CN106776434A - 一种安全级dcs产品点对点通信电路 - Google Patents

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李钊鹏
马刚
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Abstract

本发明为核电站提供一种既稳定可靠又安全智能的安全级通信电路，本电路采用双FPGA架构，每组数据接收和发送数据都需要经过2片FPGA的共同计算和确认无误之后，才会进行通信，可以保证通信的正确性；双FPGA内部均为固化电路，处理速度快，可以保证数据处理的实时性；本发明能够实现1个控制站与6个控制站之间同时通信的要求，最大化实现点对点通信的点位个数；本电路包含6个光纤通道，每个通道都具有单独接收和单独发送的能力，接收和发送彼此独立，互不干扰，可以实现全双工通信，通道采取光纤介质传输，保证了通信的高速性，稳定性和抗现场干扰能力。

Description

一种安全级DCS产品点对点通信电路
技术领域
本发明属于工业级数字化仪控系统通信领域，具体涉及一种安全级DCS产品点对点通信电路。
背景技术
随着数字化核安全级仪控系统在核电站安全级系统中的应用和普及，系统中的通信功能发挥着越来越重要的作用。系统中多个控制站之间点对点通信既要彼此独立，又要具备安全、高速、同步通信的特点，为满足以上要求需提出一种高速的点对点通信电路。
发明内容
本发明的目的在于为核电站安全级DCS产品提供一种既稳定可靠又安全智能的安全级通信电路。
本发明的技术方案如下：
一种安全级DCS产品点对点通信电路，所述的点对点通信电路采用双FPGA架构，即采用2片FPGA，分别为处理FPGA和诊断FPGA，二者通过并口直接连接，通过手动复位电路复位，并分别与电源电路、管理总线电路、控制总线电路、槽位/控制站/机箱地址电路以及6路光纤通道电路相连；
所述的处理FPGA和诊断FPGA分别与各自的时钟电路、存储器电路以及下载电路相连，两套时钟电路、存储器电路以及下载电路彼此独立，互不影响；所述的处理FPGA与指示灯连接。
本电路通过所述的管理总线与DCS系统机箱中的管理模块进行通信并接受其管理；通过控制总线接收DCS系统机箱中控制器的下行信息，2片FPGA对所述控制器的下行信息进行处理，再经过6路光纤通道发送到另外一个DCS控制站；或者经过6路光纤通道接收另外一个DCS控制站的信息，经过2片FPGA处理之后，通过控制总线上送到控制器，如此实现本DCS控制站与其他DCS控制站之间的点对点通信。
所述的诊断FPGA和处理FPGA各自供电进行交叉监测，确保当某一FPGA电源故障时，另一FPGA能够及时知晓，并按照故障预案进行及时处理。
所述的电源采用24V冗余供电，24V电源经过DC-DC转换后，为FPGA提供核心电平和IO电平，2片FPGA的DC-DC转换采用不同方案，以避免共因故障。
所述的时钟电路采用高精度的温补晶振作为FPGA的主时钟源，2片FPGA各自拥有一个时钟电路，两个时钟电路分别采用不同厂家不同工艺的晶振；所述的存储器用于保存通信处理过程中的数据和参数等信息；所述的下载电路用于向FPGA下载代码。
所述的管理总线采用RS485电路，最高通信速率可以达到40Mbps。
所述的控制总线采用M-LVDS电路实现高速通信，正常通信速率为100Mbps。
所述的槽位/控制站/机箱地址电路用于识别槽位、控制站和机箱的地址，用以区别本模块在DCS系统中的具体位置；所述的指示灯用于指示本模块的运行状态，分为电源指示灯、警告指示灯、运行指示灯、通信指示灯和6路光纤通道的收发指示灯。
所述的6路光纤通道模块包含6个光纤通道，每个通道的接收和发送彼此独立，互不干扰，可实现全双工通信，所述光纤通道采取光纤介质传输，工作中通信速率为100Mbps。
当所述电路陷入到故障时，2片FPGA可通过所述的手动复位模块进行手动复位。
本发明的显著效果在于：
本电路采用双FPGA架构，每组数据接收和发送数据都需要经过2片FPGA的共同计算和确认无误之后，才会进行通信，可以保证通信的正确性；双FPGA内部均为固化电路，处理速度快，可以保证数据处理的实时性；本发明能够实现1个控制站与6个控制站之间同时通信的要求，最大化实现点对点通信的点位个数；本电路包含6个光纤通道，每个通道都具有单独接收和单独发送的能力，接收和发送彼此独立，互不干扰，可以实现全双工通信，通道采取光纤介质传输，保证了通信的高速性，稳定性和抗现场干扰能力。
附图说明
图1为本发明所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路的通信实现框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路作进一步详细说明。
如图1所示，所述的点对点通信电路采用双FPGA架构，即采用2片FPGA，分别为处理FPGA和诊断FPGA，二者通过并口直接连接，通过手动复位电路复位，并分别与电源电路、管理总线电路、控制总线电路、槽位/控制站/机箱地址电路以及6路光纤通道电路相连；
所述的处理FPGA和诊断FPGA分别与各自的时钟电路、存储器电路以及下载电路相连，两套时钟电路、存储器电路以及下载电路彼此独立，互不影响；所述的处理FPGA与指示灯连接。
本电路通过所述的管理总线与DCS系统机箱中的管理模块进行通信并接受其管理；通过控制总线接收DCS系统机箱中控制器的下行信息，2片FPGA对所述控制器的下行信息进行处理，再经过6路光纤通道发送到另外一个DCS控制站；或者经过6路光纤通道接收另外一个DCS控制站的信息，经过2片FPGA处理之后，通过控制总线上送到控制器，如此实现本DCS控制站与其他DCS控制站之间的点对点通信。
所述的诊断FPGA和处理FPGA各自供电进行交叉监测，确保当某一FPGA电源故障时，另一FPGA能够及时知晓，并按照故障预案进行及时处理。
所述的电源采用24V冗余供电，24V电源经过DC-DC转换后，为FPGA提供核心电平和IO电平，2片FPGA的DC-DC转换采用不同方案，以避免共因故障。
所述的时钟电路采用高精度的温补晶振作为FPGA的主时钟源，2片FPGA各自拥有一个时钟电路，两个时钟电路分别采用不同厂家不同工艺的晶振；所述的存储器用于保存通信处理过程中的数据和参数等信息；所述的下载电路用于向FPGA下载代码。
所述的管理总线采用RS485电路，最高通信速率可以达到40Mbps。
所述的控制总线采用M-LVDS电路实现高速通信，正常通信速率为100Mbps。
所述的槽位/控制站/机箱地址电路用于识别槽位、控制站和机箱的地址，用以区别本模块在DCS系统中的具体位置；所述的指示灯用于指示本模块的运行状态，分为电源指示灯、警告指示灯、运行指示灯、通信指示灯和6路光纤通道的收发指示灯。
当所述电路陷入到故障时，2片FPGA可通过所述的手动复位模块进行手动复位。
所述的6路光纤通道模块包含6个光纤通道，每个通道的接收和发送彼此独立，互不干扰，可实现全双工通信，所述光纤通道采取光纤介质传输，工作中通信速率为100Mbps。

