FPGA技术在核安全级仪控系统中的应用探讨

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用FPGA实现核电厂安全级I＆C系统过程中的V＆V

用FPGA实现核电厂安全级I＆C系统过程中的V＆V
董治国;姚光霖
【期刊名称】《电脑知识与技术：学术交流》
【年(卷),期】2012(008)011
【摘要】该文在最近发布的IEC 62556标准基础上,比照既有的以计算机为基础的仪控系统的实现经验,分析了独立的确认和验证（V＆V）方法对以FPGA/PLD技术开发核电厂安全级仪控系统的重要性,同时,也给出了具体开发过程中V＆V的实践建议。

最后,简要指出了实现过程中的难点和注意事项。

【总页数】4页(P7578-7580,7584)
【作者】董治国;姚光霖
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.核电厂安全级与非安全级网关通讯系统设计与实现 [J], 罗攀
2.核电厂仪控系统中FPGA的形式验证方法及V&V技术 [J], 朱夕辉
3.用FPGA/CPLD实现工业控制系统功能安全过程中的V模型和V&V技术措施[J], 裘坤;钟珅;毛钦晖;刘黎;赖一宁
4.核电厂数字化安全仪控软件的V&V实现 [J], 刘真;孙永滨;李季学
5.核电厂安全级仪控系统软件概念V&V探讨 [J], 靳津;肖安洪;刘玲霜
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FPGA技术在核电站多样性系统中的应用技术研究

０引言
纵深防御与多样性（ｄｅｆｅｎｓｅ — ｉｎ．ｄｅｐｔｈａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，
传感器参数、不同的技术、不同的逻辑和算法、不同的触动方式等几种方式来达到指定的功能，且多样性的
酰锶左
春需每敌舍成幻马涪左
（北京广利核系统工程有限公司，北京１０００９４）
摘要：针对基于ＣＰＵ技术的数字化核电仪控系统存在共因故障的缺陷，将ＦＰＧＡ技术引入到核电站多样性系统中，使其成为保护系统的后备系统。考虑到ＦＰＧＡ技术和ＣＰＵ技术在运行机制上有很大的区别，进一步提出ＦＰＧＡ技术应用于多样性系统的关键问题和解决方法。分析结果验证了该应用的正确性和可行性，表明了ＦＰＧＡ技术必将成为核电站ＤＣＳ行业发展方向。关键词：核电站现场可编程阵例多样性系统共因故障自诊断
属性包括以下六个方面：人员多样性、设计多样性、软
Ｄ３）是核电站仪控系统重要设计原则之一。而对于仪
控系统的纵深防御来说，一般是通过控制系统、停堆保
件多样性、功能多样性、信号多样性、设备多样性［４。多样性驱动系统（ＤＡＳ）是核电站仪控系统的重要
组成部分．属于非安全系统．主要用于在保护系统发生
护系统、专设安全驱动系统、后备显示与控制系统，主

探讨先进逻辑系统在核电仪控系统中的应用

探讨先进逻辑系统在核电仪控系统中的应用1 引言在工业控制领域，包括核电站仪控系统，普遍采用多层次的冗余来保证特殊测量的有效性。

研制可靠的核电站保护系统的潜在风险之一是使用基于软件的微处理器，软件具有内在的难以解决的运行问题，即使相对简单的系统也需要庞大数量的程序代码，而基于软件的微处理器系统普遍具有独立验证与确认（IV&V）的困难，且存在潜在的软件共模故障风险。

2 先进逻辑系统（ALS）介绍先进逻辑系统（ALS）是一种可用于安全级系统的控制平台，它是一种具有高可靠性和完整性的通用平台。

ALS是一种基于逻辑的平台，该平台使用FPGA 来实现主要的控制功能，系统的运行不依赖微处理器或软件，而是采用了简单的硬件架构。

ALS由输入卡件（IPB）、核心逻辑卡件（CLB）、输出卡件（OPB）、通信卡件（COM）等卡件组成，通过简单的组合及配置即可实现特定的应用功能。

3 ALS平台背景介绍2003年末，美国Wolf Creek核电站由于原有系统的可靠性及老化过时等原因需要更换部分安全相关的I&C系统。

考虑到当时市场上没有可行的解决方案，在2004年初，Wolf Creek核电站与CS Innovations（CSI）公司合作开发一种可以替换安全相关I&C系统的新的方案。

