CN114696803B - 一种基于fpga的脉冲量调理机制设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法。该方法使用的脉冲量调理模块；上位PC机、485通信总线装置、EEPROM数据存储装置、DA输出装置、输出回采装置、看门狗监视装置、输入诊断装置、显示装置、脉冲输入通道保护电路、FPGA控制芯片、脉冲隔离模块、信号隔离电路、输出保护电路。通过采用上述技术方案，FPGA可以纯硬件方式并行、高速独立执行所要求的功能，非常适合核电站安全级对响应时间，实时传输的需求。未来采用FPGA技术是取代纯模拟电路，和微处理实现脉冲量调理模块的必然趋势，也是核电领域即将采用基于FPGA的脉冲量调理模块的趋势。
Description
技术领域
本发明属于控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法。
背景技术
脉冲量调理模块是涉及控制领域的设备同时在调理现场变送器方面也扮演重要的角色。在冶金，钢铁，核电等工业部门都是不可缺少的部分。随着计算机科学和自动化水平的不断提高，核电领域开始大量采用基于FPGA的脉冲量调理模块系统。
脉冲调理模块最初是使用元器件搭建的纯硬件电路，可以达到实时传输的功能，但是其不好维护，一旦增加或者减少功能必须重新绘制电路板，还面临元器件不断更新换代的风险。
目前使用微处理器实现的脉冲量调理模块，解决了重新绘制电路板的问题，缩短了开发时间，尽管微处理器扫描周期快，依然没有解决实时传输的问题。
因此，亟需研制一种基于FPGA的脉冲量调理模块，FPGA允许在很大程度上保证设计可重用性，大大降低了更新换代带来的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，该方案设计灵活、方便，解决了元器件更新换代问题，同时达到了实时传输的功效。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，包括以下步骤：
步骤一、确定该方法使用的脉冲量调理模块
上位PC机、485通信总线装置、EEPROM数据存储装置、DA输出装置、输出回采装置、看门狗监视装置、输入诊断装置、显示装置、脉冲输入通道保护电路、FPGA控制芯片、脉冲隔离模块、信号隔离电路、输出保护电路；
步骤二、脉冲输入信号进入脉冲输入通道保护电路，通过脉冲输入通道保护电路进行电路保护；
步骤三、脉冲输入通道保护电路输出的信号进入输入诊断装置，通过输入诊断装置；
步骤四、输入诊断装置输出的信号进入脉冲隔离模块，通过脉冲隔离模块进行脉冲隔离；
步骤五、脉冲隔离模块输出的信号传输至FPGA控制芯片进行处理；
步骤六、FPGA控制芯片将脉冲信号进行转换后，根据诊断对象分为以下两步：
诊断输出通道是否正常时，FPGA控制芯片将脉冲信号进行转换后通过信号隔离电路传输给DA输出装置；然后进行步骤七；
诊断输入通道是否正常时，FPGA控制芯片将脉冲信号进行转换后传输给输入诊断装置；然后进行步骤十；
步骤七、DA输出装置输出的信号通过输出保护电路后输出电流；
步骤八、输出回采装置用于诊断输出电流的正确性；
DA输出装置输出的信号进入输出回采装置，得到输出回采电流值；
步骤九、FPGA控制芯片通过比较DA输出装置的输出值和输出回采装置传输的输出回采电流值进行通道诊断；
步骤十、当输入通道没有问题时，输入诊断装置将信息传输给FPGA控制芯片，判断输入通道工作正常；
当输入通道出现问题时，输入诊断装置将错误信息传输给FPGA控制芯片，判断输入通道工作异常，并通过显示装置显示；
步骤十一、当电源波动，单粒子翻转出现系统性问题时，看门狗监视装置将电路复位并通过显示装置显示。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，在上位PC机上安装脉冲参数操作系统。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，上位PC机与FPGA控制芯片通过485通信总线装置配合工作。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，通过485通信总线装置执行如下操作：配置参数、写入参数校准命令、写入数据、读取参数。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，EEPROM数据存储装置用于存储校准数据和配置参数。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，FPGA控制芯片根据校准数据和脉冲输入信号计算出校准参数，将校准参数存入EEPROM数据存储装置中，实现校准功能。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤一中，看门狗监视装置用来处理由于随机辐照引起的单粒子翻转和电源波动，使系统稳定；
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤七中，DA输出装置输出的信号通过输出保护电路后输出4路大小为4～20mA的电流。
进一步的，如上所述的一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，步骤九中，DA输出装置的输出值和输出回采装置传输的输出回采电流值在设定的误差范围内时，判断输出通道工作正常；
DA输出装置的输出值和输出回采装置传输的输出回采电流值不在设定的误差范围内时，判断输出通道工作异常，通过显示装置进行显示。
本发明技术方案的有益效果在于：采用了基于FPGA技术的硬件架构来实现的脉冲量采集，具有以下特性：
确定性：FPGA芯片以纯硬件电路的方式实现反应堆保护系统的安全功能。
可靠性：基于FLASH的FPGA芯片和基于反熔丝技术的FPGA芯片可以有效抵御由于随机辐照引起的单粒子翻转，因而较CPU芯片具有更高的可靠性。
