專利名稱：基于fpga和dsp控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
CN 202735877 U書明說1/3頁基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于核電廠控制棒驅(qū)動機構(gòu)電流數(shù)字化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]控制棒驅(qū)動機構(gòu)的可靠運行是保證核電站安全性和經(jīng)濟性的重要因素。本質(zhì)上講，控制棒驅(qū)動機構(gòu)是一類電磁起重裝置，需要相應(yīng)的供電裝置為其運行提供連續(xù)可調(diào)的電流。核電廠控制棒控制系統(tǒng)可以向控制棒驅(qū)動機構(gòu)提供滿足要求的電流，其控制系統(tǒng)的工作原理是接收來自上游系統(tǒng)的控制信號及驅(qū)動機構(gòu)的電流反饋信號，根據(jù)這些控制信號、電流反饋信號以及預(yù)先設(shè)置的電流時序生成晶閘管控制極驅(qū)動脈沖使整流電路產(chǎn)生滿足要求的電流供給控制棒驅(qū)動機構(gòu)，控制棒驅(qū)動機構(gòu)的機械部件在磁力作用下有序動作， 進而帶動控制棒動作，最終完成核電廠核功率調(diào)節(jié)。[0003]原有的控制棒控制系統(tǒng)基于分立器件構(gòu)成的模擬電路。這種類型的設(shè)備空間利用率低下；對電磁兼容考慮較少；為調(diào)節(jié)和測試引入大量鍵鈕開關(guān)和電位器，造成可靠性、穩(wěn)定性下降，調(diào)試及檢修不方便；最為不便的是一旦電路成形，功能便基本固化，幾乎沒有任何更新完善的空間。發(fā)明內(nèi)容·[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，解決基于分立器件模擬電路構(gòu)成的控制棒控制系統(tǒng)中，設(shè)備數(shù)量多，在調(diào)節(jié)和測試而引入大量鍵鈕開關(guān)和電位器所造成可靠性、穩(wěn)定性的下降；以及功能固化，不能完善擴展功能的問題。[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制模塊、線圈供電電路、驅(qū)動脈沖放大模塊以及電流傳感器， 其中，控制模塊通過驅(qū)動脈沖放大模塊控制線圈供電電路，實現(xiàn)對來自控制棒電源三相電源經(jīng)過線圈供電電路輸入到驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流的控制；向線圈供電電路供電的控制棒電源三相電源線路通過三相電壓采集模塊與控制模塊相連接；線圈供電電路向驅(qū)動機構(gòu)線圈提供電流的線路上，通過電流傳感器與控制模塊相連接，將電流傳感器采集的驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號反饋到控制模塊；控制模塊還通過外部接口模塊與外部控制模塊相互連通，且控制模塊還與存儲模塊相互連通，用于存儲控制模塊控制參數(shù)。[0006]所述的控制模塊由FPGA和DSP組成。[0007]所述的控制模塊中的FPGA和DSP可以產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，通過驅(qū)動脈沖放大模塊，控制線圈供電電路輸出至驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流。[0008]所述的控制模塊中的FPGA和DSP根據(jù)外部控制模塊通過外部接口模塊提供的移動控制命令信號，產(chǎn)生控制棒提升或下插一步所要求的驅(qū)動機構(gòu)線圈移動時序電流信號。[0009]所述的控制模塊中的FPGA和DSP對由電流傳感器輸入的驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號3進行采集和處理，并與要求的驅(qū)動機構(gòu)線圈移動時序電流信號進行比較后，采用PID算法對驅(qū)動機構(gòu)線圈電流進行閉環(huán)控制，并產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，通過驅(qū)動脈沖放大模塊，控制線圈供電電路輸入到驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流。[0010]所述的控制模塊檢測由三相電壓采集模塊發(fā)送采集后的三相電壓信號，若出現(xiàn)三相電壓缺相事故時，控制模塊通過外部接口模塊向外部控制模塊發(fā)送故障報警信號。[0011]所述的控制模塊檢測由電流傳感器反饋到控制模塊的電流信號，若出現(xiàn)驅(qū)動機構(gòu)線圈電流過大或過小時，控制模塊通過外部接口模塊向外部控制模塊發(fā)送故障報警信號。[0012]所述的外部控制模塊可以通過外部接口模塊設(shè)置控制模塊中的PID算法控制參數(shù)、驅(qū)動機構(gòu)線圈要求移動時序電流參數(shù)以及線圈電流報警閾值參數(shù)。