CN112201378A

CN112201378A - 基于核电厂dcs平台的热备切换方法、系统、终端及介质

Info

Publication number: CN112201378A
Application number: CN202011130715.0A
Authority: CN
Inventors: 张文帅; 刘明星; 余波; 魏荣超; 水璇璇; 徐孝芬; 谌志强; 陈起; 赵洋; 汪亨
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-01-08

Abstract

本发明公开了基于核电厂DCS平台的热备切换方法，涉及安全级数字化控制领域，其技术方案要点是：包括两个主控模块，两个主控模块之间通过硬接线连接，并根据FPGA实时高效并行操作实现主用与备用主控模块之间交互状态；主用主控模块通过数据链路发送同步数据至备用主控模块；备用主控模块根据同步数据覆盖自身相应数据区，并跟随主用主控模块运行；将主用与备用主控模块的运行状态进行对比，并以择优状态判断是否需要主备切换；若需要，则主用主控模块将系统控制权及时转移给功能完备的备用主控模块完成主备切换。本发明利用FPGA高效快速并行的优点，并基于系统主备标识唯一实现方法和真值表逻辑判别主备方法，保证了系统中主设备不存在失效情况。

Description

基于核电厂DCS平台的热备切换方法、系统、终端及介质

技术领域

本发明涉及安全级数字化控制领域，更具体地说，它涉及基于核电厂DCS平台的热备切换方法、系统、终端及介质。

背景技术

在核电厂安全级DCS平台中，一般采用采集模块、主控模块、输出模块的架构，主控模块是系统的核心，运行工程师站下装的组态程序、进行逻辑运算和数据处理，协调各模块完成系统控制功能，同时检测各个模块状态、处理故障和表决等功能，输入输出各模块之间都要通过主控模块才能进行数据信息交互，所以主控模块属于安全级DCS平台中的关键模块。

然而，一般的主从架构的设计方案，存在主设备失效的情况，主控模块中主设备的失效将导致与该主控模块连接的所有采集和输出模块工作失去控制，因为采集与输出模块应用的数据只能是主设备的发来的数据，这样就会导致整个系统失效。因此，如何研究设计一种基于核电厂DCS平台的热备切换方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有安全级DCS平台中主控模块出现随机故障时导致系统失效的问题，本发明的目的是提供基于核电厂DCS平台的热备切换方法、系统、终端及介质，本发明利用FPGA高效快速并行的优点，在主控模块上采用了主从热备切换技术，可以实时的对主备两个主控模块的状态进行诊断并交互，从而保证主控模块主设备总是有效的，使安全级DCS平台能有效降低主控模块失效对系统造成的影响，本发明具有结构清晰、设计灵活、实现高效等特点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了基于核电厂DCS平台的热备切换方法，包括两个主控模块，具体步骤为：

两个主控模块之间通过硬接线连接，并根据FPGA实时高效并行操作实现主用与备用主控模块之间交互状态；

主用主控模块通过数据链路发送同步数据至备用主控模块；备用主控模块根据同步数据覆盖自身相应数据区，并跟随主用主控模块运行；

将主用与备用主控模块的运行状态进行对比，并以择优状态判断是否需要主备切换；若需要，则主用主控模块将系统控制权及时转移给功能完备的备用主控模块完成主备切换。

进一步的，所述主备切换判断具体为：

在主用与备用主控模块各嵌入一张主备切换条件对比的真值表；

真值表中内容维护系统的诊断节点状态，每种诊断节点状态通过优先级按照FPGA可识别的二进制数进行排序；

通过查真值表对比两个主控模块的当前状态，若备用主控模块状态优于主用主控模块状态，则立刻进行主备切换；若备用主控模块状态不优于主用主控模块状态，则不切换。

进一步的，所述运行状态包括：主控模块的诊断信息、子系统链路状态信息、外部手动触发信号。

进一步的，两个所述主控模块在上电初始化阶段，默认其中一个主控模块为主用，另一个主控模块为备用。

进一步的，两个所述主控模块与非切换子系统之外的公用模块之间通过双发选收方式通信连接；公用模块选择接收带有主标识的信息进行使用。

进一步的，所述公用模块包括COM通信模块、I/O模块。

第二方面，提供了基于核电厂DCS平台的热备切换系统，包括两个切换子系统以及至少一个公用模块，每个切换子系统均设有主控模块和EXT扩展接口；

第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。

第四方面，提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，计算机程序运行时执行如第一方面中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。

第五方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用FPGA高效快速并行的优点，并基于系统主备标识唯一实现方法和真值表逻辑判别主备方法，保证了系统中主设备不存在失效情况，若主备架构系统中一个主控模块出现随机错误，也会及时完成主备切换，解决了主控模块出现随机故障时导致系统失效的问题，同时保证采集、输出等模块一直可以接收到主设备的信息，有效降低主控模块失效对系统造成的影响；本发明高效简洁，维护方便，不易出错，后续持续优化方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：基于核电厂DCS平台的热备切换方法

