專利名稱:多樣性驅(qū)動das系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號處理技術(shù)，特別涉及一種基于FPGA技術(shù)的多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊。
背景技術(shù)：
在第三代數(shù)字化AP1000核電站控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同的核安全分級，采用安全級和非安全級兩個(gè)不同的平臺實(shí)現(xiàn)安全控制功能。安全級平臺即保護(hù)和安全檢測系統(tǒng)(protection and safety monitoring system, PMS),實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能；非安全級平臺即電廠控制系統(tǒng)(plant control system, PLS),實(shí)現(xiàn)核島/常規(guī)島/電廠配套設(shè)施(balance of plant, BoP)大多數(shù)的控制功能。將這些可能受到共因故障影響的安全功能組合到一起，就組成了多樣性驅(qū)動系統(tǒng)(dispersive actuation system, DAS)。DAS是獨(dú)立于PMS和PLS外的一個(gè)孤立系統(tǒng)。當(dāng)保護(hù)和安全檢測系統(tǒng)出現(xiàn)概率極低的共因故障時(shí)，DAS系統(tǒng)用來觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆和汽輪機(jī)停機(jī)，降低堆芯熔化和安全殼超壓的概率，起到PMS和PLS后備系統(tǒng)的作用。
由于DAS系統(tǒng)是保護(hù)和安全檢測系統(tǒng)PMS和電廠控制系統(tǒng)PLS的備用性系統(tǒng)，因此它采用不同于PMS和PLS的結(jié)構(gòu)、硬件和軟件，這也是AP1000核電站控制系統(tǒng)在提高安全性措施方面的一項(xiàng)重要措施。DAS系統(tǒng)是一個(gè)完全基于硬件的系統(tǒng)，沒有軟件控制，主芯片采用FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)，硬件描述語言選用VHDL和Verilog HDL0所有的通信和數(shù)據(jù)處理功能都是在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊在DAS系統(tǒng)內(nèi)起到輸入熱電偶熱電阻模擬信號，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過RS485或光纖輸出定點(diǎn)數(shù)工程量值，給DAS系統(tǒng)內(nèi)的定值模塊、顯示模塊或者通信模塊。熱電偶熱電阻調(diào)理模塊還可以接收通信模塊傳送來的標(biāo)定值k，b和工程量線形轉(zhuǎn)換A，B值。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對DAS系統(tǒng)與安全檢測系統(tǒng)PMS、電廠控制系統(tǒng)PLS不兼容的問題，提出了一種多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，能夠快速準(zhǔn)確地把熱電偶熱電阻模擬信號轉(zhuǎn)換成工程量值。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，包括以FPGA為核心的FPGA處理模塊、模擬信號調(diào)理模塊、AD采樣模塊、Flash模塊、RS485通信模塊、光纖通信模塊和電源電路，熱電偶和冷端補(bǔ)償模擬信號分別通過兩路模擬信號調(diào)理模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為OV 5V電壓信號送入兩路AD采樣模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號進(jìn)入FPGA處理模塊，F(xiàn)PGA處理模塊同時(shí)讀取Flash模塊內(nèi)存儲的標(biāo)定值，F(xiàn)PGA處理模塊通過UART端口的兩根信號線CE和TXD，輸出到光纖模塊和RS485模塊，光纖模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換為光信號，發(fā)送到遠(yuǎn)程顯示模塊或定值模塊；RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換成差分信號，發(fā)送到通信模塊或者是本地顯示模塊。[0007]所述兩路AD采樣模塊接收到模擬信號后，分別通過兩個(gè)AD芯片將轉(zhuǎn)換為24位原碼，以隔離的兩路SPI串行通信方式發(fā)送到FPGA處理模塊。
所述FPGA處理模塊通過兩通道SPI收發(fā)模塊將AD芯片轉(zhuǎn)換出來的原碼從串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)保存，同時(shí)讀取Flash模塊內(nèi)存儲的標(biāo)定值，對熱電偶和冷端補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)碼進(jìn)行標(biāo)定運(yùn)算，標(biāo)定后的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行40ms/80ms數(shù)字濾波處理，處理計(jì)算的數(shù)據(jù)放入U(xiǎn)ART發(fā)送模塊，UART發(fā)送模塊根據(jù)串口通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA處理模塊的UART輸出端口。
所述光纖模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換成串行信號，再進(jìn)入光纖驅(qū)動，成為光信號。
所述RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號通過磁隔離芯片，進(jìn)入RS485驅(qū)動， 成為差分信號。
所述FPGA處理模塊通過RS485模塊接收從通信模塊發(fā)來的標(biāo)定數(shù)據(jù)和線性轉(zhuǎn)換系數(shù)，并將數(shù)據(jù)保存在Flash模塊的固定地址內(nèi)。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，采用與核電保護(hù)和安全監(jiān)測系統(tǒng)、核電廠控制系統(tǒng)完全不同的設(shè)計(jì)方案，有利于提高AP1000核電系統(tǒng)的安全等級；采用硬件電路和FPGA設(shè)計(jì)，避免了軟件設(shè)計(jì)V&V認(rèn)證，加快了開發(fā)進(jìn)度；調(diào)理模塊采用隔離的RS485通信或光纖通信，提高了系統(tǒng)可靠性；調(diào)理模塊熱電偶和熱電阻精度指標(biāo)高，響應(yīng)速度快，符合IEC584標(biāo)準(zhǔn)。基于FPGA技術(shù)的調(diào)理無論模擬信號采樣精度、采樣速度還是安全性能都具有其他模擬信號調(diào)理模塊所沒有的特點(diǎn)。


圖I為本實(shí)用新型多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示基于FPGA技術(shù)的多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻調(diào)理模塊原理框圖，包括以FPGA為核心的FPGA處理模塊I、模擬信號調(diào)理模塊7、AD采樣模塊2、Flash模塊3、RS485通信模塊4、光纖通信模塊5和電源電路6 ；
