KR101178324B1 - Safety-grade communication interface module for nuclear power plant satety system - Google Patents
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Abstract
원전통신망에서 사용되는 안전등급 통신모듈을 개시한다. 일 실시예로서, 안전등급 통신모듈은, 송신 데이터를 포함하여 저장하는 듀얼포트 메모리와, FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서, 및 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 송수신기를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 송수신기에 의해 수신 데이터가 상기 패킷 프로세서로 전달되는 경우, 상기 패킷 프로세서는 상기 수신 데이터를 상기 FPGA를 이용하여 패킷 처리할 수 있다.Disclosed is a safety class communication module used in nuclear power communication networks. In one embodiment, the safety class communication module, a dual-port memory for storing the transmission data, using a field-programmable gate array (FPGA), a packet processor for packet processing the transmission data on a hardware basis, and the It may be configured to include a transceiver for transmitting the packetized transmission data, when the received data is delivered to the packet processor by the transceiver, the packet processor may process the received data using the FPGA. .
Description
본 발명의 실시예들은 원전통신망에서 사용되는 안전등급 통신모듈에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a safety class communication module used in nuclear power communication networks.
원자력 발전소는 보통 100개 이상의 개별적인 기능을 가진 계통(system)으로 구성된다. 이들 계통은 크게, 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급계통(NSSS: Nuclear Steam Supply System), 증기를 발전기로 전달하는 2차 순환냉각계통, 상기 2차 순환냉각계통으로부터 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈 발전기 계통, 및 기타 부수설비로 구분된다. A nuclear power plant usually consists of a system with more than 100 individual functions. These systems are largely divided into a nuclear steam supply system (NSSS) centered on a nuclear reactor, a secondary circulation cooling system that delivers steam to a generator, and a turbine that receives steam from the secondary circulation cooling system and runs a generator. Generator system, and other auxiliary equipment.
원자력 발전소의 운전을 수행하면서 각 계통의 건전성을 감시하기 위해서는, 여러 종류의 센서를 원자로 계통에 설치하고, 상기 센서로부터 입력되는 신호를 감시하여 원자력 발전소의 상태를 파악해야 한다. 이때, 원자력 발전소 운전 중 원자로의 안전에 영향을 미치는 계통의 이상이나 핵 증기 공급계통내의 냉각 기능의 이상이 발생하는 경우, 이러한 이상 상태를 감지하여 제어봉 낙하에 의한 원자로 정지기능을 개시하고, 공학적 안전설비작동계통을 구동하여 원자로를 냉각시켜야 한다.In order to monitor the health of each system while operating the nuclear power plant, various types of sensors must be installed in the reactor system, and the signals input from the sensors must be monitored to determine the state of the nuclear power plant. At this time, if there is an abnormality in the system affecting the safety of the reactor during operation of the nuclear power plant or an abnormality in the cooling function in the nuclear steam supply system, such an abnormal state is detected and the reactor stop function is started by dropping the control rod and engineering safety The plant operating system must be driven to cool the reactor.
최근의 원자력발전소의 계측제어 시스템에서는 디지털 및 통신기술 발달에 따라 계통 기기들이 디지털화되고, 계통 기기 간의 정보 교환 역시 고속 디지털 통신망을 통해 이루어지고 있다. 원자력발전소는 고도의 신뢰성과 안전성을 요구하기 때문에 원전통신망 기술도 고가용성 및 고신뢰도를 제공해야 한다.In recent years, in the measurement control system of nuclear power plants, system devices are digitized according to the development of digital and communication technology, and information exchange between system devices is also performed through a high speed digital communication network. Since nuclear power plants require high reliability and safety, nuclear network technology must also provide high availability and high reliability.
이에 따라, 원전통신망에서는 오작동이 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장하고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있는 통신 모듈이 요구되고 있다.Accordingly, in the nuclear power communication network, there is a demand for a communication module capable of ensuring soundness of operation and data, and ensuring high-speed packet processing and reliability without causing malfunctions to affect other modules.