作为这次合作的成果，CSI公司推出了ALS 平台，该平台作为一种通用的安全级平台，可用于核电站安全相关I&C系统。

4 ALS平台架构ALS平台主要由一个或多个ALS机箱及一个组件盘组成。

其中每个机箱最多可插入10块卡件，典型的ALS平台通常配置6-14块卡件，但根据不同的应用要求，通过扩展总线，整个平台最多可配置6个机箱、62块卡件，在最大配置下，每个系统帧的最大速度为10ms；而组件盘包含终端模块、保险丝及其他现场接口硬件等。

ALS机箱为工业标准的19英寸机箱，可安装于广泛存在的19英寸的机柜支架上。

4.1 ALS卡件ALS平台基于通用ALS卡件的组合，通过预先的配置，可满足不用应用的要求。

基于FPGA 的核电安全级DCS保护逻辑组态软件的设计

基于FPGA 的核电安全级DCS保护逻辑组态软件的设计冯勋亮;许元元
【期刊名称】《移动信息》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】核电安全级 DCS 主要用于反应堆保护系统,其功能是在当反应堆超出安全限值范围时,产生控制动作触发反应堆停堆。

相对于传统的 CPU 技术,FPGA 技术实现的 DCS 系统更适用于保护系统。

但通常的 FPGA 应用存在逻辑组态编程对应用工程师要求过高的问题。

为了解决此问题,文章提出控制器和组态软件的基于硬件可编程器件的预开发块的方案,并对核电安全级 DCS 系统的特定要求进行分析,设计了逻辑组态软件中的变量组态、逻辑组态,实现了逻辑监视与调试的功能。

【总页数】3页(P0001-0003)
【作者】冯勋亮;许元元
【作者单位】中核控制系统工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM623
【相关文献】
1.核电厂中基于非安全级DCS设备控制设计
2.基于FPGA的安全级PLM在核电DCS中的应用
3.基于设计分析器的CAP1400核电厂非安全级仪控系统控制逻辑设计验证
4.核电站安全级DCS应用软件逻辑的自动化测试研究
5.核电站安全级DCS系统应用软件逻辑测试方法的研究与优化
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核电fpga应用实例

