[發明專利]多樣性驅動DAS系統熱電偶熱電阻模擬信號調理卡件

有效

• 申請號: 201310748576.1
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103744330A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 李煒瑋;許大慶;包偉華;朱強;孫旭華;邵繼紅
• 申請（專利權）人: 上海自動化儀表股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 俞宗耀;俞昉

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種基于FPGA技術的多樣性驅動DAS系統熱電偶熱電阻模擬信號調理卡件。

背景技術

在第三代數字化AP1000核電站控制系統中，根據不同的核安全分級，采用安全級和非安全級兩個不同的平臺實現安全控制功能。安全級平臺即保護和安全檢測系統?(protection?and?safety?monitoring?system，PMS)，實現反應堆保護系統的功能；非安全級平臺即電廠控制系統（plant?control?system,PLS），實現核島/常規島/電廠配套設施?(balance?of?plant，BoP)大多數的控制功能。將這些可能受到共因故障影響的安全功能組合到一起，就組成了多樣性驅動系統?(dispersive?actuation?system,DAS)。DAS是獨立于PMS和PLS外的一個孤立系統。當保護和安全檢測系統出現概率極低的共因故障時，DAS系統用來觸發反應堆緊急停堆和汽輪機停機，降低堆芯熔化和安全殼超壓的概率，起到PMS和PLS后備系統的作用。

由于DAS系統是保護和安全檢測系統PMS和電廠控制系統PLS的備用性系統，因此它采用不同于PMS和PLS的結構、硬件和軟件，這也是AP1000核電站控制系統在提高安全性措施方面的一項重要措施。DAS系統是一個完全基于硬件的系統，沒有軟件控制，主芯片采用FPGA（現場可編程門陣列），硬件描述語言選用VHDL和Verilog?HDL。所有的通信和數據處理功能都是在FPGA內實現。

熱電偶熱電阻模擬信號調理卡件在DAS系統內起到輸入熱電偶熱電阻模擬信號，并進行轉換，通過RS485或光纖輸出定點數工程量值，給DAS系統內的定值模塊、顯示模塊或者通信模塊。熱電偶熱電阻調理卡件還可以接收通信模塊傳送來的標定值k，b和工程量線形轉換A，B值。

發明內容

本發明是針對DAS系統與安全檢測系統PMS、電廠控制系統PLS不兼容的問題，提出了一種多樣性驅動DAS系統熱電偶熱電阻模擬信號調理卡件，能夠快速準確地把熱電偶熱電阻模擬信號轉換成工程量值。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種多樣性驅動DAS系統熱電偶熱電阻模擬信號調理卡件，包括以FPGA為核心的FPGA處理模塊、模擬信號調理卡件、AD采樣模塊、FRAM模塊、RS485通信模塊和電源電路，其特征在于：熱電偶模擬信號通過四路隔離模擬信號調理卡件轉換為0～60mV電壓信號后送入四路隔離AD采樣模塊進行模數轉換，輸出數字信號進入FPGA處理模塊；熱電阻模擬信號通過四路隔離模擬信號調理卡件轉換為18.52～329.64Ω電阻信號后送入四路隔離AD采樣模塊進行模數轉換，輸出數字信號進入FPGA處理模塊；冷端補償模擬信號進入單路模擬信號調理卡件直接轉化為溫度工程量數據后送入單路隔離AD采樣模塊進行模數轉換，輸出數字信號進入FPGA處理模塊；FPGA處理模塊同時讀取FRAM模塊內存儲的標定值，FPGA處理模塊通過UART端口的兩根信號線CE和TXD，輸出到RS485模塊，RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號轉換成差分信號，發送到通信模塊或者是本地顯示模塊。

所述四路熱電偶電壓信號隔離AD采樣模塊和四路熱電阻電阻信號隔離AD采樣模塊接收到模擬信號后，分別通過八個隔離的AD芯片轉換為24位原碼，以隔離的八路SPI串行通信方式發送到FPGA處理模塊。

所述FPGA處理模塊通過八通道SPI收發模塊將AD芯片轉換出來的原碼從串行數據轉換成并行數據保存，同時讀取FRAM模塊內存儲的標定值，對熱電偶和冷端補償的補碼進行標定運算，標定后的八路數據分別進行40ms/80ms數字濾波處理，處理計算的數據放入UART發送模塊，UART發送模塊根據串口通信協議，將數據發送到FPGA處理模塊的UART輸出端口。

所述RS485模塊將CE和TXD信號線得來的信號通過磁隔離芯片，進入RS485驅動，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來的標定數據和線性轉換系數，并將數據保存在FRAM模塊的固定地址內。