CN108683513A - 核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统和板卡 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仪控系统的技术领域，为了解决现有技术中存在的非安全级系统对安全级系统造成的潜在隐患的技术问题；本发明提供一种适用于核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统和板卡；所述系统包括：通信板卡和光电转换板卡，通信板卡与光电转换板卡之间能够传输电信号；与光电转换板卡连接的网关通信接口板卡；其中，光电转换板卡包括第一物理层收发器和第二物理层收发器，第一物理层收发器与通信板卡连接，第二物理层收发器与网关通信接口板卡连接；并且第一物理层收发器能够将接收到的电信号通过光信号传输至第二物理层收发器，而第二物理层收发器不能将接收到的电信号传输至第一物理层收发器。
Description
技术领域
本发明涉及仪控系统的技术领域，尤其涉及适用于核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统和板卡，更具体地，涉及一种适用于核电站安全级系统与非安全级系统之间，基于以太网物理单向通讯的系统和板卡。
背景技术
随着计算机和数字化技术在核电站控制系统领域的应用，数字化安全级系统不仅是安全级系统内部采用网络通信技术，而且还延伸至安全级系统与非安全级系统之间的数据传输；但是对于安全级控制系统而言，网络的安全性、可靠性对于系统能否顺利执行功能有着至关重要意义；网络功能的无法实现将严重影响整个系统功能的执行，尤其是非安全级别系统如果将影响系统安全性的信号传输至安全级系统的时，势必对反应堆的安全以及整个核电站的安全都将带来致命的影响。因此安全级系统与非安全级系统的通讯过程，需要保证独立性，并尽可能避免从较低安全级系统到较高安全级系统的数据流；即如果在安全级和非安全级控制系统之间有信号通信，那么只允许从安全级流向非安全级，进行单向通讯。
但是发明人在实现本发明的过程中发现：现有技术提供的核电站数字化系统中，安全级系统与非安全级系统的通信大多是在逻辑上保证的单向通信,而非从物理上保证单向通信；但是上述单向传输的逻辑还是可能出现错误，所以未彻底解决非安系统对安全级系统的通信影响。
发明内容
为了解决现有技术中存在的非安全级系统对安全级系统造成的潜在隐患的技术问题；本发明提供一种适用于核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统和板卡，能够从硬件层面实现了安全级系统与非安全级系统物理单向通讯，使得核电站数字化安全级系统更加安全可靠。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：
本发明一方面提供一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统，其特征在于，包括：
安全级系统，设置有通信板卡和光电转换板卡，所述通信板卡与所述光电转换板卡之间能够传输电信号；
非安全级系统，设置有与所述光电转换板卡连接的网关通信接口板卡；
其中，所述光电转换板卡包括第一物理层收发器和第二物理层收发器，所述第一物理层收发器与所述通信板卡连接，所述第二物理层收发器与所述网关通信接口板卡连接；并且所述第一物理层收发器能够将接收到的电信号通过光信号传输至所述第二物理层收发器，而所述第二物理层收发器不能将接收到的电信号传输至所述第一物理层收发器。
本发明实施例优选地，所述第一物理层收发器和所述第二物理层收发器分别设置有数据发送端口和数据接收端口，所述第一物理层收发器的数据发送端口与所述第二物理层收发器的数据接收端口连接，所述第一物理层收发器的数据接收端口断开与所述第二物理层收发器数据发送端口的连接。
本发明实施例优选地，所述光电转换板卡和所述网关通信接口板卡之间通过以太网协议进行数据传输。
本发明实施例优选地，所述系统还包括：设置在所述非安全级系统中的网卡，所述网卡与所述网关通信接口板卡连接。
本发明实施例优选地，所述第一物理层收发器和第二物理层收发器为相同类型的芯片。
本发明另一方面还提供一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯板卡，其特征在于，包括：
用于与核电站安全级系统内通信板卡连接的第一物理层收发器；
用于与非安全级系统内网关通信接口板卡连接的第二物理层收发器；
其中，所述第一物理层收发器能够将接收到的电信号通过光信号传输至所述第二物理层收发器，而所述第二物理层收发器不能将接收到的电信号传输至所述第一物理层收发器。
本发明实施例优选地，所述第一物理层收发器和所述第二物理层收发器分别设置有数据发送端口和数据接收端口，所述第一物理层收发器的数据发送端口与所述第二物理层收发器的数据接收端口连接，所述第一物理层收发器的数据接收端口断开与所述第二物理层收发器数据发送端口的连接。
本发明实施例优选地，所述第二物理层收发器和所述网关通信接口板卡之间通过以太网协议进行数据传输。
本发明实施例优选地，所述第一物理层收发器和第二物理层收发器为相同类型的芯片。
本发明实施例优选地，所述单向通讯板卡设置在所述安全级系统内。
采用本申请提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：
1、将光电转换板卡内，两个物理层收发器(PHY芯片)在物理上实现单向通讯，这样就可以从物理上实现安全级系统与非安全级系统物理单向通讯。
