专利名称：基于fpga和dsp控制器的核电厂数字化控制棒控制系统的制作方法
技术领域：
CN 202735877 U书明说1/3页基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统技术领域[0001]本实用新型属于核电厂控制棒驱动机构电流数字化控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统。
背景技术：
[0002]控制棒驱动机构的可靠运行是保证核电站安全性和经济性的重要因素。本质上讲，控制棒驱动机构是一类电磁起重装置，需要相应的供电装置为其运行提供连续可调的电流。核电厂控制棒控制系统可以向控制棒驱动机构提供满足要求的电流，其控制系统的工作原理是接收来自上游系统的控制信号及驱动机构的电流反馈信号，根据这些控制信号、电流反馈信号以及预先设置的电流时序生成晶闸管控制极驱动脉冲使整流电路产生满足要求的电流供给控制棒驱动机构，控制棒驱动机构的机械部件在磁力作用下有序动作， 进而带动控制棒动作，最终完成核电厂核功率调节。[0003]原有的控制棒控制系统基于分立器件构成的模拟电路。这种类型的设备空间利用率低下；对电磁兼容考虑较少；为调节和测试引入大量键钮开关和电位器，造成可靠性、稳定性下降，调试及检修不方便；最为不便的是一旦电路成形，功能便基本固化，几乎没有任何更新完善的空间。发明内容·[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，解决基于分立器件模拟电路构成的控制棒控制系统中，设备数量多，在调节和测试而引入大量键钮开关和电位器所造成可靠性、稳定性的下降；以及功能固化，不能完善扩展功能的问题。[0005]本实用新型的技术方案如下一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，该控制系统包括控制模块、线圈供电电路、驱动脉冲放大模块以及电流传感器， 其中，控制模块通过驱动脉冲放大模块控制线圈供电电路，实现对来自控制棒电源三相电源经过线圈供电电路输入到驱动机构线圈的电流的控制；向线圈供电电路供电的控制棒电源三相电源线路通过三相电压采集模块与控制模块相连接；线圈供电电路向驱动机构线圈提供电流的线路上，通过电流传感器与控制模块相连接，将电流传感器采集的驱动机构线圈电流信号反馈到控制模块；控制模块还通过外部接口模块与外部控制模块相互连通，且控制模块还与存储模块相互连通，用于存储控制模块控制参数。[0006]所述的控制模块由FPGA和DSP组成。[0007]所述的控制模块中的FPGA和DSP可以产生驱动脉冲信号，通过驱动脉冲放大模块，控制线圈供电电路输出至驱动机构线圈的电流。[0008]所述的控制模块中的FPGA和DSP根据外部控制模块通过外部接口模块提供的移动控制命令信号，产生控制棒提升或下插一步所要求的驱动机构线圈移动时序电流信号。[0009]所述的控制模块中的FPGA和DSP对由电流传感器输入的驱动机构线圈电流信号3进行采集和处理，并与要求的驱动机构线圈移动时序电流信号进行比较后，采用PID算法对驱动机构线圈电流进行闭环控制，并产生驱动脉冲信号，通过驱动脉冲放大模块，控制线圈供电电路输入到驱动机构线圈的电流。[0010]所述的控制模块检测由三相电压采集模块发送采集后的三相电压信号，若出现三相电压缺相事故时，控制模块通过外部接口模块向外部控制模块发送故障报警信号。[0011]所述的控制模块检测由电流传感器反馈到控制模块的电流信号，若出现驱动机构线圈电流过大或过小时，控制模块通过外部接口模块向外部控制模块发送故障报警信号。[0012]所述的外部控制模块可以通过外部接口模块设置控制模块中的PID算法控制参数、驱动机构线圈要求移动时序电流参数以及线圈电流报警阈值参数。[0013]所述的控制模块由FPGA和DSP组成，其中，FPGA采用美国ALTERA公司CYCLONE II系列，型号为EP2C20Q240I8N，DSP采用美国TI公司的DSP，型号为TMS320F28335。