[0013]所述的控制模塊由FPGA和DSP組成，其中，F(xiàn)PGA采用美國ALTERA公司CYCLONE II系列，型號為EP2C20Q240I8N，DSP采用美國TI公司的DSP，型號為TMS320F28335。[0014]本實用新型的顯著效果在于本實用新型所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字 化控制棒控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的控制方式實現(xiàn)驅(qū)動機構(gòu)線圈電流的控制，通過該數(shù)字化控制器產(chǎn)生控制棒提升或下插一步所要求的驅(qū)動機構(gòu)線圈移動時序電流信號，并對驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號進行采集和處理，與要求的驅(qū)動機構(gòu)線圈移動時序電流信號進行比較后，采用PID算法產(chǎn)生α控制角，并通過與棒電源三相電源進行同步后產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號控制驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流，從而形成線圈電流的閉環(huán)控制；該數(shù)字化控制器還實現(xiàn)對三相電源缺相、線圈電流過大或過小等故障進行報警；另外通過人機接口界面可實現(xiàn)控制器中控制參數(shù)的設(shè)置。相對目前國內(nèi)采用模擬卡件的控制棒控制系統(tǒng)而言，本系統(tǒng)采用數(shù)字化控制器后大大減少了設(shè)備數(shù)量，提高了設(shè)備的可靠性和可擴展性。此外本系統(tǒng)通過人機接口界面控制參數(shù)的設(shè)置和修改后可以向不同等級功率的核電廠控制棒驅(qū)動機構(gòu)提供穩(wěn)定的電流，具有很好的適用性。并通過人機接口界面進行控制、調(diào)試及維護，大大減少了操縱人員的工作和維護費用。


[0015]圖I為本實用新型所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[0016]圖中1、控制模塊；2、三相電壓采集模塊；3、線圈供電電路；4、外部接口模塊；5、 電流傳感器；6、驅(qū)動脈沖放大模塊；7、外部控制模塊；8、存儲模塊。
具體實施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。[0018]如圖I所不,一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng),包括控制模塊I、線圈供電電路3、驅(qū)動脈沖放大模塊6以及電流傳感器5 ;控制模塊I通過驅(qū)動脈沖放大模塊6控制線圈供電電路3，實現(xiàn)對來自控制棒電源三相電源經(jīng)過線圈供電電路3 中的晶閘管，輸入到驅(qū)動機構(gòu)線圈電流的控制；同時，向線圈供電電路3的供電的控制棒電源三相電源線路通過三相電壓采集模塊2與控制模塊I相連接，利用三相電壓采集模塊2 向控制模塊I發(fā)送降壓后的三相電壓信號，控制模塊I對該信號進行同步處理，從而實現(xiàn)控制模塊I控制線圈供電電路3中晶閘管與控制棒電源三相電源的同步控制；線圈供電電路·3向驅(qū)動機構(gòu)線圈提供電流的線路上 ，通過電流傳感器5與控制模塊I相連接，將電流傳感器5采集的驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號反饋到控制模塊I ;控制模塊I由FPGA和DSP組成，其中，F(xiàn)PGA采用美國ALTERA公司CYCLONE II系列，型號為EP2C20Q240I8N ;DSP采用美國TI 公司的DSP，型號為TMS320F28335。控制模塊I還通過外部接口模塊4與外部控制模塊7 相互連通，且控制模塊I還與存儲模塊8相互連通，其中，控制模塊I檢測由三相電壓采集模塊2發(fā)送降壓后的三相電壓信號，控制模塊I檢測該信號，若出現(xiàn)三相電壓缺相事故時， 控制模塊I通過外部接口模塊4向外部控制模塊7發(fā)送故障報警信號；同時，控制模塊I檢測由電流傳感器5反饋到控制模塊I的電流信號，若出現(xiàn)驅(qū)動機構(gòu)線圈電流過大或過小時， 控制模塊I通過外部接口模塊4向外部控制模塊7發(fā)送故障報警信號。[0019]本實用新型所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)中，當外部控制模塊7通過外部接口模塊4向控制模塊I發(fā)送移動控制命令后，如提升或下插命令，控制模塊I根據(jù)移動控制命令信號產(chǎn)生提升或下插一步所要求的驅(qū)動機構(gòu)線圈移動時序電流信號作為要求信號，同時，電流傳感器5采集流經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)線圈的實際電流信號作為反饋信號送往控制模塊1，在控制模塊I內(nèi)對兩種電流信號進行比較，其偏差通過 PID控制算法進行控制，產(chǎn)生用于控制線圈電流的控制信號，該控制信號經(jīng)過與來自三相電壓采集模塊2的三相電壓信號并在控制模塊I中進行同步處理后，作為控制模塊I的輸出向驅(qū)動脈沖放大模塊6發(fā)送線圈供電電路3中晶閘管觸發(fā)信號，該信號經(jīng)過驅(qū)動脈沖放大模塊6的脈沖放大處理后向線圈供電電路3發(fā)送與控制棒電源三相電源相位相對應(yīng)的晶閘管觸發(fā)信號，控制棒三相電源經(jīng)過線圈供電電路3中晶閘管后，向驅(qū)動機構(gòu)線圈提供電流。 