱，则不需要转发。
本实施例通过ASPLD芯片中的背板通信控制模块对接收到的输入数据进行拆包存储或打包发送处理，并将多个运算接口集成在计算模块上，通过调用计算模块上的运算接口对基于比较模块比较拆包后的输入数据与配置参数得到的比较结果进行运算，并输出运算结果，提高了处理能效，节省了资源占用空间。
如图2所示，在一可实施的方案中，该ASPLD芯片还包括延时模块24、诊断信息模块25和逻辑模块26；
延时模块24，用于控制延时开或者延时关的操作。
本实施例中，延时模块24实现触点输入时，可通过配置参数的方式实现触点从断开到闭合延时还是闭合到断开才延时。若使用配置参数，将会降低后续变动的灵活性，节省了ASPLD芯片的资源占用，提升了核电站安全级仪控***整体的性能。
诊断信息模块25，用于接收请求数据，发送响应数据；
本实施例中，核电站安全级仪控***外部可以通过单一机箱进行诊断信息的转发，使用唯一一对硬接线。
逻辑模块26，用于处理停堆数据。
如图2所示，在一可实施的方案中，逻辑模块26包括初始化单元261、时钟产生单元262、错误报警单元263、配置参数读取单元264、IO输入与输出单元265以及背板通信输入与输出单元266；
初始化单元261，用于对输入数据进行初始化；
本实施例中，初始化单元261具体用于判断板卡的机箱号、槽位号、版本号和物料编码。若是几个编码均对应的情况下才会进入正常运行状态，否则进入到错误模式。
时钟产生单元262，用于产生定时时钟；
本实施例中，时钟产生单元262具体用于产生几个定时时钟，例如，产生一纳秒的时钟，或者产生一毫秒的时钟等。
错误报警单元263，用于汇总并存储错误信息；
本实施例中，将所有的错误进行汇总后，将汇总的所有错误存储在指定的内存中，当发生错误时，核电站安全级仪控***外部可随机读取发生的错误，并定位问题，提高了核电站安全级仪控***的诊断能力。
配置参数读取单元264，用于将地址空间内的配置参数读取到板卡间；
本实施例中，配置参数读取单元264具体用于将写在地址空间内的配置参数读取到板卡间内，辅助后续进行逻辑运算。
IO输入与输出单元265，用于实现机箱之间的数据采集与发送；
本实施例中，通过与外面的硬接点进行通道的采集与发送
背板通信输入与输出单元266，用于实现每个板卡之间的数据传输。
如图1所示，在一可实施的方案中，该机箱1还包括第二板卡12和第三板卡13；
第一板卡11与第二板卡12通信连接，第二板卡12与第三板卡13通信连接；
第一板卡11，用于处理输入数据；
第二板卡12，用于接收输入数据并向第一板卡11转发输入数据；
第三板卡13，用于接收并向第二板卡12转发输入数据。
本实施例中，机箱内的板卡按照功能可划分成三类，即分别为IOU(交并比)板卡、MPU(微处理器)板卡和CMU(一种板卡)板卡，其中，第一板卡11为MPU板卡，第二板卡12为CMU板卡，第三板卡13为IOU板卡。
本实施例中，在IOU板卡上只设置一个FPGA芯片，做为core PLD(核心可编辑芯片)，IOU板卡主要负责接收并转发传感器的输入数据。在MPU板卡和CMU板卡上分别设置2个FPGA芯片，分别做core PLD和ASPLD芯片，即在MPU板卡和CMU板卡上分别设置一个FPGA芯片和一个ASPLD芯片。MPU板卡主要通过背板通信接收IOU板卡中的输入数据并根据核电技术处理输入数据，再并将处理后的输入数据传输给其余的模块。CMU板卡主要负责机箱之间的通信以及各个MPU板卡之间的背板通信。
需要说明的是，本实施例可以在部分模块中，通过减少一个FPGA芯片，作为IOU板卡，从而达到降低核电站安全级仪控***成本的目的。
在具体实施过程中，核电站安全级仪控***将传感器发送的输入数据发送给IOU板卡的core PLD芯片，IOU板卡的core PLD芯片将接收到的输入数据转发给CMU板卡的corePLD芯片，CMU板卡的core PLD芯片再将接收到的输入数据转发给MPU板卡的core PLD芯片，MPU板卡的core PLD芯片再将该输入数据转发至MPU板卡的ASPLD芯片中，此时MPU板卡的ASPLD芯片采用时分复用的传输方式成功接收到了传感器发送的输入数据，然后通过背板通信控制模块将该输入数据存储至ASPLD芯片的缓存中。
MPU板卡的ASPLD芯片先将输入数据处理好后发送至MPU板卡的core PLD芯片，再由MPU板卡的core PLD芯片将处理后的输入数据通过CMU板卡的core PLD芯片转发给IOU板卡的core PLD芯片，然后将该处理后的输入数据输出至相应的输出通道中。
本实施例中，部分常用的数据类型采用统一的数据长度或者指定长度的倍数，在板卡间传输与机箱间传输发送的数据包长度均固定，常用的数据类型的数据格式是统一的数据长度，每一个ASPLD芯片在收发数据时，不再需要人工根据不同的数据类型计算相应的数据长度，避免了人工计算导致失误的可能性。
