以微处理器为基础的多回路过程控制器

本文论述了一种基于微处理器的多回路过程控制器,它很容易在工业应用的许多方面得到利用。以英特尔8085微处理器为核心设计的控制器,在一个装置中就向使用者提供了包括反馈、前馈、比例和级联控制功能的软件包。     

基于FPGA的核电仪控系统发展与自主研发探索

现场可编程门阵列(FPGA)技术在全球核电站仪表和控制系统领域的应用,特别是在安全级控制系统的应用正不断地引起关注。与基于微处理器的控制系统相比,基于FPGA技术的安全级控制系统解决方案具有低复杂度、较高的可测试性、不依赖复杂运行软件以及更易于鉴定等特点。基于FPGA的控制系统为核电站提供了一种满足多样性设计需求、具有成本优势、长周期支持的安全级控制系统解决方案。通过研究对比FPGA技术和CPU技术本身的性能和特点,提出基于FPGA技术开展核电安全级数字化仪控系统平台的技术路线。研判认为,FPGA技术在安全级仪控系统中将迎来新的发展机遇,也将是发展核电的一个突破口。根据我国核电发展的现状和趋势,提出了以满足我国三代或四代核电机组为目标的、基于FPGA的核电仪控系统的自主研发技术路线。     

可在线升级的FPGA并行配置方法的实现

针对基于SRAM结构的FPGA,详细介绍了一种采用可在线升级的SST89V564RD微处理器对其进行上电PPA(被动并行异步)配置,不仅实现了FPGA的在线配置,而且通过微处理器的IAP技术,还能完成FPGA配置信息甚至更换FPGA芯片后整个系统的在线升级.     

一种基于FPGA的SD卡控制器设计方法

针对使用SD卡实现高速大容量数据的存储问题,设计了一种基于FPGA的SD卡控制器。目前使用微处理器驱动SD卡时主要使用SPI模式,但SPI模式存储速度较低,若要实现高速大容量数据的存储,需要开发一种基于SD模式的SD卡控制器。本文选取FPGA进行控制器的设计,将控制器主要分为时钟分频模块、命令响应模块、数据传输模块以及CRC校验模块,并使用ZYNQ7010芯片的FPGA部分进行各个模块的仿真验证,充分利用FPGA的可扩展性及SD模式的存储速度优势,为使用SD卡实现高速大容量数据存储提供支持。     

核电厂基于FPGA的仪控系统网络安全研究

基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的系统解决方案具有设计简单、并行处理能力高、系统可验证、许可成本低等特点,在核电厂仪控系统中得到了广泛应用。在当前核安全监管体系中,与FPGA技术相关的监管要求多聚焦于功能安全,对网络安全的监管要求相对较少,存在安全监管空白和弱项。通过研究、分析FPGA技术自身特点,从产品和系统生命周期的角度,全面梳理和介绍了FPGA技术存在的安全脆弱性、面临的安全威胁和当前主流的安全防御技术。结合当前监管实践,提出核电厂基于FPGA仪控系统的网络安全解决方案。对如何加强基于FPGA仪控系统的网络安全建设提出具体意见和建议,以期提高对基于FPGA技术网络安全工作的全面认识,为进一步提升核电厂网络安全水平奠定基础。     

压水堆核电站数字化仪控系统典型PID控制设计

PID控制器具有原理简单，稳定性强，鲁棒性好，使用方便的优点而被广泛应用。传统核电站的仪控系统采用模拟调节仪表，随着数字化仪控系统（DCS）技术的逐渐成熟，其在核电站的运行和维护中扮演的角色也越来越重要。本文以海南昌江核电站1、2号机组采用的INVENSYS公司IADCS系统为背景，对单回路PID控制和串级PID控制的数字化实现过程进行阐述，针对实现过程中的手／自动切换扰动和PID控制器的正反作用问题给出了解决方案；这对核电站数字仪控系统中PID控制器的研究具有十分重要的意义。     

基于FPGA的CAN总线通信系统

为了克服单片机固有的缺陷,满足航天控制的需求,文章提出了如何利用FPGA采用查询的方式控制CAN控制器SJA1000,从而实现CAN总线数据通信的方法;介绍了该系统的硬件构成、芯片选择和组成原理,对FPGA的控制程序进行了分析和设计;实验结果表明,系统完全满足CAN总线通信要求,与以往基于单片机的CAN总线通信系统相比较,降低了体积、重量和功耗,具有优越性;该设计已成功应用于星载电场仪的地面检测设备中。     

基于嵌入式SOPC的ABS控制器设计

SOPC作为一种特殊的嵌入式微处理器,它融合了SOC和FPGA各自的优点,并具备软硬件在系统可编程、可裁减、可扩充、可升级等功能。利用EDK工具在FPGA上设计了以NIOSII为处理器的嵌入式ABS控制器,说明了控制器的硬件和软件设计,并介绍SOPC嵌入式系统软硬件协同开发的设计方法和流程。     