安保性：首先，烧入FPGA芯片的硬件逻辑在无工程设计工具时无法随意修改；其次，对硬件逻辑的修改需通过特殊的接口进行，在系统运行时，接口设置为断开；
性能:反应堆保护系统的响应时间不仅仅取决于逻辑处理时间，多通道并行处理并且不影响主频。FPGA芯片内部硬件逻辑采用的并行处理方式较CPU芯片内软件代码的串行处理方式具有更快的处理速度。
附图说明
图1为脉冲量调理模块整体结构示意图。
图中：上位PC机(1)、485通信总线装置(2)、EEPROM数据存储装置(3)、 DA输出装置(4)、输出回采装置(5)、看门狗监视装置(6)、输入诊断装置(7)、显示装置(8)、脉冲输入通道保护电路(9)、FPGA控制芯片(10)、脉冲隔离模块(11)、信号隔离电路(12)、输出保护电路(13)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法，包括以下步骤：
步骤一、确定该方法使用的脉冲量调理模块
上位PC机1、485通信总线装置2、EEPROM数据存储装置3、DA输出装置4、输出回采装置5、看门狗监视装置6、输入诊断装置7、显示装置8、脉冲输入通道保护电路9、FPGA控制芯片10、脉冲隔离模块11、信号隔离电路12、输出保护电路13；
在上位PC机1上安装脉冲参数操作系统；上位PC机1与FPGA控制芯片 10通过485通信总线装置2配合工作；
通过485通信总线装置2执行如下操作：配置参数、写入参数校准命令、写入数据、读取参数；
EEPROM数据存储装置3用于存储校准数据和配置参数；
FPGA控制芯片10根据校准数据和脉冲输入信号计算出校准参数，将校准参数存入EEPROM数据存储装置3中，实现校准功能；
看门狗监视装置6用来处理由于随机辐照引起的单粒子翻转和电源波动，使系统稳定；
步骤二、脉冲输入信号进入脉冲输入通道保护电路9，通过脉冲输入通道保护电路9进行电路保护；
步骤三、脉冲输入通道保护电路9输出的信号进入输入诊断装置7，通过输入诊断装置7；
步骤四、输入诊断装置7输出的信号进入脉冲隔离模块11，通过脉冲隔离模块11进行脉冲隔离；
步骤五、脉冲隔离模块11输出的信号传输至FPGA控制芯片10进行处理；
步骤六、FPGA控制芯片10将脉冲信号进行转换后，根据诊断对象分为以下两步：
诊断输出通道是否正常时，FPGA控制芯片10将脉冲信号进行转换后通过信号隔离电路12传输给DA输出装置4；然后进行步骤七；
诊断输入通道是否正常时，FPGA控制芯片10将脉冲信号进行转换后传输给输入诊断装置7；然后进行步骤十；
步骤七、DA输出装置4输出的信号通过输出保护电路13后输出4路大小为4～20mA的电流；
步骤八、输出回采装置5用于诊断输出电流的正确性；
DA输出装置4输出的信号进入输出回采装置5，得到输出回采电流值；
步骤九、FPGA控制芯片10通过比较DA输出装置4的输出值和输出回采装置5传输的输出回采电流值进行通道诊断；
DA输出装置4的输出值和输出回采装置5传输的输出回采电流值在设定的误差范围内时，判断输出通道工作正常；
DA输出装置4的输出值和输出回采装置5传输的输出回采电流值不在设定的误差范围内时，判断输出通道工作异常，通过显示装置8进行显示。
步骤十、当输入通道没有问题时，输入诊断装置7将信息传输给FPGA控制芯片10，判断输入通道工作正常；
当输入通道出现问题时，输入诊断装置7将错误信息传输给FPGA控制芯片10，判断输入通道工作异常，并通过显示装置8显示；
步骤十一、当电源波动，单粒子翻转出现系统性问题时，看门狗监视装置6 将电路复位并通过显示装置8显示。
通过采用上述技术方案，FPGA可以纯硬件方式并行、高速独立执行所要求的功能，非常适合核电站安全级对响应时间，实时传输的需求。未来采用FPGA 技术是取代纯模拟电路，和微处理实现脉冲量调理模块的必然趋势，也是核电领域即将采用基于FPGA的脉冲量调理模块的趋势。
基于FPGA的脉冲量调理机制设计方法适用于安全级产品的专用IO模块，该模块的输入信号是将现场的幅值变化脉冲信号转化标准电平的脉冲信号，然后经过整形及隔离后送FPGA处理，可以实现1个通道的脉冲信号输入4个通道(4-20)mA的电流信号输出。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定该方法使用的脉冲量调理模块
上位PC机(1)、485通信总线装置(2)、EEPROM数据存储装置(3)、DA输出装置(4)、输出回采装置(5)、看门狗监视装置(6)、输入诊断装置(7)、显示装置(8)、脉冲输入通道保护电路(9)、FPGA控制芯片(10)、脉冲隔离模块(11)、信号隔离电路(12)、输出保护电路(13)；
步骤二、脉冲输入信号进入脉冲输入通道保护电路(9)，通过脉冲输入通道保护电路(9)进行电路保护；
步骤三、脉冲输入通道保护电路(9)输出的信号进入输入诊断装置(7)，通过输入诊断装置(7)；
步骤四、输入诊断装置(7)输出的信号进入脉冲隔离模块(11)，通过脉冲隔离模块(11)进行脉冲隔离；
步骤五、脉冲隔离模块(11)输出的信号传输至FPGA控制芯片(10)进行处理；
步骤六、FPGA控制芯片(10)将脉冲信号进行转换后，根据诊断对象分为以下两步：
诊断输出通道是否正常时，FPGA控制芯片(10)将脉冲信号进行转换后通过信号隔离电路(12)传输给DA输出装置(4)；然后进行步骤七；
诊断输入通道是否正常时，FPGA控制芯片(10)将脉冲信号进行转换后传输给输入诊断装置(7)；然后进行步骤十；
步骤七、DA输出装置(4)输出的信号通过输出保护电路(13)后输出电流；
步骤八、输出回采装置(5)用于诊断输出电流的正确性；
DA输出装置(4)输出的信号进入输出回采装置(5)，得到输出回采电流值；
步骤九、FPGA控制芯片(10)通过比较DA输出装置(4)的输出值和输出回采装置(5)传输的输出回采电流值进行通道诊断；
