本发明属于控制系统dcs仿真器技术领域，具体涉及一种基于fpga的安全级dcs仿真器。
背景技术：
通过安全级dcs仿真器软件，可以不使用实际的硬件设备搭建虚拟的安全级dcs平台。节省了硬件设备和设备安装调试的成本，同时便于模拟安全级平台的设备故障情况，进行故障情况下的保护逻辑的调试验证。
而基于fpga的安全级的dcs的运行机制与传统的基于cpu或者dsp不同的，所以仿真器的设计方法也是不同的。因此，亟需针对基于fpga的安全级dcs进行仿真，而且应该包括对fpga算法执行、站间通信和与工程师站的通信功能的设计。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于fpga的安全级dcs仿真器，以解决上述问题。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于fpga的安全级dcs仿真器，包括通讯模块、仿真器控制模块、算法fpga仿真模块、算法库模块；通过单台机器支持多个虚拟fpga控制器的通讯模块、仿真器控制模块、算法fpga仿真模块和算法库模块的同时运行，实现全站dcs的虚拟运行；其中：
①通讯模块对fpga维护网络协议进行仿真，实现与工程算法调试程序，下装程序及fpga仿真器的运行内存进行通讯；
②仿真器控制模块仿真通讯fpga的功能，通过该模块实现仿真器核心fpga算法执行器与外界的数据交互，调用组态文件下载的函数，fpga算法执行器的状态控制，及fpga变量区与算法执行器之间的数据交换；
③算法fpga仿真模块是fpga控制器执行的核心，通过该模块完成算法模块的调度与数据处理；
④算法库模块实现所有的fpga算法块，外部数据交换接口与fpga完全一致。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，算法fpga仿真模块的仿真运行机制与实际fpga控制器一致。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，算法库模块内部计算法逻辑与fpga的实现方式一致。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，通过上述模块实现对单站fpga运行的仿真，功能包含：维护网络的仿真、fpga控制器模式的控制、算法执行器和算法功能块运行的仿真以及算法调试的支持。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，该仿真器实现的功能之一是：仿真器支撑引擎和算法功能块库的仿真；
算法fpga仿真模块实现fpga控制器中所有功能块的输入、输出和运算逻辑；
仿真器控制模块加载组态编译生成的算法信息，仿真fpga算法执行器的变量输入输出、fpga功能块的调度，包含虚拟控制器的模式切换、内存管理、时钟管理、算法组态解析、算法驱动和模块调度；
仿真器控制模块通过通讯模块仿真的维护网络发送算法块输入输出数据的实时值，以支持算法的监视和调试。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，该仿真器实现的功能之一是：fpga控制器模式控制；
设置fpga仿真器的启停，以及运行的模式；
仿真器控制模块负责切换运行模式包括下装、维护和运行:
下装模式下，通讯模块仿真通过工程师站进行变量和算法编译信息的下装到fpga仿真器；
维护模式和运行模式下，算法fpga仿真模块将fpga逻辑运算结果写入仿真器的变量区和算法数据区；
维护模式下，通讯模式仿真变量区实时值的查询、算法数据区当前页算法块输入输出数据实时值的查询、以及变量区数值强制的仿真；
运行模式下，通讯模块仿真控制器主动广播的变量区实时值信息，以实现算法运行情况的运行时监视。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，该仿真器实现的功能之一是：算法调试支持；
基于虚拟dcs工具软件，结合nicsafeware工程师站工具软件实现算法离线调试和验证支持，在仿真的基础上，算法调试可进行的操作分为两类：周期性数据的读取操作和非周期数据的强制变量操作；
对于保护逻辑中常用的di/do变量，通过仿真工具软件的图形化界面来设置di的值并通过仿真器控制模块将其写入仿真器变量区，之后观察通信模块返回的相应do的输出来进行算法的调试。
进一步的，如上所述的一种基于fpga的安全级dcs仿真器，该仿真器实现的功能包括：
将多个fpga仿真器进程放在一个局域网中，通过仿真器控制模块读取站间通讯的组态配置，仿真不同仿真器变量区的交互，实现仿真fpga控制器间的变量通信；
