一种基于冗余技术的核电通信控制模块制造技术

一种基于冗余技术的核电通信控制模块，包括：主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路、通讯协议转换电路和电源模块；通过对核电状态监控系统中具有抗辐射能力的RS422通讯总线上若干底层IO监控模块进行读取和控制，并将数据传输协议进行转换，解决了采用大量模拟监控电路造成的核电站中控室接线繁琐的问题，使中央控制系统的Profibus‑DP主站通过一条线缆即可与底层IO监控模块进行通讯。以冗余的处理模块结合处理模块之间、处理模块与底层IO监控模块的轮询机制为核心，实现数据有序、连续地上传至ProfiBus‑DP主站中，避免普通单路传输结构发生故障后造成数据丢失的影响。

A nuclear power communication control module based on Redundancy Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于冗余技术的核电通信控制模块
本专利技术涉及一种基于冗余技术的核电通信控制模块，属于智能监控通讯控制

技术介绍
随着核数字化控制系统在核电行业的普及，大量通讯协议和各种数据传输模块应用于核电站的仪表和控制系统中。核电站监控区的高剂量辐射对电子元件性能提出了严苛要求。目前国内外核电站控制系统结构主要以集中监视为主，对电缆超容问题更加敏感。造成中央控制系统规模巨大，整个监控系统在数据传输的可靠性难以保证。因此，分散控制集中监视类型的控制系统结构成为目前核电厂数字化控制系统的发展方向。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于冗余技术的核电通信控制模块，本专利技术通过抗辐射RS422通讯总线与处于辐射区的底层IO板卡进行通讯，并在板卡内经过数据传输协议转换，实现了使用Profibus-DP协议的中央控制系统中Profibus-DP主站与抗辐射RS422总线上的底层IO模块的数据传输，同时避免了中央控制系统连接电缆过多的问题，并且本专利技术将冗余技术与核电监控领域相结合，显著提高监控系统的可靠性与工作寿命，有益于降低核电站工作时的安全隐患。本专利技术解决的技术问题为：一种基于冗余技术的核电通信控制模块，包括：主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路、通讯协议转换电路和电源模块；电源模块，将外部电源进行电压转换后给主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路供电；RS232电路接收上位机发送的配置数据，将配置数据进行电平转换后，即将232电平的配置数据转换成TTL电平的配置数据，送至主处理模块；主处理模块接收TTL电平的配置数据后进行存储；RS485电路向外部ProfiBus-DP主站通过ProfiBus-DP总线发送和接收RS485电平的底层IO模块配置数据和输出控制指令，并将板卡输出控制指令进行电平转换后，转换成TTL电平的底层板卡输出控制指令数据，送至主处理模块；主处理模块和热备份处理模块均设有Uart接口；主处理模块通过Uart接口采用UART协议将TTL电平的配置数据和底层板卡输出控制指令发送给热备份处理模块；RS422电路通过422总线连接外部的底层IO模块；底层IO模块包括多个板卡；主处理模块根据存储的配置数据，周期性地向RS422总线上连接的各个底层IO模块中的板卡次发送数据请求命令；若在设定的超时时间内未收到响应(优选为由帧头、帧尾、板卡地址、板卡功能、板卡工作状态以及CRC校验码组成的8字节响应帧)，则向热备份处理模块发送工作切换请求；热备份处理模块收到工作切换请求后，热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作。主处理模块在通过RS422总线发送和读取的数据过程中，热备份处理模块周期性地向主处理模块发送由帧头、帧尾、工作状态查询以及CRC校验码组成的检测码，以确定主处理模块是否正常工作，若主处理模块非正常工作，则热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作；若主处理模块正常工作，热备份处理模块继续周期性地向主处理模块发送检测码(检测码优选由帧头、帧尾、工作状态查询以及CRC校验码组成)；主处理模块将底层IO模块中的板卡数据通过RS422总线传输，并通过RS422电路进行转换后进行存储；主处理模块按照预先设定的数据处理方式对主处理模块存储的数据进行数据处理后，送至通讯协议转换电路；通讯协议转换电路将数据进行转换后得到符合ProfiBus-DP协议的数据，送至RS485电路，RS485电路将符合ProfiBus-DP协议的数据，进行电平转换后，通过ProfiBus-DP总线上传至ProfiBus-DP主站；热备份处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程与主处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程相同。