본 발명의 일실시예는 신뢰도 및 성능이 검증된 산업용 디지털 시스템 인터페이스 규격인 VME bus(VERSA module Eurocard bus)를 사용하고, FPGA 기술을 이용하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리 함으로써, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.An embodiment of the present invention uses the VERSA module Eurocard bus (VME bus), an industrial digital system interface standard that has proven reliability and performance, and processes packets based on hardware using FPGA technology, thereby improving high-speed packet processing and reliability. Provide safety class communication module that can be secured.
또한, 본 발명의 일실시예는 모듈 간 직접적인 신호 송수신을 배제 함으로써, 오류 발생으로 인한 다른 모듈에의 영향을 최소화할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a safety-grade communication module that can minimize the influence on other modules due to the occurrence of an error by excluding direct signal transmission and reception between modules.
또한, 본 발명의 일실시예는 별도의 Digital Signal Processor(DSP)를 사용하여 자체적으로 진단 및 감시 기능을 수행할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a safety class communication module that can perform a diagnosis and monitoring function by itself using a separate Digital Signal Processor (DSP).
또한, 본 발명의 일실시예는 전기적 격리 특성이 우수한 광케이블을 전송매체로 사용 함으로써, 전자파 장애에 잘 견딜 수 있는 안전등급 통신모듈을 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a safety-grade communication module that can withstand electromagnetic interference by using an optical cable having excellent electrical isolation characteristics as a transmission medium.
상기의 목적을 이루기 위한, 안전등급 통신모듈은, 송신 데이터를 포함하여 저장하는 듀얼포트 메모리와, FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서, 및 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 송수신기를 포함하고, 상기 송수신기에 의해 수신 데이터가 상기 패킷 프로세서로 전달되는 경우, 상기 패킷 프로세서는 상기 수신 데이터를 상기 FPGA를 이용하여 패킷 처리한다.In order to achieve the above object, the safety class communication module comprises a packet processor for hardware-based packet processing of the transmission data using a dual-port memory for storing transmission data and a field-programmable gate array (FPGA), And a transceiver for transmitting the packetized transmission data, and when the reception data is transmitted to the packet processor by the transceiver, the packet processor packetizes the received data using the FPGA.
본 발명의 일실시예에 따르면, 원전통신망에서 오작동이 발생할 경우 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장할 수 있고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.According to one embodiment of the present invention, when a malfunction occurs in a nuclear power communication network, it is possible to ensure the operation and soundness of data and to ensure high-speed packet processing and reliability without affecting other modules.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 상세구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a safety class communication module according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a detailed configuration of a safety class communication module according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a safety class communication module according to an embodiment of the present invention.