基于FPGA声学多普勒流速剖面仪的信号处理机设计

针对声学多普勒流速剖面仪的高速信号采集和处理对运算实时性与易升级的需求,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的软硬件协同设计方法。阐述声学多普勒剖面仪的测流原理,选择FPGA作为单一的信号处理器,使用Verilog HDL语言描述易于用硬件实现的模块,如同步采集、低通滤波及复数相关运算等计算量大的模块。采用FPGA内部的MicroBlaze软核作为系统的中央处理器,进行流程控制、分支判断以及调用硬件模块来控制系统回波信号的采集、处理和存储。实验结果表明,FPGA信号处理的实时性满足系统要求,且具有较高的精确性。     

基于FPGA的扭矩转角传感器仿真信号发生器

针对EPS控制器试验台设计中接入扭矩转角传感器存在成本高和微处理器无法输出多路同步SENT信号的问题,设计了基于FPGA的仿真信号发生器来模拟真实扭矩转角传感器输出的6路SENT信号。通过硬件电路设计实现模拟电压、PWM和RS232三种方式输入目标扭矩和转角信号。基于FPGA实现系统的信号采集和数据处理。利用FPGA并行架构设计了通用型SENT协议模块实现多路同步信号的输出,该模块支持节拍时间,帧总长度等多项参数配置。最后,采用逻辑分析仪对输出波形多次测量,验证了系统的精度满足设计要求。     

基于系统工程的核电厂仪控系统设计流程研究

核电厂数字化仪控系统具有设计复杂、结构庞大、集成度高的特点。为了解决设计中由于设计流程不规范、以结果为导向、以施工图设计和管理为重点等而出现的各种综合性问题,研究了在核电厂仪控系统设计流程中使用系统工程的方法。创新性地结合了系统工程方法和核电厂仪控系统全生命周期的模型,重新定义和开发了仪控系统的设计活动,对活动进行统筹规划。建立核电厂仪控系统设计的标准化系统工程体系,可对其进行裁剪,用于指导不同核电项目、不同层次仪控对象的全生命周期设计。基于系统工程的仪控系统设计流程的开发,有利于规范仪控系统设计活动、实现全生命周期的设计管理和维护、提升核电设计和管理能力、提高国际竞争力。     

基于VHDL语言的控制器设计与验证

介绍了设计与MCS8051微处理器指令集完全兼容的微处理器芯片的方法和过程。 设计中采用自上而下的结构化设计方法。利用VHDL语言对目标芯片进行描述仿真，逐步细化 ，最后综合成逻辑级的网表。该文中重点介绍了VHDL结构化层次设计、FPGA验证以及在RTL 级利用VHDL语言对控制器单元的设计。     

面向伺服机器人内部通信的CAN总线节点设计

为简化伺服机器人内部通信结构,增强机器人通信能力,提升处理速度,解决多轴协调控制问题,本文介绍了一种基于NIOSII处理器和FPGA(Field Programmable Gate Array)的用于伺服机器人内部通信的CAN总线节点的设计方法。采用可编程技术和32位高性能NIOSII处理器,以Verilog HDL硬件描述语言实现CAN总线控制器,在一片FPGA芯片内实现了CAN总线节点设计。充分利用NIOSII微处理器的高速运算能力和FPGA逻辑功能由硬件电路实现,计算速度快(纳秒级)的能力,大大简化实际电路,提高了机器人内部通信的灵活性,增强了通信能力。实验表明,该设计的CAN总线节点性能可靠且能代替传统伺服机器人中常使用的专用微控制器芯片,满足伺服机器人中的通信需求。     

核电厂仪控系统全生命周期需求分析的研究

为解决核电厂仪控系统在需求分析方面存在的问题,提出了一种需求分析的理论框架。该框架结合核电厂仪控系统的特点,采用场景分析方法对系统的功能需求、性能需求和安全性需求进行分析。将该方法应用于某研发堆型启堆场景分析中,得出了研究结果。应用结果表明,该方法适用于核电厂仪控系统的需求分析,并具有可操作性和实用性。该方法能够帮助解决跨系统设计中可能出现的问题“涌现”,从而减少现场施工进度的延误和经济成本的增加等问题。研究成果表明,采用基于系统工程国际委员会（INCOSE）技术流程定义的场景分析法可以有效地分析核电厂仪控系统的需求。该方法可以在核电厂仪控系统设计过程中逐步推广,并为提高系统设计的准确性和效率提供参考。通过更好地进行需求分析,可以确保仪控系统在设计和施工阶段的顺利进行,从而提高核电厂的运行效率和安全性、降低成本。     