将fpga通讯模块中的mac地址设为和实际的fpga控制器一致，通过以太网与工程师站连接，代替实际fpga硬件设备进行安全级保护逻辑的调试和验证；
通过仿真器控制模块对仿真器中的设备状态区的诊断标志位进行设置，模拟实际fpga的设备故障和诊断信息，便于故障安全功能的调试和验证。
本发明技术方案的有益效果在于：通过软件仿真器可以在没有实体硬件设备的情况下，实现fpga算法和控制策略的离线验证。节省了硬件设备和设备安装调试的成本，同时便于模拟安全级平台的设备故障情况，进行故障情况下的保护逻辑的调试验证。
附图说明
图1为本发明基于fpga的安全级dcs仿真器示意图。
图中：1通讯模块、2仿真器控制模块、3算法fpga仿真模块、4算法库模块。
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的安全级dcs仿真器，包括通讯模块、仿真器控制模块、算法fpga仿真模块、算法库模块；通过单台机器支持多个虚拟fpga控制器的通讯模块、仿真器控制模块、算法fpga仿真模块和算法库模块的同时运行，实现全站dcs的虚拟运行；其中：
①通讯模块对fpga维护网络协议进行仿真，实现与工程算法调试程序，下装程序及fpga仿真器的运行内存进行通讯；
②仿真器控制模块仿真通讯fpga的功能，通过该模块实现仿真器核心fpga算法执行器与外界的数据交互，调用组态文件下载的函数，fpga算法执行器的状态控制，及fpga变量区与算法执行器之间的数据交换；
③算法fpga仿真模块是fpga控制器执行的核心，通过该模块完成算法模块的调度与数据处理；算法fpga仿真模块的仿真运行机制与实际fpga控制器一致。
④算法库模块实现所有的fpga算法块，外部数据交换接口与fpga完全一致。算法库模块内部计算法逻辑与fpga的实现方式一致。
通过上述模块实现对单站fpga运行的仿真，功能包含：维护网络的仿真、fpga控制器模式的控制、算法执行器和算法功能块运行的仿真以及算法调试的支持。
该仿真器实现的功能包括：
①仿真器支撑引擎和算法功能块库的仿真；
算法fpga仿真模块实现fpga控制器中所有功能块的输入、输出和运算逻辑；
仿真器控制模块加载组态编译生成的算法信息，仿真fpga算法执行器的变量输入输出、fpga功能块的调度，包含虚拟控制器的模式切换、内存管理、时钟管理、算法组态解析、算法驱动和模块调度；
仿真器控制模块通过通讯模块仿真的维护网络发送算法块输入输出数据的实时值，以支持算法的监视和调试；
②fpga控制器模式控制；
设置fpga仿真器的启停，以及运行的模式；
仿真器控制模块负责切换运行模式包括下装、维护和运行:
下装模式下，通讯模块仿真通过工程师站进行变量和算法编译信息的下装到fpga仿真器；
维护模式和运行模式下，算法fpga仿真模块将fpga逻辑运算结果写入仿真器的变量区和算法数据区；
维护模式下，通讯模式仿真变量区实时值的查询、算法数据区当前页算法块输入输出数据实时值的查询、以及变量区数值强制的仿真；
运行模式下，通讯模块仿真控制器主动广播的变量区实时值信息，以实现算法运行情况的运行时监视；
③算法调试支持；
基于虚拟dcs工具软件，结合nicsafeware工程师站工具软件实现算法离线调试和验证支持，在仿真的基础上，算法调试可进行的操作分为两类：周期性数据的读取操作和非周期数据的强制变量操作；
对于保护逻辑中常用的di/do变量，通过仿真工具软件的图形化界面来设置di的值并通过仿真器控制模块将其写入仿真器变量区，之后观察通信模块返回的相应do的输出来进行算法的调试；
④将多个fpga仿真器进程放在一个局域网中，通过仿真器控制模块读取站间通讯的组态配置，仿真不同仿真器变量区的交互，实现仿真fpga控制器间的变量通信；
⑤将fpga通讯模块中的mac地址设为和实际的fpga控制器一致，通过以太网与工程师站连接，代替实际fpga硬件设备进行安全级保护逻辑的调试和验证；
⑥通过仿真器控制模块对仿真器中的设备状态区的诊断标志位进行设置，模拟实际fpga的设备故障和诊断信息，便于故障安全功能的调试和验证。
结合上述具体实施例可知，本发明与现有技术相比的优点在于：
对fpga算法执行器的仿真，其数据处理、算法块的调度的运行机制与实际fpga控制器执行一致。所见即所得，可通过仿真器调试和验证fpga上运行逻辑；
仿真了fpga控制器对各个dcs控制系统中各个设备模块的故障的诊断，可模拟故障状态调试故障安全功能；
仿真了基于数据链路层的维护网络协议，可以无缝的用fpga仿真器代替fpga硬件通过工程师站进行下装和调试操作。