도 1에는 원자력발전소 계측제어 시스템(원전통신망)에서 사용되는 안전등급 통신모듈(100)의 내부 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈(100)은 듀얼포트 메모리(110), 패킷 프로세서(120), 및 송수신기(130)를 포함하여 구성될 수 있다.1 shows an internal configuration of a safety
듀얼포트 메모리(Dual Port Memory, 110)는 송신 데이터를 포함하여 저장한다.The
이때, 듀얼포트 메모리(110)는 프로세스 모듈(180)의 네트워크를 통한 데이터 송수신을 지원할 수 있도록, 송신할 송신 데이터를 저장할 공간과, 수신한 수신 데이터를 저장할 공간으로 물리적으로 분리될 수 있다.In this case, the
즉, 듀얼포트 메모리(110)는 송신 데이터를 저장하는 Tx-FIFO 버퍼, 및 상기 Tx-FIFO 버퍼와 분리되어, 수신 데이터를 저장하는 Rx-FIFO 버퍼를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 듀얼포트 메모리(110)는 수신 데이터를, 송신 데이터와 분리하여 저장할 수 있다. 예컨대, 듀얼포트 메모리(110)는 32Kbytes 크기의 RAM이 사용될 수 있다.That is, the
패킷 프로세서(120)는 FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 기능을 한다. 즉, 패킷 프로세서(120)는 듀얼포트 메모리(110)에 저장된 송신 데이터를 리드하고, 상기 리드된 송신 데이터와, 어드레스(Address) 또는 CRC 코드를 포함하여 구성되는 프레임을 송수신기(130)로 전달할 수 있다.The
송수신기(130)는 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 기능을 한다.The
여기서, 송수신기(130)는 물리 계층의 통신 기능을 담당하는 PHY Transceiver로 구현될 수 있으며, 송수신기(130)는 MAC 계층의 통신 기능을 담당하는 패킷 프로세서(120)와 MII(Media Independence Interface)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 송수신기(130)는 병렬데이터의 직렬화, 직렬데이터의 병렬화, 및 4B/5B 코딩/디코딩과 NRZ-I와 같은 물리 계층의 코딩을 담당할 수 있다.Here, the
또한, 송수신기(130)에 의해 수신 데이터가 패킷 프로세서(120)로 전달되는 경우, 패킷 프로세서(120)는 상기 수신 데이터를 FPGA를 이용하여 패킷 처리한다. 즉, 패킷 프로세서(120)는 수신 데이터에 대해 오류를 검사하고, 오류가 없는 것으로 검사된 수신 데이터를 듀얼포트 메모리(110) 내 Rx-FIFO 버퍼에 저장할 수 있다.In addition, when the received data is transmitted to the
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 안전등급 통신모듈(100)에 대한 진단 또는 감시 기능을 수행하는 디지털 시그널 프로세서(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, the safety
여기서, 디지털 시그널 프로세서(140)는 패킷 프로세서(120)에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check) 기능의 감시, 듀얼포트 메모리(110)(즉, Tx-FIFO 버퍼와 Rx-FIFO 버퍼)에 대한 건전성의 감시, 생성된 테스트 프레임에 대한 PHY 계층의 검사, 또는 데이터 트래픽에 대한 감시 중 적어도 하나를 수행하는 기능을 할 수 있다. 또한, 디지털 시그널 프로세서(140)는 안전등급 통신모듈(100)을 통해 교환되는 데이터 트래픽을 감시할 수 있다.Here, the
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 VME 인터페이스(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, the safety
여기서, VME 인터페이스(150)는 듀얼포트 메모리(110)와 데이터 교환하는 프로세스 모듈(180)과의 인터페이싱을 수행할 수 있다. 프로세스 모듈(180)과 데이터 교환을 위한 인터페이스는 VME 백플레인을 통해 이루어지며 VME interface로 명명된 FPGA에서 수행될 수 있다.Here, the VME
또한, 디지털 시그널 프로세서(140)는 듀얼포트 메모리(110)에서 데이터를 읽고 쓰면서, 듀얼포트 메모리(110)와 VME 인터페이스(150) 간 데이터 교환 기능을 진단할 수 있다.In addition, the
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 광송신기(160) 및 광수신기(170)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, the safety
광송신기(160)는 송수신기(130)에서 전송되는 상기 패킷 처리된 송신 데이터를, 광신호로 변환하는 기능을 할 수 있다.The
또한, 광수신기(170)는 광케이블로부터 수신한 광신호의 상기 수신 데이터를 전기신호로 변환하여 송수신기(130)로 전달하는 기능을 할 수 있다.In addition, the
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원전통신망에서 오작동이 발생할 경우 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장할 수 있고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, when a malfunction occurs in a nuclear power communication network, it is possible to ensure the operation and soundness of data without affecting other modules, and to ensure high-speed packet processing and reliability.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 상세구성을 도시한 도면이다.2 is a view showing a detailed configuration of a safety class communication module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈(200)은 듀얼포트 메모리(110), 패킷 프로세서(120), PHY Transceiver, DSP, VME interface, Fiber Optic Transimitter, Fiber Optic Receiver, MAC address DIP Switch, VME Address DIP Switch, 및 VME-Backplane을 포함하여 구성될 수 있다.2, the safety
듀얼포트 메모리(110)는 Tx-FIFO 버퍼(210) 및 Rx-FIFO 버퍼(220)를 포함하여 구성될 수 있다.The
Tx-FIFO 버퍼(210)는 송신 데이터를 저장할 수 있으며, Rx-FIFO 버퍼(220)는 Tx-FIFO 버퍼(210)와 분리되어, 수신 데이터를 저장할 수 있다.The Tx-
패킷 프로세서(120)는 데이터 송신부(230) 및 데이터 수신부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.The
데이터 송신부(230)는 Tx-FIFO Buffer(210)에 저장된 송신 데이터를 리드하고, Address 및 CRC32 코드 등을 생성하여 프레임을 구성하고, 10 또는 100Mbps PHY Transceiver로 구성된 프레임을 송신할 수 있다.The
데이터 수신부(240)는 10 또는 100Mbps PHY Transceiver로부터 수신 데이터를 수신하여 프레임을 기억하고, 프레임 헤더를 해석하여 저장 여부를 판단하고, CRC32 계산하여 오류를 검사하고, 수신된 수신 데이터를 Rx-FIFO Buffer(220)에 저장할 수 있다.The
여기서, DSP(Digital Signal Processor, 디지털 시그널 프로세서)는 안전등급 통신모듈(200)에 대해 자체적으로 진단 및 감시 기능을 수행할 수 있다.Here, the DSP (Digital Signal Processor) may perform its own diagnostic and monitoring function for the safety
또한, 프로세스 모듈과 데이터 교환을 위한 인터페이스는 VME 백플레인을 통해 이루어지며, VME interface로 명명된 FPGA에서 수행될 수 있다.In addition, the interface for data exchange with process modules is via the VME backplane and can be performed in an FPGA named VME interface.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 신뢰도 및 성능이 검증된 산업용 디지털 시스템 인터페이스 규격인 VME bus(VERSA module Eurocard bus)를 사용하고, FPGA 기술을 이용하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리 함으로써, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by using a VME bus (VERSA module Eurocard bus), which is an industrial digital system interface standard whose reliability and performance have been verified, and processing packets on a hardware basis using FPGA technology, Packet processing and reliability can be secured.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 모듈 간 직접적인 신호 송수신을 배제 함으로써, 오류 발생으로 인한 다른 모듈에의 영향을 최소화할 수 있게 된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by excluding direct signal transmission and reception between modules, it is possible to minimize the influence on other modules due to the occurrence of an error.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전기적 격리 특성이 우수한 광케이블을 전송매체로 사용 함으로써, 전자파 장애에 잘 견딜 수 있게 된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by using an optical cable having excellent electrical isolation characteristics as a transmission medium, it is possible to withstand electromagnetic interference well.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, are included in the scope of the present invention.
100: 안전등급 통신모듈
110: 듀얼포트 메모리
120: 패킷 프로세서
130: 송수신기
140: 디지털 시그널 프로세서
150: VME 인터페이스
160: 광송신기
170: 광수신기100: safety class communication module
110: dual port memory
120: packet processor
130: transceiver
140: digital signal processor
150: VME interface
160: optical transmitter
170: optical receiver
Claims (7)
원자력발전소 계측제어 시스템에서 사용되는 통신망에서 FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 전달된 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서; 및
상기 패킷 프로세서에서 처리된 패킷에 기초하여, 진단 및 감시를 수행하고, 상기 수행에 관한 정보를, 프로세스 모듈로 제공하는 디지털 시그널 프로세서
를 포함하고,
상기 패킷 프로세서는,
상기 패킷 처리로서, 상기 데이터에 대해 오류를 검사하고, 오류가 없는 것으로 검사된 데이터를 듀얼포트 메모리에 저장하는 데이터 수신부; 및
상기 듀얼포트 메모리에 저장된 데이터를 리드하고, 상기 리드된 데이터와, 어드레스(Address) 또는 CRC 코드를 포함하여 구성되는 프레임을 상기 송수신기로 전달하는 데이터 송신부
를 포함하는, 안전등급 통신모듈.A transceiver for transmitting the received data;
A packet processor for packet-processing the transferred data using a field-programmable gate array (FPGA) in a communication network used in a nuclear power plant metrology control system; And
A digital signal processor that performs diagnosis and monitoring based on the packet processed by the packet processor and provides information on the performance to a process module.