[0014]本实用新型的显著效果在于本实用新型所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字 化控制棒控制系统采用数字化的控制方式实现驱动机构线圈电流的控制，通过该数字化控制器产生控制棒提升或下插一步所要求的驱动机构线圈移动时序电流信号，并对驱动机构线圈电流信号进行采集和处理，与要求的驱动机构线圈移动时序电流信号进行比较后，采用PID算法产生α控制角，并通过与棒电源三相电源进行同步后产生驱动脉冲信号控制驱动机构线圈的电流，从而形成线圈电流的闭环控制；该数字化控制器还实现对三相电源缺相、线圈电流过大或过小等故障进行报警；另外通过人机接口界面可实现控制器中控制参数的设置。相对目前国内采用模拟卡件的控制棒控制系统而言，本系统采用数字化控制器后大大减少了设备数量，提高了设备的可靠性和可扩展性。此外本系统通过人机接口界面控制参数的设置和修改后可以向不同等级功率的核电厂控制棒驱动机构提供稳定的电流，具有很好的适用性。并通过人机接口界面进行控制、调试及维护，大大减少了操纵人员的工作和维护费用。
[0015]图I为本实用新型所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统结构示意图[0016]图中1、控制模块；2、三相电压采集模块；3、线圈供电电路；4、外部接口模块；5、 电流传感器；6、驱动脉冲放大模块；7、外部控制模块；8、存储模块。
具体实施方式
[0017]
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。[0018]如图I所不,一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统,包括控制模块I、线圈供电电路3、驱动脉冲放大模块6以及电流传感器5 ;控制模块I通过驱动脉冲放大模块6控制线圈供电电路3，实现对来自控制棒电源三相电源经过线圈供电电路3 中的晶闸管，输入到驱动机构线圈电流的控制；同时，向线圈供电电路3的供电的控制棒电源三相电源线路通过三相电压采集模块2与控制模块I相连接，利用三相电压采集模块2 向控制模块I发送降压后的三相电压信号，控制模块I对该信号进行同步处理，从而实现控制模块I控制线圈供电电路3中晶闸管与控制棒电源三相电源的同步控制；线圈供电电路·3向驱动机构线圈提供电流的线路上 ，通过电流传感器5与控制模块I相连接，将电流传感器5采集的驱动机构线圈电流信号反馈到控制模块I ;控制模块I由FPGA和DSP组成，其中，FPGA采用美国ALTERA公司CYCLONE II系列，型号为EP2C20Q240I8N ;DSP采用美国TI 公司的DSP，型号为TMS320F28335。控制模块I还通过外部接口模块4与外部控制模块7 相互连通，且控制模块I还与存储模块8相互连通，其中，控制模块I检测由三相电压采集模块2发送降压后的三相电压信号，控制模块I检测该信号，若出现三相电压缺相事故时， 控制模块I通过外部接口模块4向外部控制模块7发送故障报警信号；同时，控制模块I检测由电流传感器5反馈到控制模块I的电流信号，若出现驱动机构线圈电流过大或过小时， 控制模块I通过外部接口模块4向外部控制模块7发送故障报警信号。[0019]本实用新型所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统中，当外部控制模块7通过外部接口模块4向控制模块I发送移动控制命令后，如提升或下插命令，控制模块I根据移动控制命令信号产生提升或下插一步所要求的驱动机构线圈移动时序电流信号作为要求信号，同时，电流传感器5采集流经驱动机构线圈的实际电流信号作为反馈信号送往控制模块1，在控制模块I内对两种电流信号进行比较，其偏差通过 PID控制算法进行控制，产生用于控制线圈电流的控制信号，该控制信号经过与来自三相电压采集模块2的三相电压信号并在控制模块I中进行同步处理后，作为控制模块I的输出向驱动脉冲放大模块6发送线圈供电电路3中晶闸管触发信号，该信号经过驱动脉冲放大模块6的脉冲放大处理后向线圈供电电路3发送与控制棒电源三相电源相位相对应的晶闸管触发信号，控制棒三相电源经过线圈供电电路3中晶闸管后，向驱动机构线圈提供电流。 整个过程构成一个闭环的线圈电流控制回路。操作员通过控制外部控制模块7，设置控制模块I中所需的控制参数，可以设置PID算法参数，驱动机构线圈要求移动时序电流参数，线圈电流报警阈值等通过修改控制参数，以适用于不同功率等级的核电厂控制棒控制系统， 这些参数的设置存放在存储模块8中。
