核安全級儀控系統(tǒng)中FPGA技術(shù)的應(yīng)用

謝孟喆

摘 要由于FPGA技術(shù)具有安全性高、成本較低等特點(diǎn)，已經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用到核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中。在該系統(tǒng)當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠保證資源得到更好的利用，提高核安全級儀控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。基于此，本文主要研究核安全級儀控系統(tǒng)中FPGA技術(shù)的具體應(yīng)用，希望能夠給相關(guān)工作人員提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】核安全級儀控系統(tǒng) FPGA技術(shù)

FPGA，主要指的是現(xiàn)場編程門陣列，在PAL、GAL、CPLD等能夠編輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展出來的。FPGA主要應(yīng)用于集成電路中的半定制電路中。在核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠有效保證整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，減少安全事故的發(fā)生，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文主要分析FPGA技術(shù)在核安全級儀控系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而保證核電企業(yè)能夠更加快速的發(fā)展。

1 FPGA技術(shù)的特點(diǎn)

隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對核安全級儀控系統(tǒng)的要求越來越高，為了保證核安全級儀控系統(tǒng)能夠更加安全的運(yùn)行，采用FPGA技術(shù)具有非常重要的作用。在核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，基于CPU的核安全級儀控系統(tǒng)應(yīng)用較多，CPU與其具體軟件在實(shí)際操作系統(tǒng)當(dāng)中，操作方法比較繁瑣，在一定程度上降低其工作效率。基于CPU的核安全級儀控系統(tǒng)操作方法比較復(fù)雜，系統(tǒng)很容易出現(xiàn)共模故障，降低系統(tǒng)的安全性。由于FPGA技術(shù)具有安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，在核安全級儀控系統(tǒng)中，采用該技術(shù)，能夠減少系統(tǒng)中共模故障的出現(xiàn)，提高系統(tǒng)的安全性。FPGA屬于硬件設(shè)備，能夠提高核安全級儀控系統(tǒng)的邏輯性，并充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，保證核安全級儀控系統(tǒng)的可靠性，有效減少共模故障的發(fā)生。

除此之外，與其它技術(shù)相比，F(xiàn)PGA的安全性較高。FPGA主要利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)執(zhí)行命令，很少使用系統(tǒng)中的“高級命令”。核安全級儀控系統(tǒng)在運(yùn)行的過程當(dāng)中，如果采用傳統(tǒng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)黑客很容易攻擊系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的安全性。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，采用FPGA，一旦黑客侵襲，必須具備相應(yīng)的轉(zhuǎn)換工具，而該種轉(zhuǎn)換工具黑客不會輕易獲得，通常是供應(yīng)商采具備這種特殊工具。在FPGA平臺上，可以利用網(wǎng)絡(luò)開關(guān)來控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度，有效降低了系統(tǒng)被黑客侵入的概率，提高系統(tǒng)的安全性。

2 FPGA技術(shù)在核安全級儀控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 FPGA技術(shù)在系統(tǒng)開發(fā)過程中具體應(yīng)用

上個世紀(jì)末，F(xiàn)PGA技術(shù)開始逐漸被人們應(yīng)用到核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，在一些大型的航天領(lǐng)域，采用FPGA技術(shù)，能夠提高核電站的穩(wěn)定性，有效減少了安全事故的發(fā)生，對企業(yè)更好的發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用。在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，F(xiàn)PGA可以看做是一個硬件與軟件結(jié)合在一起的總體，并根據(jù)核安全級儀控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，采用合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與評判制度。

在系統(tǒng)開發(fā)過程當(dāng)中，工作人員需要詳細(xì)了解FPGA的應(yīng)用流程，主要分為9個步驟，分別是應(yīng)用功能定義、計(jì)算設(shè)計(jì)輸入、系統(tǒng)功能仿真、整體優(yōu)化、整體優(yōu)化后的仿真、按照時間順序仿真、系統(tǒng)芯片編程與系統(tǒng)調(diào)試等。將系統(tǒng)中的各個線路進(jìn)行合理的布置，布置完畢后，設(shè)置FPGA系統(tǒng)。在布置線路的過程當(dāng)中，布置原則是根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件將系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)，保證線路布置的合理性。線路布置完畢之后，采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則與評判制度，對線路進(jìn)行二次檢查，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性與可靠性。

2.2 核安全級儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，其設(shè)計(jì)階段具有至關(guān)重要的作用。目前，常見的核安全控制系統(tǒng)產(chǎn)品主要包括ALS平臺與功率控制系統(tǒng)的RADAY平臺。在核安全級儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段采用FPGA技術(shù)，能夠有效保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少電力資源的浪費(fèi)。其具體應(yīng)用流程如下：首先，在網(wǎng)絡(luò)平臺上設(shè)置主線模塊、支線模塊、網(wǎng)絡(luò)電源與電源接口模塊等，并設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)，該開關(guān)能夠準(zhǔn)確控制以上模塊；其次，工作人員需要保持系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行功率，并將功率調(diào)整到規(guī)定數(shù)值，從而提高核安全級儀控系統(tǒng)的可靠性；最后，將系統(tǒng)中的各個模塊進(jìn)行有效連接，可以利用平臺功能，保證控制模塊的穩(wěn)定性。

通過在核安全級儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段應(yīng)用FPGA技術(shù)，能夠有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。相關(guān)工作人員在實(shí)際工作當(dāng)中，需要結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行情況，嚴(yán)格控制系統(tǒng)的運(yùn)行功率與電壓。如果系統(tǒng)中的電壓過高，系統(tǒng)很容易發(fā)生共模故障，嚴(yán)重還會發(fā)生安全事故，影響企業(yè)的正常運(yùn)行。

2.3 開發(fā)語言中的具體應(yīng)用

在核安全級儀控系統(tǒng)系統(tǒng)當(dāng)中，其開發(fā)語言主要指的是硬件描述語言HDL的電路數(shù)字描述語言，采用FPGA技術(shù)，能夠提高系統(tǒng)開發(fā)語言的效率，設(shè)計(jì)人員能夠逐層進(jìn)行設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的系統(tǒng)變得更加簡單。其具體應(yīng)用流程如下：首先，將系統(tǒng)進(jìn)行分層布置；其次，利用電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)工具，在系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行綜合布線；最后，將布置好的線路設(shè)置成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。常用的開發(fā)語言主要包括三種，分別是VHDL、Verilog與HDL等。

根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在核安全級儀控系統(tǒng)開發(fā)語言的過程當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠有效提高電力資源的利用率，還能夠有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際工作當(dāng)中，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格系統(tǒng)線路的安全性，盡量減少安全事故的發(fā)生，從而不斷提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

綜上所述，在核安全級儀控系統(tǒng)當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，不但能夠有效提高核安全級儀控系統(tǒng)的安全性，減少安全事故的發(fā)生，還能夠不斷提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動核電企業(yè)的快速發(fā)展。但是，相關(guān)工作人員在實(shí)際工作當(dāng)中，仍然會遇到很多困難，這就需要工作人員不斷學(xué)習(xí)FPGA技術(shù)的相關(guān)知識，提高自身的職業(yè)技能，推動我國核電企業(yè)能夠穩(wěn)定快速的發(fā)展，提高我國的綜合競爭能力。

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作者單位

鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院 河南省鄭州市 450000