优选的，热备份处理模块接替主处理模块的工作后，主处理模块进行维修或更换，能够正常工作后，周期性地向热备份处理模块发送检测码，以确定热备份处理模块是否正常工作若热备份处理模块非正常工作，若热备份处理模块非正常工作，则主处理模块通过主从配置电路，将热备份处理模块复位并接替热备份处理模块的工作。优选的，热备份处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程，具体为：热备份处理模块，将底层IO模块中的板卡的数据通过RS422总线传输，并通过RS422电路进行转换后进行存储；热备份处理模块按照预先设定的数据处理方式对热备份处理模块存储的数据进行数据处理后，送至通讯协议转换电路；通讯协议转换电路将数据进行转换后，得到符合ProfiBus-DP协议的数据，送至RS485电路，RS485电路将符合ProfiBus-DP协议的数据，进行电平转换后，通过ProfiBus-DP总线上传至ProfiBus-DP主站；优选的，底层板卡输出控制指令，能够控制底层的AO板卡模拟输出和DO板卡的数字输出优选的，配置数据，是用来控制底层IO模块中的对应板卡向通信控制模块发送数据。优选的，主处理模块，采用ST公司的STM32型号的ARM芯片。优选的，主处理模块、热备份处理模块与底层IO模块间采用轮循机制，实现数据有序、连续地传输。优选的，主处理模块和热备份处理模块互为备份，实现数据有序、连续地上传至ProfiBus-DP主站中，避免单路传输发生故障后造成数据丢失。优选的，底层IO模块的板卡能够采集核电监控系统的实时信号。优选的，底层IO模块包括采集模拟输入的AI板卡、采集数字输入的DI板卡、可以实现模拟输出与数字输出的多功能板卡本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术中主处理模块周期性地向RS422总线上的各个底层IO模块根据FLASH中存储的配置信息依次发送请求数据指令，若在超时时间内未收到有效数据向热备份处理模块发送工作切换请求。此工作模式可以避免在数据传输过程中，单一RS422总线发生故障造成的监控系统停止工作；(2)本专利技术中主处理模块通过RS232电路接收上位机发送的配置信息，并通过UART接口将配置信息发送给热备份处理模块，并分别存储至两模块处理器芯片内部的FLASH中，实现了在单一RS232通讯线路下主模块和热备份模块对配置信息数据的存储；(3)本专利技术中热备份处理模块周期性地向主处理模块发送热备份检测码以确定主处理模块是否正常工作。若该模块发生故障则热备份处理模块将主处理模块复位并接替工作；此工作模式可以避免在数据传输过程中，单一的微控制器模块发生故障造成的监控系统停止工作；(4)本专利技术中主处理模块通过RS422总线对各个底层IO模块进行读写，接收到数据后通过UART接口发送至STM32热备份模块，两模块经过通讯协议转换电路将数据发送至ProfiBus-DP总站。此工作方式可以使两模块各自连续地进行数据传输，避免工作状态切换造成的数据丢失。附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冗余技术的核电通信控制模块，其特征在于包括：主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路、通讯协议转换电路和电源模块；/n电源模块，将外部电源进行电压转换后给主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路供电；/nRS232电路接收上位机发送的配置数据，将配置数据进行电平转换后，即将232电平的配置数据转换成TTL电平的配置数据，送至主处理模块；主处理模块接收TTL电平的配置数据后进行存储；/nRS485电路向外部ProfiBus-DP主站通过ProfiBus-DP总线发送和接收RS485电平的底层IO模块配置数据和输出控制指令，并将板卡输出控制指令进行电平转换后，转换成TTL电平的底层板卡输出控制指令数据，送至主处理模块；/n主处理模块和热备份处理模块均设有Uart接口；主处理模块通过Uart接口采用UART协议将TTL电平的配置数据和底层板卡输出控制指令发送给热备份处理模块；RS422电路通过422总线连接外部的底层IO模块；底层IO模块包括多个板卡；/n