本实施例中，在MPU板卡的ASPLD芯片在具体处理输入数据的过程中，先通过逻辑模块中的初始化单元对输入数据进行初始化，并确定MPU板卡的ASPLD芯片的位置；再通过比较模块将拆包后的输入数据与配置参数进行比较，具体地，通过比较模块判断拆包后的输入数据的数据类型是否与配置参数的数据类型相符，若二者不相符，则再次返回初始化处理，若二者相符，则通过背板通信控制模块或者IO通信模块接收输入数据，接收到输入数据后，根据输入数据的数据类型转换成特定的数据格式，然后逻辑模块依照反应堆原理对停堆逻辑、专用逻辑或报警信号处理。背板通信控制模块将处理好的数据转换成背板通信或IO通信规定的数据格式，最后将数据打包发送至其他基础模块进行处理或直接输出至核电站安全级仪控***外部。
本实施例中基于FPGA技术的核电站安全级仪控***在时间、人力、费用上都有了大大的改善，使其不仅保持了原先的高可靠性、安全性、便于验证的特点，还使得在整体资源占用较低的情况下使用户需求得以精准实现，提高了需求实现的精准性，有效避免了因人工计算而导致的错误，减少了核电站安全级仪控***资源占用率，提高了核电站安全级仪控***的整体性能，增加了核电站安全级仪控***的联动能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电站安全级仪控***，所述核电站安全级仪控***包括机箱，所述机箱包括第一板卡，其特征在于，所述第一板卡包括ASPLD芯片，所述ASPLD芯片包括背板通信控制模块、比较模块和计算模块；
所述背板通信控制模块，用于对输入数据进行拆包，并将拆包后的所述输入数据存储至所述ASPLD芯片的缓存中，将所述拆包后的输入数据按照背板通信数据格式进行打包，并逐帧发送至所述核电站安全级仪控***外部；
所述比较模块，用于将所述拆包后的输入数据与配置参数进行比较，得到比较结果；
所述计算模块，用于调用所述计算模块上的运算接口对所述比较结果进行运算，并输出运算结果。
2.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述ASPLD芯片还包括延时模块；
所述延时模块，用于控制延时开或者延时关的操作。
3.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述ASPLD芯片还包括诊断信息模块和逻辑模块；
所述诊断信息模块，用于接收请求数据，发送响应数据；
所述逻辑模块，用于处理停堆数据。
4.如权利要求3所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述逻辑模块包括初始化单元、时钟产生单元、错误报警单元、配置参数读取单元、IO输入与输出单元以及背板通信输入与输出单元；
所述初始化单元，用于对所述输入数据进行初始化；
所述时钟产生单元，用于产生定时时钟；
所述错误报警单元，用于汇总并存储错误信息；
所述配置参数读取单元，用于将地址空间内的配置参数读取到板卡间；
所述IO输入与输出单元，用于实现机箱之间的数据采集与发送；
所述背板通信输入与输出单元，用于实现每个板卡之间的数据传输。
5.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述运算接口包括加、减、乘、除、扩展指数运算、对数运算、增量运算、线性运算、最值运算、与、或、非、同或和异或等接口中的至少一种。
6.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，背板通信数据格式包括数据类型、数据帧头、数据长度、数据来源信息、序列ID、数据注入区间和循环冗余校验码中的至少一种。
7.如权利要求6所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述数据类型包括模拟量、数字量和脉冲量中的至少一种。
8.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述机箱还包括第二板卡和第三板卡；
所述第一板卡与所述第二板卡通信连接，所述第二板卡与所述第三板卡通信连接；
所述第一板卡，用于处理所述输入数据；
所述第二板卡，用于接收所述输入数据并向所述第一板卡转发所述输入数据；
所述第三板卡，用于接收并向所述第二板卡转发所述输入数据。
9.如权利要求1所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述第一板卡还包括FPGA芯片。
10.如权利要求8所述的核电站安全级仪控***，其特征在于，所述第二板卡包括FPGA芯片和所述ASPLD芯片，所述第三板卡包括所述FPGA芯片。
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