权利要求1.一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统,其特征在于该控制系统包括控制模块(I)、线圈供电电路(3)、驱动脉冲放大模块(6)以及电流传感器(5)。 其中，控制模块(I)通过驱动脉冲放大模块(6)控制线圈供电电路(3),实现对来自控制棒电源三相电源经过线圈供电电路(3)输入到驱动机构线圈的电流的控制；向线圈供电电路 (3 )供电的控制棒电源三相电源线路同时通过三相电压采集模块(2 )与控制模块(I)相连接；线圈供电电路(3)向驱动机构线圈提供电流的线路上，通过电流传感器(5)与控制模块(I)相连接，将电流传感器(5 )采集的驱动机构线圈电流信号反馈到控制模块(I);控制模块(I)还通过外部接口模块(4)与外部控制模块(7 )相互连通，且控制模块(I)还与存储模块(8)相互连通，用于存储控制模块(I)控制参数。
2.根据权利要求I所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，其特征在于所述的控制模块(I)由FPGA和DSP组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，其特征在于所述的控制模块(I)中的FPGA和DSP可以产生驱动脉冲信号，通过驱动脉冲放大模块(6)，控制线圈供电电路(3)输出至驱动机构线圈的电流。
4.根据权利要求2所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，其特征在于所述的控制模块(I)检测由三相电压采集模块(2)发送采集后的三相电压信号，若出现三相电压缺相事故时，控制模块(I)通过外部接口模块(4)向外部控制模块(7)发送故障报警信号。
5.根据权利要求2所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，其特征在于所述的控制模块(I)检测由电流传感器(5)反馈到控制模块(I)的电流信号，若出现驱动机构线圈电流过大或过小时，控制模块(I)通过外部接口模块(4)向外部控制模块(7)发送故障报警信号。
6.根据权利要求2所述的一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统，其特征在于所述的外部控制模块(7)可以通过外部接口模块(4)设置控制模块(I)中的PID算法参数控制参数、驱动机构线圈要求移动时序电流参数以及线圈电流报警阈值参数。
专利摘要本实用新型涉及控制棒驱动机构电流数字化控制技术领域，具体公开了一种基于FPGA和DSP控制器的核电厂数字化控制棒控制系统。该系统中控制模块通过驱动脉冲放大模块控制线圈供电电路，实现对输入到驱动机构线圈电流的控制；线圈供电电路的上端的电源线路通过三相电压采集模块与控制模块相连；线圈供电电路下端向驱动机构线圈提供电流的线路通过电流传感器与控制模块相连接，将电流传感器采集的驱动机构线圈电流信号反馈到控制模块；控制模块还通过外部接口模块与外部控制模块相互连通，且控制模块还与存储模块相互连通，用于存储控制模块控制参数。该系统结构紧凑、可靠性高、调试维护容易；可以向不同等级功率的核电厂控制棒驱动机构提供稳定的电流。
文档编号G05F1/46GK202735877SQ201220227368
公开日2013年2月13日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者顾国兴, 卜江涛, 匡红波, 章俊武, 项立峥, 杨鸿钧, 张东生 申请人:上海核工程研究设计院, 上海昱章电气成套设备有限公司