专利名称：多样性驱动das系统电流电压模拟信号调理模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理技术，特别涉及一种基于FPGA技术的多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块。
背景技术：
在第三代数字化AP1000核电站控制系统中，根据不同的核安全分级，采用安全级和非安全级两个不同的平台实现安全控制功能。安全级平台即保护和安全检测系统 (protection and safety monitoring system，PMS)，实现反应堆保护系统的功能；非安全级平台即电厂控制系统(plant control system，PLS)，实现核岛/常规岛/电厂配套设施 (balance of plant, BoP)大多数的控制功能。将这些可能受到共因故障影响的安全功能组合到一起，就组成了多样性驱动系统(dispersive actuation system, DAS)。DAS是独立于PMS和PLS外的一个孤立系统。当保护和安全检测系统出现概率极低的共因故障时，DAS 系统用来触发反应堆紧急停堆和汽轮机停机，降低堆芯熔化和安全壳超压的概率，起到PMS 和PLS后备系统的作用。
由于DAS系统是保护和安全检测系统PMS和电厂控制系统PLS的备用性系统，因此它采用不同于PMS和PLS的结构、硬件和软件，这也是AP1000核电站控制系统在提高安全性措施方面的一项重要措施。DAS系统是一个完全基于硬件的系统，没有软件控制，主芯片采用FPGA (现场可编程门阵列)，硬件描述语言选用VHDL和Verilog HDL0所有的通信和数据处理功能都是在FPGA内实现。
电流电压模拟信号调理模块在DAS系统内起到输入电流电压模拟信号，并进行转换，通过RS485或光纤输出定点数工程量值，给DAS系统内的定值模块、显示模块或者通信模块。电流电压调理模块还可以接收通信模块传送来的标定值k，b和工程量线形转换A，B值。发明内容
本发明是针对DAS系统与安全检测系统PMS、电厂控制系统PLS不兼容的问题，提出了一种多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，采用FPGA代替CPU，基于FPGA 技术能够快速准确地把模拟信号转换成工程量值。
本发明的技术方案为一种多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，包括以FPGA为核心的FPGA处理模块、模拟信号调理模块、AD采样模块、Flash模块、RS485通信模块、光纤通信模块和电源电路，电流或电压模拟信号首先通过模拟信号调理模块将模拟信号转换为OV 5V电压信号送入AD采样模块进行模数转换，输出数字信号进入FPGA 处理模块，同时读取Flash模块内存储的标定值，FPGA处理模块通过UART端口的两根信号线CE和T)(D，输出到光纤模块和RS485模块，光纤模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换为光信号，发送到远程显示模块或定值模块；RS485模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换成差分信号，发送到通信模块或者是本地显示模块。3
所述AD采样模块将接收到的模拟信号后转换为M位原码，以隔离的SPI串行通信方式发送到FPGA处理模块。
所述FPGA处理模块通过SPI收发模块将AD采样模块转换出来的原码从串行数据转换成并行数据保存，取M位中的高16位进行码值转换，同时读取Flash模块内存储的标定值k和b，对补码进行kx+b的标定运算，标定后的数据进行40ms/80ms数字滤波处理，经滤波后的数据再次进行Ax+B线性转换运算，运算结果放入UART发送模块，UART发送模块根据串口通信协议，将数据发送到FPGA处理模块的UART输出端口。
所述光纤模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换成串行信号，再进入光纤驱动， 成为光信号。
所述RS485模块将CE和T)(D信号线得来的信号通过磁隔离芯片，进入RS485驱动， 成为差分信号。
所述FPGA处理模块通过RS485模块接收从通信模块发来的标定数据和线性转换系数，并将数据保存在Flash模块的固定地址内。