實(shí)施例一-帶冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕寄M信號調(diào)理功能
當(dāng)輸入的模擬信號是熱電偶(T型、K型、E型、N型、J型、B型、S型、R型)及其Cu50類型的冷端補(bǔ)償模擬信號時(shí)，首先通過2路模擬信號調(diào)理模塊7，把模擬信號處理為OV 5V電壓信號分別送入2片AD采樣模塊2，接收到模擬信號后AD芯片將分別其轉(zhuǎn)換為24位原碼，以隔離的2路SPI串行通信方式發(fā)送到FPGA，SPI的隔離采用磁耦，保證了現(xiàn)場信號與控制電路相互隔離，相互獨(dú)立。FPGA通過2通道SPI收發(fā)模塊將AD芯片轉(zhuǎn)換出來的原碼從串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)保存，取24位中的高16位進(jìn)行碼值轉(zhuǎn)換，確保精度，從原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼，方便數(shù)據(jù)運(yùn)算，同時(shí)讀取Flash內(nèi)存儲的標(biāo)定值kp Id1和k2、b2，對熱電偶的補(bǔ)碼進(jìn)行klX+bi的標(biāo)定運(yùn)算，對冷端補(bǔ)償Cu50的補(bǔ)碼進(jìn)行k2x+b2的標(biāo)定運(yùn)算，標(biāo)定后的2路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行40ms/80ms數(shù)字濾波處理，增加數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。之后將這2路數(shù)據(jù)相加，得到補(bǔ)償后的熱電偶信號，以此作為熱電偶非線性反查表的地址，在Flash中讀取該地址所對應(yīng)的
16位數(shù)據(jù)，即為熱電偶的2字節(jié)實(shí)際工程量值，然后補(bǔ)上I字節(jié)的固定小數(shù)點(diǎn)位，其中熱電
偶信號工程量值無小數(shù)點(diǎn)。小數(shù)點(diǎn)字節(jié)的定義見下表
權(quán)利要求
1.一種多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，包括以FPGA為核心的FPGA處理模塊、模擬信號調(diào)理模塊、AD采樣模塊、Flash模塊、RS485通信模塊、光纖通信模塊和電源電路，其特征在于，熱電偶和冷端補(bǔ)償模擬信號分別通過兩路模擬信號調(diào)理模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為OV 5V電壓信號送入兩路AD采樣模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號進(jìn)入FPGA處理模塊，F(xiàn)PGA處理模塊同時(shí)讀取Flash模塊內(nèi)存儲的標(biāo)定值，F(xiàn)PGA處理模塊通過UART端口的兩根信號線CE和TXD，輸出到光纖模塊和RS485模塊，光纖模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換為光信號，發(fā)送到遠(yuǎn)程顯示模塊或定值模塊；RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換成差分信號，發(fā)送到通信模塊或者是本地顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，其特征在于，所述兩路AD采樣模塊接收到模擬信號后，分別通過兩個(gè)AD芯片將轉(zhuǎn)換為24位原碼，以隔離的兩路SPI串行通信方式發(fā)送到FPGA處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，其特征在于，所述FPGA處理模塊通過兩通道SPI收發(fā)模塊將AD芯片轉(zhuǎn)換出來的原碼從串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)保存，同時(shí)讀取Flash模塊內(nèi)存儲的標(biāo)定值，對熱電偶和冷端補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)碼進(jìn)行標(biāo)定運(yùn)算，標(biāo)定后的兩路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行40ms/80ms數(shù)字濾波處理，處理計(jì)算的數(shù)據(jù)放入U(xiǎn)ART發(fā)送模塊，UART發(fā)送模塊根據(jù)串口通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA處理模塊的UART輸出端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，其特征在于，所述光纖模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉(zhuǎn)換成串行信號，再進(jìn)入光纖驅(qū)動，成為光信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，其特征在于，所述RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號通過磁隔離芯片，進(jìn)入RS485驅(qū)動，成為差分信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，其特征在于，所述FPGA處理模塊通過RS485模塊接收從通信模塊發(fā)來的標(biāo)定數(shù)據(jù)和線性轉(zhuǎn)換系數(shù)，并將數(shù)據(jù)保存在Flash模塊的固定地址內(nèi)。
專利摘要
本實(shí)用新型涉及一種多樣性驅(qū)動DAS系統(tǒng)熱電偶熱電阻模擬信號調(diào)理模塊，熱電偶和冷端補(bǔ)償模擬信號分別通過兩路模擬信號調(diào)理模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為0V～5V電壓信號送入兩路AD采樣模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號進(jìn)入FPGA處理模塊，F(xiàn)PGA處理模塊同時(shí)讀取Flash模塊內(nèi)存儲的標(biāo)定值，F(xiàn)PGA處理模塊通過UART端口的兩根信號線CE和TXD，輸出到光纖模塊和RS485模塊，光纖模塊將信號轉(zhuǎn)換為光信號送到遠(yuǎn)程顯示模塊或定值模塊；RS485模塊將信號轉(zhuǎn)換成差分信號送到通信模塊或者是本地顯示模塊。有利于提高AP1000核電系統(tǒng)的安全等級；提高了系統(tǒng)可靠性；調(diào)理模塊熱電偶和熱電阻精度指標(biāo)高，響應(yīng)速度快，符合IEC584標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號G21D3/04GKCN202435387 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201120532654
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月19日
發(fā)明者余小鵬, 孫旭華, 易鈴芳, 李煒瑋, 楊德甫, 楊振榮, 楊燁, 王鑫, 邵繼紅 申請人:上海自動化儀表股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan