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基于FPGA的反应堆控制保护系统的设计 - 全文

发布时间:2018-06-01 17:11 来源:未知 编辑:admin

  在基于现场可编程门阵列(FPGA)的反映堆节制庇护体系设想中,针对各类电子设施的电磁滋扰,通过在硬件设想中采用信号断绝、消噪、消激和阈值调理电路等抗滋扰办法,并操纵软件提高抗滋扰威力,实现了电磁兼容性设想,为反映堆节制庇护体系供给了较强的抗电磁滋扰威力,确保了反映堆的平安、靠得住和不变运转。

  电磁兼容性是指电子设施所拥有的抑止外部电磁滋扰的威力,同时该设施发生的电磁滋扰应低于划定的限度,不克不及影响统一电磁情况中其他电子设施的一般事情。跟着电子设施的日益普及,电磁滋扰日益严峻,电磁兼容性的设想变得愈加主要。电磁兼容性设想是一项庞大的体系工程,设想中要参照现实电磁情况提出具体要求,进而提来由理的手艺办法。

  反映堆节制庇护体系所涉及的电子设施品种繁多,内部电路庞大,包罗数字信号处置体系、输入/{畲出通道、数字显示安装、接口电路、驱动电路、节制模块及稳压电源等,是模仿与数字电路并存、硬件与软件相连系的同一体。电子设施的电磁滋扰不只分歧水平地影响反映堆平安主要设施和体系的功效,并且还可能对反映堆的平安运转形成要挟。为了提高节制庇护体系的靠得住性,必需无效抑止各类电磁滋扰、优化电路设想和软件设想,包管反映堆平安靠得住运转。本文针对基?

  于现场可编程门阵列(FPGA)的反映堆节制庇护体系,提出了电磁兼容性的设想与实现方式,以包管体系拥有较强的抗滋扰威力。

  反映堆节制庇护体系采用交换供电,电网品质间接影响体系事情的不变性。电网滋扰包罗浪涌电压和电磁滋扰。体系事情现场的大功率电气设施在启动或遏制时,会发生几百伏、以至上千伏的浪涌电压并伴有火花滋扰。

  传输线滋扰是在输入、输出线上构成的滋扰。对付反映堆体系,从传感器、探测器传输的各类模仿信号有十多条,从节制台、节制柜传输的开关量信号有几十个,传输线长度达几十米至上百米。这就很容易将事情现场的滋扰引入体系中。

  任何~台正在事情的仪器,其自身就是一个滋扰源,滋扰信号包罗由继电器发生的火花放电滋扰、自激振荡、尖峰滋扰、噪声电压等。

  在节制庇护体系设想中,基于FPGA的每套仪器(包罗平安庇护体系、脉冲棒节制体系、报警体系、定标庇护仪、暗码权限单位)都是以FPGA为焦点的可编程片上体系(SOPC)嵌入式体系,要领受来自节制台或者从其他仪器传输过来的开关量输入信号,以及从传感器传输来的模仿信号和脉冲信号,同时又要输出主要的节制信号到有关仪器仪表或近程设施作为信号源。

  为了避免噪声跟着信号一路传输进入仪器内部,每套仪器采用直流值流电源变换器将电源断绝,并在信号输入、输出通道中采用光耦合器,使开关量信号与FPGA的输入/输出信号断绝,不受电磁滋扰的影响。图1为信号断绝电路。

  在电路设想中,用到了大量的数字仪表节制设施,而每个数字仪表节制设施自身都是一个脉冲滋扰源,会通过电源线彼此滋扰。处理法子是采用去耦旁路办法,即在印制板电源进线 V的钽电容进行电源退耦,同时在每个芯片的电源进线虾的高频、低漫衍电感的陶瓷电容。

  为了提高体系的抗滋扰威力,电路当选用了噪声容限最高的互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路、低噪声的金属膜电阻以及钽电容。

  对付电路中使用的运算放大器和交/直流转换器,其速率越高,越容易受电磁滋扰的影响。因为设想时对速率要求不高,采用了非高速运算放大器和交/直流转换器,以低落受滋扰影响的水平。

  3.3.1 自引发生的缘由对付引入了负反馈的放大电路,其输入寄生电容(包罗运算放大器的输入电容和布线漫衍电容)与反馈电阻将构成一个滞后收集,惹起输出电压相位滞后。保护系统的设计 - 全文当输入信号频次很高时,寄生电容的旁路感化使放大器的高频相应变差,从而影响电路的不变性。