本发明的有益效果在于本发明多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，采用与核电保护和安全监测系统、核电厂控制系统完全不同的设计方案，有利于提高 AP1000核电系统的安全等级；采用硬件电路和FPGA设计，避免了软件设计V&V认证，加快了开发进度；调理模块采用隔离的RS485通信或光纤通信，提高了系统可靠性；调理模块电流和电压信号精度指标高，响应速度快。
图1为本发明多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块原理框图。
具体实施方式
如图1所示基于FPGA技术的多样性驱动DAS系统电流电压调理模块原理框图，包括以FPGA为核心的FPGA处理模块1、模拟信号调理模块7、AD采样模块2、Flash模块3、 RS485通信模块4、光纤通信模块5和电源电路6 ；实施例一-电流模拟信号调理功能当4mA 20mA电流模拟信号进入该卡件时，首先通过模拟信号调理模块7，把模拟信号处理为OV 5V电压信号送入AD采样模块2，接收到模拟信号后AD芯片将其转换为M位原码，以隔离的SPI串行通信方式发送到FPGA处理模块1，SPI的隔离采用磁耦，保证了现场信号与控制电路相互隔离，相互独立。FPGA处理模块1通过SPI收发模块将AD采样模块 2转换出来的原码从串行数据转换成并行数据保存，取M位中的高16位进行码值转换，确保精度，从原码转换为补码，方便数据运算，同时读取Flash模块3内存储的标定值k和b， 对补码进行kx+b的标定运算，标定后的数据进行40ms/80ms数字滤波处理，增加数据稳定性。由于电流信号码值与工程量之间是线性的关系，因此经滤波后的数据再次进行Ax+B线性转换运算，得到2字节长度的实际工程量值，最后补上1字节的固定小数点位，其中电流信号工程量值为2位小数点。小数点字节的定义见下表小数点字节小数点位数00000001无小数点000000101位小数点[oooooioo 12位小数点I 所以电流信号的小数点字节为0x04，最后FPGA处理模块1内还组织了一个字节的诊断码，连同2字节工程量值和1字节小数点位一起放入UART发送模块。UART发送模块根据串口通信协议，将这些数据发送到FPGA的UART输出端口。FPGA处理模块1的UART端口一共有两根信号线，CE和T)(D，分别进入光纤模块5和RS485模块4。在光纤模块5内，先通过并串转换，把CE和T)(D转换成串行信号，再进入光纤驱动，成为光信号，发送到远程显示模块或定值模块；在RS485模块4内，CE和T)(D通过磁隔离芯片，进入RS485驱动，成为差分信号，发送到通信模块或者是本地显示模块。
FPGA处理模块1还可以通过RS485模块4接收从通信模块发来的标定数据和线性转换系数，并将这些数据保存在Flash模块3的固定地址内，供上电后第一次AD采样数据的运算，实现调理模块的热插拔功能。
实施例二 -电压模拟信号调理功能当IV 10V电压模拟信号进入该卡件时，首先通过模拟信号调理模块7，把模拟信号处理为OV 5V电压信号送入AD采样模块2，接收到模拟信号后AD芯片将其转换为M位原码，以隔离的SPI串行通信方式发送到FPGA处理模块1，SPI的隔离采用磁耦，保证了现场信号与控制电路相互隔离，相互独立。FPGA处理模块1通过SPI收发模块将AD芯片转换出来的原码从串行数据转换成并行数据保存，取M位中的高16位进行码值转换，确保精度， 从原码转换为补码，方便数据运算，同时读取Flash模块3内存储的标定值k和b，对补码进行kx+b的标定运算，标定后的数据进行40ms/80ms数字滤波处理，增加数据稳定性。由于电压信号码值与工程量之间是线性的关系，因此经滤波后的数据再次进行Ax+B运算，得到 2字节长度的实际工程量值，最后补上1字节的固定小数点位，其中电压信号工程量值为1 位小数点。小数点字节的定义见下表小数点字节小数点位数00000001无小数点000000101位小数点000001002位小数点所以电压信号的小数点字节为0x02，最后FPGA处理模块1内还组织了一个字节的诊断码，连同2字节工程量值和1字节小数点位一起放入UART发送模块。UART发送模块根据串口通信协议，将这些数据发送到FPGA处理模块1的UART输出端口。FPGA处理模块1 的UART端口一共有两根信号线，CE和T)(D，分别进入光纤模块5和RS485模块4。在光纤模块5内，先通过并串转换，把CE和T)(D转换成串行信号，再进入光纤驱动，成为光信号，发送到远程显示模块或定值模块；在RS485模块4内，CE和T)(D通过磁隔离芯片，进入RS485 驱动，成为差分信号，发送到通信模块或者是本地显示模块。
