[发明专利]一种DCS容量扩展装置

说明书

本发明公开了一种DCS容量扩展装置，包括：FPGA模块、光纤通信接口电路、LVDS转换电路、通信接口电路、机箱和槽位号接口电路、电气接口电路；作为核电厂数字化仪控系统中主控制器板卡与I/O机箱中I/O类板卡通信的桥梁，通过FPGA完成数据接收与分发、数据汇总与上报，对数据作基本的帧检测与编解码、同时可监控通信链路的连接状态功能；这种支持单配置、主从热备、1oo2D架构的DCS系统扩展装置能实时、可靠地完成主控制器板卡与I/O类板卡间通信扩展功能，满足点对点安全级通信隔离、快速响应的要求，适合在核电厂数字化仪控系统领域使用。

技术领域

本发明涉及核电厂数字化仪控领域，具体地，涉及一种DCS容量扩展装置。

背景技术

核电站数字化控制系统(Digital Control System，简称DCS)是核电站的信息神经和控制中枢，对于保证核电站安全、可靠、稳定和经济运行以及提升生产管理水平都起着至关重要的作用。国内外DCS系统中主控机箱与I/O机箱之间常通过通信扩展装置来实现系统采集数据的扩容，建立上下行数据交互逻辑通道，实现不同机箱中的通信隔离和通信确定性。

随着技术高速发展，在通信的各个领域，数据传输量的速度增长相当迅速，然而数据传输主要决定于数据处理器和传输线路。近些年随着CMOS工艺发展芯片内部时钟频率和微处理器的速度已经达到GHz级，解决了吞吐速率不足的问题。在传输线路方面由于驱动受阻抗约束，片外高速数据的传输常通过大量的并行方式实现的，然后并行数据的高速传输必然要考虑各路信号的传输时钟同步，数据线过多会使得传输损耗增大，所以这种方式只适合于短距离、低速度的传输。

对于系统内部高速数据传输需着重考虑噪声、EMI/EMC、功耗、成本等因素，扩展装置与主控制器板卡位于不同机箱，采用差分串行传输连接将是一种非常合适的解决方案，差分串行传输中不同的总线类型串行传输速率差别很大，现有工业控制中的很多总线如Modbus、Profibus等均存在传输速率过低、CPU处理数据能力不足的缺点，如专利号“201310753272.4”《一种具有多级扩展结构的开放性总线结构》中系统传输数据速率在5Mbps，而且不支持大于255字节的长信息段。

发明内容

本发明提供了一种DCS容量扩展装置，解决了现有的系统传输速率过低、CPU处理数据能力不足的缺点的技术问题，利用高速串行通信接口完成多个信号采集板卡数据的汇集、处理和上传，实现容量扩展的功能。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种DCS容量扩展装置，所述装置包括：

FPGA模块、光纤通信接口电路、LVDS转换电路、通信接口电路、机箱和槽位号接口电路、电气接口电路；其中，FPGA模块与光纤通信接口电路连接，装置通过光纤通信接口电路与主控制器连接；FPGA模块与LVDS转换电路连接，LVDS转换电路与通信接口电路连接，通信接口电路连接至I/O机箱背板；FPGA模块与机箱和槽位号接口电路连接，机箱和槽位号接口电路与电气接口电路连接，电气接口电路连接至I/O机箱背板；所述FPGA模块用于进行数据接收、数据分发、数据汇总、数据上报处理；LVDS转换电路用于信号进行转换。

本申请中的DCS容量扩展装置支持单配置(单主控制器板卡)、主从热备(双主控制器板卡热备冗余)、1oo2D架构，固定放置于I/O机箱特定槽位，单个该装置可支持192点的模拟量或384点的开关量数据收集能力，一方面利用点对点非隔离LVDS与I/O机箱中12张I/O类板卡进行安全、高速、可靠的数据通信以此来完成对采集板卡的数据汇集达到容量扩展的作用，另一方面利用光纤通信技术与主控机箱中主控制器板卡通信完成采集后数据的上传，在数据链路层通过FPGA来完成采集后的高速数据流的处理并使用安全通信协议来保证数据通信的安全，这样减少了系统架构复杂性，实现了安全性、可用性和经济性的平衡。

进一步的，所述装置还包括电源供电电路和电源诊断与故障上报电路，电源供电电路用于为装置提供电能，电源诊断与故障上报电路用于对电源进行诊断，当诊断出故障时进行上报。