  别的,在放大电路输出端具有输出负载电容(包罗寄生电容),与输出电阻配合形成附加相移,这个附加相移的累加可能发生寄生振荡,使放大器事情极不不变。

  基于以上2种要素,在没有输入信号进入放大电路时,放大器却有输出信号,这就表白体系发生了自激,必需消弭。

  在图2所示的放大器电路设想中,通过在负反馈回路的电阻上并接弥补电容C66,与输入电阻一路弥补附加的滞后相位,能够无效消弭寄生振荡川。同时,在放大电路输出端串联一个电阻R159,使负载电容与放大电路相断绝。通过采用恰当的弥补方式,处理了自激振荡问题。

  在基于FPGA的节制庇护体系设想中,平安庇护体系、报警体系、脉冲棒节制体系等子体系内部都含有阈值调理电路,对输入的信号进行鉴别,实现响应的定值庇护、定值报警以及节制。而外部输入的模仿信号中可能同化噪声和滋扰,使比力器在阈值左近呈现反复翻转,形成体系不不变,抗滋扰威力差。在现实设想中,采用集成放大器芯片形成迟滞比力器。

  在图3中,电阻R150、KWl、R152将输出电压的一部门反馈到比力器的同相输入端,成立比力器的外部滞回电压,可按照需求调理阈值。因为上、下门限电乎不重合,在识别凹凸电日常平凡有较强的抗滋扰威力。

  在基于FPGA的节制庇护体系设想中,每种子体系都有手动节制的按钮、按键。在操作时,因为机器触点的弹性及电压突跳等缘由,在触点闭合或开启的霎时会呈现电压发抖,使得输入信号中具有噪声,若是不进行消抖处置,体系可能。

  在节制庇护体系设想中,采用FPGA设想了弹跳消弭电路(图4)。通过设想一个计数器,将按键使能信号key_pressed作为计数器的重置输入key_pressed=0时,计数器起头对采样脉冲计数。只要在采样时间内(此处设置为10ms)持续计数到达足够次数时以为按键按下(即key_pressed=0)无效,不然视为有效,计数器置0,从头对按键使能信号key_pressed进行收罗、识别。如许就能够将短时间内key_pressed=0的环境滤除掉,避免按键按下时发生的发抖效?

  事情现场具有空调、电焊、电钻等大功率滋扰源。这些设施的启动或遏制霎时,会发生浪涌电压并伴有火花滋扰,通过电源线进入设施。这些滋扰仅靠电容无奈消弭。因而,在抗滋扰设想中,利用了FPGA建立数字滤波电路的方式。

  在基于FPGA的节制庇护体系中,对输入开关量信号的相应时间要求不高,采用了与前述弹跳消弭电路类似的设想方式。设想一个计数器,目标是避免尖峰滋扰效应使输入信号signal_in产生不需要的变迁,而形成反复统计输入信号次数的成果。因而,将signal_in作为计数器的重置输入,在有输入信号(即signal_in=1)时,对采样脉冲起头计数;只要在采样时间内(此处设置为1s)持续计数到达足够次数时以为信号无效,不然视为有效。针对分歧的尖峰滋扰,能够设置分歧的采样时间,如许就能够将signal_in在短时间内变为l的环境滤除掉,从而消弭不不变的尖峰滋扰。

  输入信号signal_in上的尖峰滋扰颠末滤波后,获得了清洁的输出信号signal_out,证明了插手滤波的数字电路能够无效提高体系的抗滋扰机能,只要实在的输入信号才能对设施发生影响。

  可是,颠末滤波后的信号相应时间比力长。若是体系对信号相应时间要求很高,这种软件滤波的方式不再合用,这时采用底盘装置插头集成有电源滤波器的地线,能够无效削弱滋扰源在电源3条线上的滋扰,提高设施的抗滋扰机能。

  电磁兼容性设想是包管体系平安不变的主要目标。参照现实的电磁情况,采用了断绝、消噪、退耦、消弭自激振荡、成立迟滞回路、滤波等软硬件相连系的手艺路子,取舍了噪声容限高的电子器件,基于FPGA的反应堆控制在分歧水平上对分歧的电磁滋扰进行减弱,使基于FPGA的反映堆节制庇护体系的抗滋扰威力获得了较大提高,有益于包管反映堆的不变靠得住运转。

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