整個過程構(gòu)成一個閉環(huán)的線圈電流控制回路。操作員通過控制外部控制模塊7，設(shè)置控制模塊I中所需的控制參數(shù)，可以設(shè)置PID算法參數(shù)，驅(qū)動機構(gòu)線圈要求移動時序電流參數(shù)，線圈電流報警閾值等通過修改控制參數(shù)，以適用于不同功率等級的核電廠控制棒控制系統(tǒng)， 這些參數(shù)的設(shè)置存放在存儲模塊8中。
權(quán)利要求1.一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng),其特征在于該控制系統(tǒng)包括控制模塊(I)、線圈供電電路(3)、驅(qū)動脈沖放大模塊(6)以及電流傳感器(5)。 其中，控制模塊(I)通過驅(qū)動脈沖放大模塊(6)控制線圈供電電路(3),實現(xiàn)對來自控制棒電源三相電源經(jīng)過線圈供電電路(3)輸入到驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流的控制；向線圈供電電路 (3 )供電的控制棒電源三相電源線路同時通過三相電壓采集模塊(2 )與控制模塊(I)相連接；線圈供電電路(3)向驅(qū)動機構(gòu)線圈提供電流的線路上，通過電流傳感器(5)與控制模塊(I)相連接，將電流傳感器(5 )采集的驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號反饋到控制模塊(I);控制模塊(I)還通過外部接口模塊(4)與外部控制模塊(7 )相互連通，且控制模塊(I)還與存儲模塊(8)相互連通，用于存儲控制模塊(I)控制參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制模塊(I)由FPGA和DSP組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制模塊(I)中的FPGA和DSP可以產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，通過驅(qū)動脈沖放大模塊(6)，控制線圈供電電路(3)輸出至驅(qū)動機構(gòu)線圈的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制模塊(I)檢測由三相電壓采集模塊(2)發(fā)送采集后的三相電壓信號，若出現(xiàn)三相電壓缺相事故時，控制模塊(I)通過外部接口模塊(4)向外部控制模塊(7)發(fā)送故障報警信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制模塊(I)檢測由電流傳感器(5)反饋到控制模塊(I)的電流信號，若出現(xiàn)驅(qū)動機構(gòu)線圈電流過大或過小時，控制模塊(I)通過外部接口模塊(4)向外部控制模塊(7)發(fā)送故障報警信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的外部控制模塊(7)可以通過外部接口模塊(4)設(shè)置控制模塊(I)中的PID算法參數(shù)控制參數(shù)、驅(qū)動機構(gòu)線圈要求移動時序電流參數(shù)以及線圈電流報警閾值參數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及控制棒驅(qū)動機構(gòu)電流數(shù)字化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于FPGA和DSP控制器的核電廠數(shù)字化控制棒控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中控制模塊通過驅(qū)動脈沖放大模塊控制線圈供電電路，實現(xiàn)對輸入到驅(qū)動機構(gòu)線圈電流的控制；線圈供電電路的上端的電源線路通過三相電壓采集模塊與控制模塊相連；線圈供電電路下端向驅(qū)動機構(gòu)線圈提供電流的線路通過電流傳感器與控制模塊相連接，將電流傳感器采集的驅(qū)動機構(gòu)線圈電流信號反饋到控制模塊；控制模塊還通過外部接口模塊與外部控制模塊相互連通，且控制模塊還與存儲模塊相互連通，用于存儲控制模塊控制參數(shù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、調(diào)試維護容易；可以向不同等級功率的核電廠控制棒驅(qū)動機構(gòu)提供穩(wěn)定的電流。
文檔編號G05F1/46GK202735877SQ201220227368
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者顧國興, 卜江濤, 匡紅波, 章俊武, 項立崢, 楊鴻鈞, 張東生 申請人:上海核工程研究設(shè)計院, 上海昱章電氣成套設(shè)備有限公司