2、只需在两个物理层收发器(PHY芯片)之间，将非安全级系统输入至安全级系统的输入端口、输出端口之间不进行连接(即断开)就可以实现物理上单向通讯，无需复杂的硬件设备和复杂的逻辑控制；因此，采用本申请的技术方案不会影响项目开发周期。
3、光电转换板卡的两个物理层收发器(PHY芯片)采用两个相同的芯片，可以避免多种物料，节省物料管理成本。
发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯板卡的示意图。
图2为本发明实施例提供的一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组控制器可执行指令的控制系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述：
实施例
如图1所示，本实施例提供一种适用于核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯板卡，下文也称光电转换板卡100，光电转换板卡100包括：
用于与核电站安全级系统内通信板卡连接的第一物理层收发器(也称PHY芯片，PHY的全称为Physical Layer Protocol，是10/100M以太网物理层收发器的简称)110；PHY芯片的物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
用于与非安全级系统内网关通信接口板卡连接的第二物理层收发器120；优选地，第二物理层收发器120与第一物理层收发器110相同，当然本领域技术人员也可以根据需求，选择不同规格的芯片，但是第一物理层收发器110和第二物理层收发器120需要满足以下关系：
第一物理层收发器110能够将接收到的电信号通过光信号传输至第二物理层收发器120，而第二物理层收发器120不能将接收到的电信号传输至第一物理层收发器110。
本实施例优选地，第一物理层收发器110和第二物理层收发器120分别设置有数据发送端口114、122和数据接收端口112、124，第一物理层收发器110的数据发送端口114与第二物理层收发器120的数据接收端口124连接，第一物理层收发器110的数据接收端口112断开与第二物理层收发器120数据发送端口122的连接。
需要说明的是，上述提及的“第一”和“第二”只是为了本领域技术人员更加容易理解本实施例的具体实施方式，并非对本实施例技术方案的限定，本领域技术人员应该能够理解，上述“第一”和“第二”还可以进行对调，或者用其他序号来进行限定。另外，光电转换板卡100还可以设置更多物理层收发器，例如在图1中第一物理层收发器100的左侧也设置物理层收发器，或者在第二物理层收发器120的右侧也设置物理层收发器，其中增加的这些物理层收发器与上述第一物理层收发器110或者第二物理层收发器120的连接方式可以是双向的或者参照图1设置成单向的；这些可以根据开发人员的需求，自行增加；但是这些改进的技术方案都属于本申请实施例对应技术方案的保护范围。
本实施例优选地，单向通讯板卡100设置在安全级系统内；当然本领域技术人员还可以根据自己需求，将单向通讯板卡100设置成独立与安全级系统和非安全级系统之间，并且设置成独立的模块。
如图2所示，本实施例还提供一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统，该系统包括：
安全级系统(左侧虚线框)，设置有通信板卡200和光电转换板卡100，通信板卡200与光电转换板卡100之间能够传输电信号；
非安全级系统(右侧虚线框)，设置有与光电转换板卡100连接的网关通信接口板卡300；
其中，光电转换板卡100包括与核电站安全级系统内通信板卡200连接的第一物理层收发器(也称PHY芯片，PHY的全称为Physical Layer Protocol，是10/100M以太网物理层收发器的简称)110；PHY芯片的物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
与非安全级系统内网关通信接口板卡连接的第二物理层收发器120；优选地，第二物理层收发器120与第一物理层收发器110相同，当然本领域技术人员也可以根据需求，选择不同规格的芯片，但是第一物理层收发器110和第二物理层收发器120需要满足以下关系：
第一物理层收发器110能够将接收到的电信号通过光信号传输至第二物理层收发器120，而第二物理层收发器120不能将接收到的电信号传输至第一物理层收发器110。
本实施例优选地，第一物理层收发器110和第二物理层收发器120分别设置有数据发送端口114、122和数据接收端口112、124，第一物理层收发器110的数据发送端口114与第二物理层收发器120的数据接收端口124连接，第一物理层收发器110的数据接收端口112断开与第二物理层收发器120数据发送端口122的连接。
本实施例优选地，光电转换板卡和网关通信接口板卡之间通过以太网协议进行数据传输。
本实施例优选地，上述系统还包括：设置在非安全级系统中的网卡，网卡与网关通信接口板卡连接。
更具体地，本实施例提供的技术方案是为防止故障从非安全系统扩展到安全级系统，并基于逻辑上保证单向通信，本实施例提出一种物理上单向的传输方式，从而使物理上和逻辑上完全单向通信，以解决安全级系统与非安全级系统单向数据传输的问题。
如图1、图2所示，本实施例提供的光电转换板卡是基于光的单向传播特性，利用光纤进行信号传递能够从物理上保证该过程是单向的、无反馈的；从而利用光介质及其传输设备功能的单向性特点，采用安全级光电转换板卡，以光纤作为传输介质，在实现完全单向的物理传输通道的基础上，通过建立软件传输通道，实现数据的单向无反馈传输，并通过制定相应安全传输机制，以解决在单向传输环境下，所传送数据的完整性、可靠性。
光电转换板卡要能正常使用，RX端口(发送端口)必须有光信号，板卡才能激活并正常使用。当光电转换板卡由于RX端口无光信号接收时，安全级通信系统会提示设备无连接，不能正常使用，将导致TX端口(接收端口)也无光信号发送，网关通信接口板卡RX端口无光信号接收，也无法激活。因此本实施例提出的单向通讯光电转换板卡，从光电转换板卡内部将非安全级系统到安全级系统方向的RX端口对应链路断开，在系统正常工作时，将安全级系统网络通信电信号转换为光信号发送到非安全级系统，但并不能接收非安全级系统的光信号。
在系统正常工作时，安全级系统的通信板卡将通信数据以电信号的方式发送到光电转换板卡的PHY芯片，光电转换板卡将电信号转换为光信号，并通过PHY芯片将光信号传送至非安全级系统的网关通信接口板卡，网关通信接口板卡将通信数据传递至网关；若非安全级系统的网关异常，向安全级系统传输数据时，网关将数据通过网关通信接口板卡传至安全级系统的光电转换板卡，由于光电转换板卡内部PHY芯片之间已经断开，安全级系统无法接收到非安全级系统传递的数据，即从物理上切到了链路，实现了安全级系统与非安全级系统物理单向通讯。
以上述系统应用于核电站为例进行说明：该核电站的安全级系统通过通信方式向非安全级系统发送报警信号，只允许数据的单向通信，即从安全级流向非安全级。在系统正常工作时，安全级系统的通信板卡将通信数据以电信号的方式发送到光电转换板卡的PHY芯片，光电转换板卡将电信号转换为光信号，并通过PHY芯片将光信号传送至非安全级系统的网关通信接口板卡，网关通信接口板卡将通信数据传递至网关；若非安全级系统的网关异常，向安全级系统传输数据时，网关将数据通过网关通信接口板卡传至安全级系统的光电转换板卡，由于光电转换板卡内部PHY芯片之间已经断开，安全级系统无法接收到非安全级系统传递的数据，即从物理上切到了链路，实现了安全级系统与非安全级系统物理单向通讯。
采用本申请提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：
1、将光电转换板卡内，两个物理层收发器(PHY芯片)在物理上实现单向通讯，这样就可以从物理上实现安全级系统与非安全级系统物理单向通讯。
2、只需在两个物理层收发器(PHY芯片)之间，将非安全级系统输入至安全级系统的输入端口、输出端口之间不进行连接(即断开)就可以实现物理上单向通讯，无需复杂的硬件设备和复杂的逻辑控制；因此，采用本申请的技术方案不会影响项目开发周期。
3、光电转换板卡的两个物理层收发器(PHY芯片)采用两个相同的芯片，可以避免多种物料，节省物料管理成本。
最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯系统，其特征在于，包括：
安全级系统，设置有通信板卡和光电转换板卡，所述通信板卡与所述光电转换板卡之间能够传输电信号；
非安全级系统，设置有与所述光电转换板卡连接的网关通信接口板卡；
其中，所述光电转换板卡包括第一物理层收发器和第二物理层收发器，所述第一物理层收发器与所述通信板卡连接，所述第二物理层收发器与所述网关通信接口板卡连接；并且所述第一物理层收发器能够将接收到的电信号通过光信号传输至所述第二物理层收发器，而所述第二物理层收发器不能将接收到的电信号传输至所述第一物理层收发器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一物理层收发器和所述第二物理层收发器分别设置有数据发送端口和数据接收端口，所述第一物理层收发器的数据发送端口与所述第二物理层收发器的数据接收端口连接，所述第一物理层收发器的数据接收端口断开与所述第二物理层收发器数据发送端口的连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电转换板卡和所述网关通信接口板卡之间通过以太网协议进行数据传输。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：设置在所述非安全级系统中的网卡，所述网卡与所述网关通信接口板卡连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一物理层收发器和第二物理层收发器为相同类型的芯片。
6.一种核电站安全级系统与非安全级系统的单向通讯板卡，其特征在于，包括：
用于与核电站安全级系统内通信板卡连接的第一物理层收发器；
用于与非安全级系统内网关通信接口板卡连接的第二物理层收发器；
其中，所述第一物理层收发器能够将接收到的电信号通过光信号传输至所述第二物理层收发器，而所述第二物理层收发器不能将接收到的电信号传输至所述第一物理层收发器。
7.根据权利要求6所述的板卡，其特征在于，所述第一物理层收发器和所述第二物理层收发器分别设置有数据发送端口和数据接收端口，所述第一物理层收发器的数据发送端口与所述第二物理层收发器的数据接收端口连接，所述第一物理层收发器的数据接收端口断开与所述第二物理层收发器数据发送端口的连接。
8.根据权利要求6所述的板卡，其特征在于，所述第二物理层收发器和所述网关通信接口板卡之间通过以太网协议进行数据传输。
9.根据权利要求6所述的板卡，其特征在于，所述第一物理层收发器和第二物理层收发器为相同类型的芯片。
10.根据权利要求6所述的板卡，其特征在于，所述单向通讯板卡设置在所述安全级系统内。
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