核级现场总线接口卡的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文核级现场总线接口卡的研究摘要数字化仪表和控制（I&C）系统由于其众多优点已在核电站（NPP）得到成功应用。在数字化仪控中，网络通信是极其关键的，而现场总线既可用于核电站常规仪控系统最底层的现场设备互联，也可用于核电站安全仪控系统内自动控制级各不同功能计算机模块之间的连接，实现通道内及冗余通道间的通信。因此，开发通信接口使得现场设备和功能计算机具有与现场总线通信的能力显得很有意义。为了保证基于计算机软件的核级数字化设备达到足够的可靠性，除了设备本身（包括相应的硬件和软件）高可靠性外，在

2、很大程度上还取决于系统的设计，包括它的技术方案、体系结构等，特别是要遵循各种核电安全标准和设计准则。同时，核级数字化设备在开发过程方面还需要专门的验证与确认（V＆V）过程，来检验和证明设备的性能和质量，以及保证相应的要求已正确实现。因此，设计的接口卡要同时满足现场总线通信要求和核电安全级要求。本文进行了核级现场总线接口卡的总体设计，详细介绍了如何把各种标准和导则提出的安全设计准则和安全要求应用在核级现场总线接口卡的软硬件开发上。设计的接口卡采用了比较电路和双通道机构，使得接口卡具有自行监控功能，因而是故障安

3、全的，同时又采用了热机双备的容错设计方法，所以接口卡具有足够高的安全可靠性。本文还制定了简单的开发计划和V＆V计划。由于PROFIBUS现场总线在核电站领域得到成功应用，所以本文具I上海交通大学硕士学位论文体开发基于PROFIBUS-DP现场总线的接口卡。核电站仪控系统中很多现场设备和功能计算机只具有RS232串行口，这类设备无法同PROFIBUS总线开放互连和实现现场分布式控制。因此，本文设计的接口卡用于实现RS232接口设备和PROFIBUS-DP总线互连。从研究PROFIBUS-DP现场总线技术入手，

4、结合核级标准和要求，具体给出了接口卡的硬件设计方案和软件设计方案,其中，现场总线协议的实现使用了专门的通信协议控制芯片。硬件设计给出了完整的电路图，详细介绍了各个主要模块；软件设计采用模块化结构编程方法，给出了主程序和子程序的流程图。最后，对接口卡进行了故障模式影响及危害度分析（FMECA）、故障树分析（FTA）和可靠性计算，得出了接口卡满足核电站安全可靠要求的结论。关键词：核级标准，现场总线，通信接口，安全可靠，容错，PROFIBUS-DPII上海交通大学硕士学位论文OnSafetyFieldbus-ba

5、sedInterfaceCardforNuclearPowerPlantABSTRACTDigitalInstrumentandControl(I&C)systemshavebeenusedsuccessfullyinNuclearPowerPlant(NPP),becauseoftheirgreatmerits.ItisessentialtonetworkcommunicateinI&Csystem.FieldbuscanbeusedinthebottomlayerofgeneralI&Csystemto

6、interlinkfielddevices,andalsocanbeusedtoconnectallkindsoffunctionalcomputerstorealizecommunicationinachannelandbetweenredundantchannels,whichareintheautomaticcontrollevelofsafetyI&Csystem.Soitismeaningfultodevelopcommunicationinterfacetomakefielddevicesand

7、functionalcomputersbecapableofcommunicating.Tomakenucleargradedigitaldevicesbasedonsoftwaretohaveenoughreliability,exceptfordevicesitself(includinghardwareandsoftware)havinghighreliability,italsomuchlieonthesystemdesign,includingitstechnicalproposalandarch

8、itectureetc.,especiallytofollowallkindsofsafetystandardsanddesigncriterias.Atthesametime,inthedevelopprocedureofnucleargradedigitaldevices,itisnecessarytohavespecialverificationandvalidation(V＆V)procedure,toc