核电fpga应用实例一、核电概述核电是指利用核能进行能量转换的一种发电方式，通过核反应堆中的核裂变或核聚变过程释放出的能量，转化为电能供人类使用。

核电具有高能量密度、低碳排放、稳定可靠等优势，在解决能源供应和环境问题上起到了重要作用。

二、FPGA简介FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需求进行灵活的电路配置和重构。

FPGA具有可编程性强、逻辑密度高、时序可控等特点，被广泛应用于各个领域的电子系统中。

三、核电FPGA应用实例1. 核电控制系统核电站的控制系统是保证核反应堆安全运行的关键。

FPGA作为核电控制系统的核心部件之一，可以实现多种逻辑电路的配置和控制。

例如，FPGA可以用于核电站的故障诊断和安全保护系统中，监测关键参数并及时采取措施，保证核电站的安全运行。

2. 核电数据采集与处理核电站需要对各种参数进行实时监测和数据采集，以保证核反应堆的正常运行。

FPGA可以用于实时采集和处理各种传感器信号，如温度、压力、流量等。

通过FPGA的高并行性和低延迟特性，可以实现对大量数据的高效处理和分析，提供准确可靠的数据支持。

3. 核电安全监测系统核电站的安全监测系统起到了及时检测和预警的作用，以保证核电站的安全性。

FPGA可以用于核电安全监测系统中的信号处理和预警功能。

通过FPGA的实时性和灵活性，可以实现对各种异常情况的快速响应和处理，确保核电站的安全运行。

4. 核电设备控制核电站内部有各种设备需要进行精确的控制和调节，以保证核反应堆的稳定运行。

FPGA可以用于核电设备控制系统中的逻辑电路设计和控制。

通过FPGA的可编程性和高性能特点，可以实现对核电设备的精确控制和调节，提高核电站的运行效率和安全性。

5. 核电辅助系统核电站还需要配备辅助系统，如冷却系统、供电系统等，以保证核反应堆的正常运行。

FPGA可以用于核电辅助系统中的控制和监测功能。

通过FPGA的灵活性和可编程性，可以实现对辅助系统的高效控制和监测，提高核电站的整体运行效率。

基于FPGA技术的核安全级通讯技术研究

基于ＦＰＧＡ技术的核安全级通讯技术研究
基于ＦＰＧＡ技术的核安全级通讯技术研究
ＲｅｓｅａｒｃｅｖｅｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２基于ＦＰＧＡ技术核安全级通讯技术的实现方案
核安全级控制系统的通讯技术很大程度上决定了整个控制系统的结构、控制方案。比如是采用离散控制、还是分布式控制
等等。
—
供的ＮＵＲＥＧ７００６标准提供的ＩＥＣ６２５６６标准
ＦＰＧＡ技术比微处理器技术具有更好的可靠性和稳定性，且ＦＰＧＡ技术更易于验证。目前国际上，基于ＦＰＧＡ技术的核安
成所需的工作内容。当前活动的工作结果需要进行验证，如果验证通过，则该结果作为下一项活动的输入，继续进行下一项活动，否则返回修改。使用瀑布模型，项目验收和验证的检查点区分明确。每个阶段作为项目验收和验证的一个检查点。且当前一阶段完成后，项目管理团队只需要去关注后续阶段。简单明确的开发流程模型适合对安全和可靠性要求高的核安全系统的开发。

一种基于FPGA的核电厂安全级网络通信系统设计方法[发明专利]

专利名称：一种基于FPGA的核电厂安全级网络通信系统设计方法
专利类型：发明专利
发明人：吴兵伟,刘志凯,王冬,胡义武,郭震,梁成华,魏涛涛,赵爽
申请号：CN201811602120.3
申请日：20181226
公开号：CN109741211A
公开日：
20190510
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于FPGA的核电厂安全级网络通信系统设计方法，包括以下步骤：步骤一、本节点处理FPGA上电读取EEPROM中存储的环形网络属性参数，获取其他节点属性参数信息和本节点属性参数信息；步骤二、本节点应用层获取R‑bus数据包，按照应用层自定义协议数据包格式，给R‑bus数据包加上环网号、节点号、设备类型、环类型、总过环次数、已过环次数、包序号、分帧号和接收R‑bus数据包组成应用层发送数据包，该应用层发送数据包发送至链路层发送数据处理部分。

本发明具有高可靠性和完整性。

采用了基于FPGA技术的硬件架构来实现主要的控制和通信功能，系统的稳定运行不依赖微处理器和软件。

申请人：中核控制系统工程有限公司
地址：100176 北京市大兴区经济技术开发区宏达南路3号
国籍：CN
代理机构：核工业专利中心
代理人：任超
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核电仪控系统核心芯片及相关软件开发应用方案(二)

核电仪控系统核心芯片及相关软件开发应用方案一、实施背景随着中国能源结构的优化调整，核电作为高效、清洁的能源形式，其发展前景日益光明。

然而，要实现核电的广泛应用，仍面临诸多技术挑战，其中最为关键的是核电仪控系统的安全性与可靠性。

为确保核电设施的稳定运行，降低潜在的安全风险，急需对现有的仪控系统进行升级改造。

二、工作原理核电仪控系统核心芯片及相关软件开发应用方案采用了先进的FPGA（可编程逻辑门阵列）技术，通过高度并行的计算模式，实现对核电设施运行状态的实时监控与控制。