(一)系统主备标识唯一实现方法

系统主备标识唯一是保证一个系统有稳定输出且不失效的关键，对于输入输出I/O模块或者COM通信模块而言，接收主控模块MPU的带有主备标识的信息并且选择使用主标识的数据信息来完成模块的专有功能，如图1所示，具体方法为：

S101：两个所述主控模块在上电初始化阶段，默认其中一个主控模块为主用，另一个主控模块为备用，先保证整个系统不会出现没有主备的空闲状态。

S102：两个主控模块之间通过硬接线连接，并根据FPGA实时高效并行操作实现主用与备用主控模块之间交互状态，摆脱通过主控数据交互周期的限制。

S102：主用主控模块通过数据链路发送同步数据至备用主控模块；备用主控模块根据同步数据覆盖自身相应数据区，并跟随主用主控模块运行。两个所述主控模块与非切换子系统之外的公用模块之间通过双发选收方式通信连接，公用模块选择接收带有主标识的信息进行使用。在主控模块发送数据给其他功能模块时，两个主控模块发送出来的数据携带的主备标识在整个系统永远都是唯一的，也不会有缺少主标识数据的情况出现，保证了整个系统总是有带有主标识的数据有效，使系统不会失效。

S103：将主用与备用主控模块的运行状态进行对比，并以择优状态判断是否需要主备切换。若需要，则主用主控模块将系统控制权及时转移给功能完备的备用主控模块完成主备切换。当一个主控模块出现掉电、不在位等严重情况，保证另外一个主控模块无扰升主，保证系统里面带主标识的信息一直存在，体现了FPGA高效并行的特点。

通过及时将主用主控模块状态和对端的备用主控模块的整体对比状态来判断是否需要主备切换，从而保证主机的信息是有效的，且公共模块收到的信息最有效可靠，避免因主机故障对公共模块造成严重判断错误并失效的情况发生。

运行状态包括主控模块的诊断信息、子系统链路状态信息、外部手动触发信号等。当某一主控模块出现故障的时候，诊断状态默认最差，同时实时响应热备切换子系统的链路状态。

(二)真值表逻辑判别主备方法

如表1所示，通过在FPGA内部维护一个热备切换判断条件的真值表，主备两个主控模块的真值表是一样的，两个主控模块通过主备逻辑判别码值查询真值表，通过真值表内容对比完成主备判别，并且实现两张主控模块的主备切换，保证随机错误不会导致系统失效，而且实现简单高效，结构清晰，此方法实现具体步骤如下：

S201：在主用与备用主控模块各嵌入一张主备切换条件对比的真值表；

S202：真值表中内容维护系统的诊断节点状态，诊断节点状态可理解为包含各种诊断状态和链路状态逻辑对比判断，每种诊断节点状态通过优先级按照FPGA可识别的二进制数进行排序。

S203：通过查真值表对比两个主控模块的当前状态，若备用主控模块状态优于主用主控模块状态，则立刻进行主备切换，同时将最新的主备标识直接在当前周期下发的数据中体现。每一个二进制码代表一种诊断状态，主备两个主控模块各自的状态通过查表对比即可知道是否需要主备切换，若主备诊断或链路状态一样，即都存在问题时，不改变主备关系。

表1真值表

实施例2：基于核电厂DCS平台的热备切换系统，包括两个切换子系统以及至少一个公用模块，每个切换子系统均设有主控模块和EXT扩展接口。

两个主控模块之间通过硬接线连接，并根据FPGA实时高效并行操作实现主用与备用主控模块之间交互状态。

主用主控模块通过数据链路发送同步数据至备用主控模块；备用主控模块根据同步数据覆盖自身相应数据区，并跟随主用主控模块运行。

工作原理：本发明利用FPGA高效快速并行的优点，并基于系统主备标识唯一实现方法和真值表逻辑判别主备方法，在主控模块上采用了主从热备切换技术，可以实时的对主备两个主控模块的状态进行诊断并交互，保证了系统中主设备不存在失效情况，若主备架构系统中一个主控模块出现随机错误，也会及时完成主备切换，解决了主控模块出现随机故障时导致系统失效的问题，同时保证采集、输出等模块一直可以接收到主设备的信息，有效降低主控模块失效对系统造成的影响。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，包括两个主控模块，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，所述主备切换判断具体为：

3.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，所述运行状态包括：主控模块的诊断信息、子系统链路状态信息、外部手动触发信号。

4.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，两个所述主控模块在上电初始化阶段，默认其中一个主控模块为主用，另一个主控模块为备用。

5.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，两个所述主控模块与非切换子系统之外的公用模块之间通过双发选收方式通信连接；公用模块选择接收带有主标识的信息进行使用。

6.根据权利要求5所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法，其特征是，所述公用模块包括COM通信模块、I/O模块。

7.基于核电厂DCS平台的热备切换系统，其特征是，包括两个切换子系统以及至少一个公用模块，每个切换子系统均设有主控模块和EXT扩展接口；

8.一种计算机终端，其特征是，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。

9.一种处理器，其特征是，处理器用于运行计算机程序，计算机程序运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。

10.一种计算机可读介质，其特征是，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-6中任意一项所述的基于核电厂DCS平台的热备切换方法。