步骤十、当输入通道没有问题时，输入诊断装置(7)将信息传输给FPGA控制芯片(10)，判断输入通道工作正常；
当输入通道出现问题时，输入诊断装置(7)将错误信息传输给FPGA控制芯片(10)，判断输入通道工作异常，并通过显示装置(8)显示；
步骤十一、当电源波动，单粒子翻转出现系统性问题时，看门狗监视装置(6)将电路复位并通过显示装置(8)显示。
2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，在上位PC机(1)上安装脉冲参数操作系统。
3.如权利要求2所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，上位PC机(1)与FPGA控制芯片(10)通过485通信总线装置(2)配合工作。
4.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，通过485通信总线装置(2)执行如下操作：配置参数、写入参数校准命令、写入数据、读取参数。
5.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，EEPROM数据存储装置(3)用于存储校准数据和配置参数。
6.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，FPGA控制芯片(10)根据校准数据和脉冲输入信号计算出校准参数，将校准参数存入EEPROM数据存储装置(3)中，实现校准功能。
7.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，看门狗监视装置(6)用来处理由于随机辐照引起的单粒子翻转和电源波动，使系统稳定。
8.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤七中，DA输出装置(4)输出的信号通过输出保护电路(13)后输出4路大小为4～20mA的电流。
9.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤九中，DA输出装置(4)的输出值和输出回采装置(5)传输的输出回采电流值在设定的误差范围内时，判断输出通道工作正常；
DA输出装置(4)的输出值和输出回采装置(5)传输的输出回采电流值不在设定的误差范围内时，判断输出通道工作异常，通过显示装置(8)进行显示。
10.如权利要求1所述的一种基于FPGA的脉冲量调理设计方法，其特征在于：步骤一中，在上位PC机(1)上安装脉冲参数操作系统；上位PC机(1)与FPGA控制芯片(10)通过485通信总线装置(2)配合工作；
通过485通信总线装置(2)执行如下操作：配置参数、写入参数校准命令、写入数据、读取参数；
EEPROM数据存储装置(3)用于存储校准数据和配置参数；
FPGA控制芯片(10)根据校准数据和脉冲输入信号计算出校准参数，将校准参数存入EEPROM数据存储装置(3)中，实现校准功能；
看门狗监视装置(6)用来处理由于随机辐照引起的单粒子翻转和电源波动，使系统稳定；
步骤七中，DA输出装置(4)输出的信号通过输出保护电路(13)后输出4路大小为4～20mA的电流；
步骤九中，DA输出装置(4)的输出值和输出回采装置(5)传输的输出回采电流值在设定的误差范围内时，判断输出通道工作正常；
DA输出装置(4)的输出值和输出回采装置(5)传输的输出回采电流值不在设定的误差范围内时，判断输出通道工作异常，通过显示装置(8)进行显示。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN101907881A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-12-08 | 西安电子科技大学 | 可编程式数字脉冲发生器 |
| CN106018941A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 华中科技大学 | 一种基于压频转换技术的脉冲高压测量平台 |
| CN107863967A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-03-30 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种多通道同步输出校准装置及方法 |
| CN109743046A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-10 | 深圳市显控科技股份有限公司 | 一种逐脉冲调制方法和系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN101907881A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-12-08 | 西安电子科技大学 | 可编程式数字脉冲发生器 |
| CN106018941A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-12 | 华中科技大学 | 一种基于压频转换技术的脉冲高压测量平台 |
| CN107863967A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-03-30 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种多通道同步输出校准装置及方法 |
| CN109743046A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-10 | 深圳市显控科技股份有限公司 | 一种逐脉冲调制方法和系统 |
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