主处理模块根据存储的配置数据，周期性地向RS422总线上连接的各个底层IO模块中的板卡次发送数据请求命令；若在设定的超时时间内未收到响应，则向热备份处理模块发送工作切换请求；热备份处理模块收到工作切换请求后，热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作；/n主处理模块在通过RS422总线发送和读取的数据过程中，热备份处理模块周期性地向主处理模块发送检测码，以确定主处理模块是否正常工作，若主处理模块非正常工作，则热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作；若主处理模块正常工作，热备份处理模块继续周期性地向主处理模块发送由帧头、帧尾、工作状态查询以及CRC校验码组成的检测码；/n主处理模块将底层IO模块中的板卡数据通过RS422总线传输，并通过RS422电路进行转换后进行存储；主处理模块按照预先设定的数据处理方式对主处理模块存储的数据进行数据处理后，送至通讯协议转换电路；通讯协议转换电路将数据进行转换后得到符合ProfiBus-DP协议的数据，送至RS485电路，RS485电路将符合ProfiBus-DP协议的数据，进行电平转换后，通过ProfiBus-DP总线上传至ProfiBus-DP主站；/n热备份处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程与主处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程相同。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于冗余技术的核电通信控制模块，其特征在于包括：主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路、通讯协议转换电路和电源模块；
电源模块，将外部电源进行电压转换后给主处理模块，热备份处理模块、RS485电路、RS422电路、RS232电路、主从配置电路供电；
RS232电路接收上位机发送的配置数据，将配置数据进行电平转换后，即将232电平的配置数据转换成TTL电平的配置数据，送至主处理模块；主处理模块接收TTL电平的配置数据后进行存储；
RS485电路向外部ProfiBus-DP主站通过ProfiBus-DP总线发送和接收RS485电平的底层IO模块配置数据和输出控制指令，并将板卡输出控制指令进行电平转换后，转换成TTL电平的底层板卡输出控制指令数据，送至主处理模块；
主处理模块和热备份处理模块均设有Uart接口；主处理模块通过Uart接口采用UART协议将TTL电平的配置数据和底层板卡输出控制指令发送给热备份处理模块；RS422电路通过422总线连接外部的底层IO模块；底层IO模块包括多个板卡；
主处理模块根据存储的配置数据，周期性地向RS422总线上连接的各个底层IO模块中的板卡次发送数据请求命令；若在设定的超时时间内未收到响应，则向热备份处理模块发送工作切换请求；热备份处理模块收到工作切换请求后，热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作；
主处理模块在通过RS422总线发送和读取的数据过程中，热备份处理模块周期性地向主处理模块发送检测码，以确定主处理模块是否正常工作，若主处理模块非正常工作，则热备份处理模块通过主从配置电路，将主处理模块复位并接替主处理模块的工作；若主处理模块正常工作，热备份处理模块继续周期性地向主处理模块发送由帧头、帧尾、工作状态查询以及CRC校验码组成的检测码；
主处理模块将底层IO模块中的板卡数据通过RS422总线传输，并通过RS422电路进行转换后进行存储；主处理模块按照预先设定的数据处理方式对主处理模块存储的数据进行数据处理后，送至通讯协议转换电路；通讯协议转换电路将数据进行转换后得到符合ProfiBus-DP协议的数据，送至RS485电路，RS485电路将符合ProfiBus-DP协议的数据，进行电平转换后，通过ProfiBus-DP总线上传至ProfiBus-DP主站；
热备份处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程与主处理模块向ProfiBus-DP主站传输数据的过程相同。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立全，张龙强，戴成睿，兰军峰，夏荣桢，杨黎，祝建彬，习楚浩，温春玉，周亮，李冠辰，易亮，
申请(专利权)人：北京微电子技术研究所，中广核工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11