具体工作原理如下：1.数据采集：利用布置在核电设施各关键位置的传感器，实时采集温度、压力、流量等关键参数。

2.数据预处理：通过滤波、去噪等算法，对原始数据进行清洗，为后续处理提供准确的基础。

3.数据分析：利用预设的模型和算法，对处理后的数据进行深入分析，提取出关键运行指标。

4.控制指令生成：根据分析结果，生成控制指令，对核电设施的运行状态进行实时调整。

5.安全防护：为确保系统的安全性，方案还设计了一套完整的安全防护机制，包括硬件加密、软件防火墙等。

三、实施计划步骤1.需求分析与设计：对核电仪控系统的需求进行深入分析，确定系统的功能与架构。

2.硬件开发：根据设计要求，开发核心芯片与相关硬件设备。

3.软件开发：编写控制算法、数据处理模型等软件模块。

4.系统集成与测试：将硬件与软件进行集成，进行严格的测试，确保系统的稳定与可靠。

5.现场安装与调试：在核电现场进行设备的安装与调试，确保满足现场运行要求。

6.试运行与评估：进行一段时间的试运行，对系统性能进行全面评估。

7.正式投入使用：经过评估合格后，正式投入使用，为核电的安全运行提供有力保障。

四、适用范围本方案适用于各种类型的核电设施，包括压水堆、沸水堆、重水堆等。

通过对不同堆型的适应性改造，可广泛应用于新一代核电技术的研发与应用。

五、创新要点1.高可靠性设计：采用FPGA作为核心芯片，通过并行计算提高数据处理速度，确保系统的实时性。

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尹室毛从专旅当簧伟左
（环境保护部核与辐射安全中心，北京１０００８２）
摘
要：ＦＰＧＡ技术因其具有集成度高等特点而得到了快速广泛的应用。在核电站仪控系统数字化升级改造过程中，ＦＰＧＡ技术可否
ｕｒｇｅｎｔａｎｄｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｉｃ．ＴｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓｏｆＦＰＧＡａｎｄｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｉｔｉｓｆａｃｉｎｇｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩ＆Ｃｓｙｓｔｅｍｓｏｆｎｕｃｌｅａｒｏｗｅｐｒｓｔａｔｉｏｎ
应用、如何应用已成为一项紧迫研究的重要课题。分析了ＦＰＧＡ的技术特点及其应用于核电站仪控系统中面临的挑战，提出了在使用标准、开发过程、设计技术和工具选用等方面可能的应对措施。最后，对ＦＰＧＡ在国内的后续应用进行了探讨。关键词：ＩＰ核现场可编程门阵列安全级仪控系统软件开发过程硬件描述语言
信号之间的通信；内部连线资源包括各种长度的连线和一些可编程的连接开关，它们用于逻辑块之间、逻辑
块与输输出块之间的连接。
ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ。ａｎｄｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｉｎｕｓｅｏｆｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇａｎｄｔｏｏｌｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｏｐｒｏｓｅｄ．ＮｅｃｅｓｓａｒｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆＦＰＧＡｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｉｓａｌｓｏｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ（ＩＰ）ｃｏｒｅＦｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）Ｉｎｓｔｕｍｅｒｎｔａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ（Ｉ＆Ｃ）ｓｙｓｔｅｍｉｎｓａｆｅｔｙｌｅｖｅｌＳｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｏｃｒｅｓｓＨａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅ（ＨＤＬ）
ＦＰＧＡ技术在核安全级仪控系统中的应用探讨
尹宝娟，等
ＦＰＧＡ技术在核安全级仪控系统中的应用探讨
ｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＰＧＡＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＮｕｃｌｅａｒＳａｆｅｔｙ－ｒｅｌａｔｅｄＩ＆ＣＳｙｓｔｅｍ
０引言
２０世纪８０年代中期发展起来的现场可编程门阵
列（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ），相比于早期
构成了ＦＰＧＡ芯片可编程逻辑的核心部件，是实现用户功能的基本单元：ＩＯＢ用于ＦＰＧＡ芯片内部与外部
ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｉｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ－ａｐｐｌｉｃａｂｌｅｏｒｎｏｔａｎｄｈｏｗｔｏａｐｐｌｙｏｆｔｈｅＦＰＧＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｃｏｍｅａｎ
中图分类号：ＴＰ２９文献标志码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＦＰＧＡｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎｄｅｔｃ．Ｉｎｕｐｇｒａｄｅａｎｄｒｅｖａｍｐｏｆ