Claims (10)

1.一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的点对点通信电路采用双FPGA架构，即采用2片FPGA，分别为处理FPGA和诊断FPGA，二者通过并口直接连接，通过手动复位电路复位，并分别与电源电路、管理总线电路、控制总线电路、槽位/控制站/机箱地址电路以及6路光纤通道电路相连；
所述的处理FPGA和诊断FPGA分别与各自的时钟电路、存储器电路以及下载电路相连，两套时钟电路、存储器电路以及下载电路彼此独立，互不影响；所述的处理FPGA与指示灯连接。
2.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：本电路通过所述的管理总线与DCS系统机箱中的管理模块进行通信并接受其管理；通过控制总线接收DCS系统机箱中控制器的下行信息，2片FPGA对所述控制器的下行信息进行处理，再经过6路光纤通道发送到另外一个DCS控制站；或者经过6路光纤通道接收另外一个DCS控制站的信息，经过2片FPGA处理之后，通过控制总线上送到控制器，如此实现本DCS控制站与其他DCS控制站之间的点对点通信。
3.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的诊断FPGA和处理FPGA各自供电进行交叉监测，确保当某一FPGA电源故障时，另一FPGA能够及时知晓，并按照故障预案进行及时处理。
4.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的电源采用24V冗余供电，24V电源经过DC-DC转换后，为FPGA提供核心电平和IO电平，2片FPGA的DC-DC转换采用不同方案，以避免共因故障。
5.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的时钟电路采用高精度的温补晶振作为FPGA的主时钟源，2片FPGA各自拥有一个时钟电路，两个时钟电路分别采用不同厂家不同工艺的晶振；所述的存储器用于保存通信处理过程中的数据和参数等信息；所述的下载电路用于向FPGA下载代码。
6.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的管理总线采用RS485电路，最高通信速率可以达到40Mbps。
7.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的控制总线采用M-LVDS电路实现高速通信，正常通信速率为100Mbps。
8.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的槽位/控制站/机箱地址电路用于识别槽位、控制站和机箱的地址，用以区别本模块在DCS系统中的具体位置；所述的指示灯用于指示本模块的运行状态，分为电源指示灯、警告指示灯、运行指示灯、通信指示灯和6路光纤通道的收发指示灯。
9.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：当所述电路陷入到故障时，2片FPGA可通过所述的手动复位模块进行手动复位。
10.如权利要求1所述的一种安全级DCS产品点对点通信电路，其特征在于：所述的6路光纤通道模块包含6个光纤通道，每个通道的接收和发送彼此独立，互不干扰，可实现全双工通信，所述光纤通道采取光纤介质传输，工作中通信速率为100Mbps。
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