Including,
The packet processor,
The packet processing unit includes: a data receiving unit which checks an error on the data and stores the checked data in a dual port memory as an error; And
A data transmitter for reading data stored in the dual port memory and transferring a frame including the read data and an address or a CRC code to the transceiver;
Including, safety rating communication module.
상기 듀얼포트 메모리는,
상기 패킷 처리된 데이터를 저장하는 Rx-FIFO 버퍼
를 포함하는, 안전등급 통신모듈.The method of claim 1,
The dual port memory,
Rx-FIFO buffer for storing the packetized data
Including, safety rating communication module.
상기 디지털 시그널 프로세서는,
상기 패킷 프로세서에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check) 기능의 감시, 상기 듀얼포트 메모리에 대한 건전성의 감시, 생성된 테스트 프레임에 대한 PHY 계층의 검사, 또는 데이터 트래픽에 대한 감시 중 적어도 하나를 수행하는, 안전등급 통신모듈.The method of claim 1,
The digital signal processor,
Performing at least one of monitoring of a Cyclic Redundancy Check (CRC) function for the packet processor, monitoring of health for the dual port memory, checking of the PHY layer for generated test frames, or monitoring for data traffic Class communication module.
상기 데이터 수신부는,
오류가 있는 데이터에 대해, CRC(Cyclic Redundancy Check) 오류 프레임 정보, MAC 오류 프레임 정보, 길이(Length) 오류 프레임 정보, 헤더 오류 프레임 정보 또는 Rx-FIFO 버퍼 오버플로우(overflow) 정보 중에서 적어도 하나의 해당되는 정보를 갱신하여 상기 디지털 시그널 프로세서로 전송하고,
상기 데이터 송신부는,
송신 프레임 카운트 값을 갱신하여 상기 디지털 시그널 프로세서로 전송하는, 안전등급 통신모듈.The method of claim 1,
The data receiver,
At least one of cyclic redundancy check (CRC) error frame information, MAC error frame information, length error frame information, header error frame information, or Rx-FIFO buffer overflow information for the data having an error. Update the transmitted information to the digital signal processor,
The data transmission unit,
A safety class communication module for updating a transmission frame count value and transmitting the same to the digital signal processor.
상기 디지털 시그널 프로세서는,
상기 패킷 프로세서에 CRC 오류 프레임 정보, MAC 오류 프레임 정보, 길이 오류 프레임 정보, 헤더 오류 프레임 정보 또는 Rx-FIFO 버퍼 오버플로우 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 수집하여 각 정보에 대해 전체 오류 횟수 정보를 계산하고,
상기 패킷 프로세서로부터 수신한 송신 프레임 카운트 값과 수신 프레임 카운트 값을 이용하여 데이터 트래픽 감시정보를 생성하여, 프로세스 모듈이 요청할 경우 전송하는, 안전등급 통신모듈.The method of claim 1,
The digital signal processor,
The packet processor collects at least one of CRC error frame information, MAC error frame information, length error frame information, header error frame information, or Rx-FIFO buffer overflow information to calculate total error count information for each information. ,
A safety class communication module for generating data traffic monitoring information using the transmission frame count value and the reception frame count value received from the packet processor, and transmitting the data traffic monitoring information when requested by the process module.
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