FPGA处理模块1还可以通过RS485模块接收从通信模块发来的标定数据和线性转换系数，并将这些数据保存在Flash模块3的固定地址内，供上电后第一次AD采样数据的运算，实现调理模块的热插拔功能。
权利要求
1.一种多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，包括以FPGA为核心的FPGA 处理模块、模拟信号调理模块、AD采样模块、Flash模块、RS485通信模块、光纤通信模块和电源电路，其特征在于，电流或电压模拟信号首先通过模拟信号调理模块将模拟信号转换为OV 5V电压信号送入AD采样模块进行模数转换，输出数字信号进入FPGA处理模块， FPGA处理模块同时读取Flash模块内存储的标定值，FPGA处理模块通过UART端口的两根信号线CE和T)(D，输出到光纤模块和RS485模块，光纤模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换为光信号，发送到远程显示模块或定值模块；RS485模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换成差分信号，发送到通信模块或者是本地显示模块。
2.根据权利要求1所述多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，其特征在于， 所述AD采样模块将接收到的模拟信号后转换为M位原码，以隔离的SPI串行通信方式发送到FPGA处理模块。
3.根据权利要求1所述多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，其特征在于， 所述FPGA处理模块通过SPI收发模块将AD采样模块转换出来的原码从串行数据转换成并行数据保存，取M位中的高16位进行码值转换，同时读取Flash模块内存储的标定值k和 b，对补码进行kx+b的标定运算，标定后的数据进行40ms/80ms数字滤波处理，经滤波后的数据再次进行Ax+B线性转换运算，运算结果放入UART发送模块，UART发送模块根据串口通信协议，将数据发送到FPGA处理模块的UART输出端口。
4.根据权利要求1所述多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，其特征在于， 所述光纤模块将CE和T)(D信号线得来的信号转换成串行信号，再进入光纤驱动，成为光信号。
5.根据权利要求1所述多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，其特征在于， 所述RS485模块将CE和T)(D信号线得来的信号通过磁隔离芯片，进入RS485驱动，成为差分信号。
6.根据权利要求1所述多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，其特征在于， 所述FPGA处理模块通过RS485模块接收从通信模块发来的标定数据和线性转换系数，并将数据保存在Flash模块的固定地址内。
全文摘要
本发明涉及一种多样性驱动DAS系统电流电压模拟信号调理模块，电流或电压模拟信号首先通过模拟信号调理模块将模拟信号转换为0V～5V电压信号送入AD采样模块进行模数转换，输出数字信号进入FPGA处理模块，同时读取Flash模块内存储的标定值，FPGA处理模块通过UART端口的两根信号线CE和TXD，输出到光纤模块和RS485模块，光纤模块将得来的信号转换为光信号，发送到远程显示模块或定值模块；RS485模块将得来的信号转换成差分信号，发送到通信模块或者是本地显示模块。此调理模块有利于提高AP1000核电系统的安全等级；；提高了系统可靠性；调理模块电流和电压信号精度指标高，响应速度快。
文档编号H03M9/00GK102523001SQ20111042648
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者余小鹏, 孙旭华, 易铃芳, 李炜玮, 杨德甫, 杨振荣, 杨烨, 王鑫, 邵继红 申请人:上海自动化仪表股份有限公司