MBRA在核电厂仪控系统可靠性分析中的应用研究

核电厂仪控系统的可靠性对于核电厂的安全、平稳运行至关重要。为了保证核电厂仪控系统的可靠性,需要在设计过程中对规模庞大且功能复杂的核电厂仪控系统进行可靠性分析。传统的核电厂仪控系统可靠性分析一般基于系统设计文本直接构建可靠性分析模型。模型结构往往与系统结构不匹配,使得模型的构建与检查极为困难。为了解决这个问题,考虑使用基于模型的可靠性评估(MBRA)方法,构建核电厂仪控系统的故障传播模型以进行可靠性分析。使用核电厂仪控系统可靠性分析与设计软件,构建了反应堆保护系统稳压器压力触发安注功能的故障传播模型,对其失效概率进行了故障树分析,并提出了提高安注功能可靠性的改进方式。应用结果表明,使用MBRA方法进行核电厂仪控系统的可靠性分析,降低了可靠性建模的难度,使模型易于检查与确认,提高了可靠性分析的效率、准确性。     

FPGA器件在嵌入式系统中的配置方式的探讨

通过说明FPGA的各种配置方式及各种配置文件的使用,重点探讨了在嵌入式系统中使用FPGA的软硬件设计。使用微处理器在线配置FPGA时,需要将存储在Flash中的配置文件,通过微处理器的I/O口存储到FPGA的数据存储器(SRAM)。文中详述了如何利用FPGA的被动串行方式(PS)配置方式,和根据配置时序实现嵌入式系统中FPGA的配置电路和相应的应用软件的过程。     

32位RISC微处理器FPGA验证平台设计与实现

微处理器的验证工作是一项复杂而重要的工作。针对传统的FPGA验证在板级验证过程中存在不能快速定位错误和调试方法单一等问题,同时结合“龙腾R2”微处理器的验证需求,设计了“龙腾R2”微处理器的FPGA验证平台,在该验证平台上成功进行了指令和VxWorks操作系统的测试。实践表明该验证平台大大缩短了验证周期,整个验证平台原理清晰,结构简单,扩展灵活、方便。     

一种基于LabVIEW FPGA的运载火箭数字量接口测试方法

在运载火箭综合试验过程中,为提高测量系统在综合试验中的数字量接口测试的通用化和自动化水平,该文设计一种基于PXI总线的外系统等效器发送数字量信号模拟源的方法,通过LabVIEW FPGA模块方式来模拟控制系统的加表、陀螺脉冲、计算机字,使用LabVIEW图形化编程方式在上位机在线下载和编译FPGA逻辑,从而实现数字量信号时序逻辑的软件自定义。该方法成功应用于某运载火箭型号测量系统综合试验,易于状态升级需求和移植到其他型号,具备较强的扩展性。     

基于MBSE的核电厂仪控系统设计方法研究

核电厂仪控系统作为大型的复杂系统,其运行场景繁多、逻辑功能和接口关系复杂。以往基于文档的仪控系统设计存在诸多弊端,需通过大量的时间和人力来保证方案的整体性和完整性。通过对核电厂仪控系统设计现有业务流程的研究,结合基于模型的系统工程（MBSE）方法的特点,应用正向设计的逻辑,提出了一种基于MBSE的仪控系统设计方法。该方法描述了核电厂仪控系统的MBSE模型框架,将仪控系统模型分为两层模型架构,即仪控系统总体设计模型和仪控子系统设计模型。各层模型均按照MBSE方法的运行分析、系统分析、逻辑架构设计和物理架构设计的层级进行建模。两层模型之间相互关联。对各层级建模的主要分析和设计要点进行了研究,形成了完整的仪控系统设计模型建模方案。该方案能够指导核电厂仪控系统设计,实现从设计需求到设计实现的完整性。     

一种高速ZBTSRAM控制器设计

FPGA已经在雷达领域得到了广泛应用,然而其内部存储容量通常无法达到系统需求,因此必须为FPGA配置外部高速存储器。本设计采用两片高性能ZBTSRAM作为乒乓缓冲区交替工作,最高访问速率可达133MHz,使FPGA片外总存储容量达到32Mbit,满足设计要求。由于ZBTSRAM具有特殊的访问时序,必须使用FPGA的内部数字时钟管理模块DCM对时钟的相位进行精确控制,同时还要使用时序约束高级设计技术调整控制器的输入输出延时特性,使该控制器能够顺利地在FPGA内部信号处理系统和ZBT芯片之间完成高速数据交换。经过上述优化设计,采用VHDL代码编写可综合代码完成布线,目前该控制器已经成功地在某雷达导引头信号处理机中获得应用,验证了其有效性。