仪控系统中的通信方法、仪控系统用通信装置及仪控系统

摘要

本发明属于核电站仪控系统的技术领域，尤其涉及一种仪控系统中的通信方法、仪控系统用通信装置及仪控系统；本发明实施例提供的通信方法包括：人机界面装置接收基于FPGA的控制器的数据过程，该接收数据过程包括：从至少一个所述基于FPGA的控制器中接收的第一类型数据，并且将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；将所述第二类型数据发送至所述人机界面装置的数据端口，并将所述第二类型数据中的第一类型数据解析出来，并将解析出来的第一类型数据写入所述人机界面装置中的实时数据库单元；这样能够将仪控系统中大量数据，高精度地实现在基于FPGA的控制器和人机界面装置之间进行通信。

说明书

技术领域

本发明涉及核电站仪控系统的技术领域，尤其涉及一种仪控系统中的通信方法、仪控系统用通信装置及仪控系统。

背景技术

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它凭借着能够灵活配置、处理速度快等优势，在核电站仪控系统中得到越来越多的应用。FPGA一般应用于控制站中，用于数据采集、运算和输出，例如在核电站的仪控系统中，就有基于FPGA控制器的FitRel(是安全相关级产品，是保护系统的后备，当保护系统发生共因故障时，基于FitRel的多样性仪控系统能够确保将核电站导向安全状态，简称FR)平台。

然而，FitRel平台是基于FPGA的控制器，无操作界面，不利于工作人员对核电站状态的监控；无存储，不利于后期数据的分析；所以需要单独接入人机界面系统，配合基于FPGA的控制器，完成仪控系统中控制参数和控制过程的显示，例如，SpeedyHold(简称SH)系统就是一种基于Windows操作系统的人机界面系统。

SH系统虽然能够弥补FR平台的缺点，但是两者之间的通讯数据量大，精度要求高，所以对本领域技术人员而言，迫切希望开发出配置有网关程序的通信装置来满足基于FPGA控制器的FR平台与基于Windows操作系统的SH之间的通信；而且该通信装置不但能利用常用的通信协议实现与基于Windows操作系统的SH通信，还需要满足核电领域中特定通信协议实现与核电站中基于FPGA控制器的平台之间通信，并且还需要兼顾核电站仪控系统的数据量大、高精度的技术需求。

发明内容

为了解决现有技术中缺少能够实现在FR平台和SH系统之间实现大数据量、高精度通信技术方案的技术问题，本发明提供一种能够能够实现FR平台和SH系统之间通信，同时兼顾核电站仪控系统的数据量大、高精度的技术需求的仪控系统用通信装置、仪控系统及仪控系统中的通信方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：

一方面，提供一种仪控系统中的通信方法，所述仪控系统包括基于FPGA的控制器和人机界面装置；其特征在于，所述通信方法包括所述人机界面装置接收所述基于FPGA的控制器的数据过程，所述接收数据过程包括：

从至少一个所述基于FPGA的控制器中接收的第一类型数据，并且将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；

将所述第二类型数据发送至所述人机界面装置的数据端口，并将所述第二类型数据中的第一类型数据解析出来，并将解析出来的第一类型数据写入所述人机界面装置中的实时数据库单元。

优选地，所述通信方法还包括：所述人机界面装置发送所述基于FPGA的控制器的数据过程，所述发送数据过程包括：

从所述人机界面装置的实时数据库单元中获取第一类型数据，并且将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；

按照所述目的MAC地址、源MAC地址信息，将所述第二类型数据发送至所述基于FPGA的控制器。

优选地，所述接收数据过程和/或所述发送数据过程中，将带有同一时间戳的所述第一类型数据，打成一包数据，然后与所述目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的所述第二类型数据中。

优选地，所述通信方法还包括判断在所述控制器和所述人机界面装置二者之间进行通信的过程中是否有网络故障；其中，当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态。

优选地，将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据的过程包括：根据NNet协议将所述第一类型数据转换为第二类型的数据，且所述第二类型的数据长度为固定的；并且按照固定的时间间隔发送所述第二类型的数据。

另一方面，本发明还提供一种仪控系统中的通信装置，所述仪控系统包括基于FPGA的控制器和人机界面装置；其特征在于，所述通信装置包括：

数据转换单元，用于从至少一个所述基于FPGA的控制器中接收的第一类型数据，并且将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；

数据发送单元，用于将所述第二类型数据发送至所述人机界面装置的数据端口；以及

数据解析单元，用于将所述第二类型数据中的第一类型数据解析出来，并且所述数据发送单元将解析出来的第一类型数据写入所述人机界面装置中的实时数据库单元。

优选地，所述通信装置中，所述数据转换单元还用于从所述人机界面装置的实时数据库单元中获取第一类型数据，并且将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；所述数据发送单元还能够按照所述目的MAC地址、源MAC地址信息，将所述第二类型数据发送至所述基于FPGA的控制器。

优选地，所述数据转换单元将带有同一时间戳的所述第一类型数据，打成一包数据，然后与所述目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的所述第二类型数据中。

优选地，所述通信装置还包括诊断单元，所述诊断单元用于判断在所述控制器和所述人机界面装置二者之间进行通信的过程中是否有网络故障；其中，当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态。

优选地，所述数据转换单元根据NNet协议将所述第一类型数据转换为第二类型的数据，且所述第二类型的数据长度为固定的；而且所述数据发送单元按照固定的时间间隔发送所述第二类型的数据。

第三方面，本发明还提供一种仪控系统，其特征在于，所述仪控系统包括：基于FPGA的控制器、基于操作系统的人机界面装置，以及上述任意一种所述的仪控系统用通信装置，所述通信装置使得所述控制器和所述人机界面装置之间能够通信。

采用本发明提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：

1、基于FPGA的控制器与基于操作系统的人机界面之间能够进行数据交换提供了一种便利的通信方法、通信装置、仪控系统，使得FPGA的控制器的参数能够实时被存储至基于操作系统的人机界面装置，这样就可以通过所述人机界面装置将基于FPGA控制器的状态显示出来。

2、将解析出来的第一类型数据写入所述人机界面装置中的实时数据库单元中，能够更加便于后期的数据分析。

3、将所述第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据，这样能够将仪控系统中大量数据，高精度地实现在基于FPGA的控制器和人机界面装置之间进行通信。

4、根据NNet协议将所述第一类型数据转换为第二类型的数据，且所述第二类型的数据长度为固定的；当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态，即数据传送间隔时间也是固定的；采用固定长度和/或固定间隔时长的通信方式，发送端周期性的数据不依赖于接收端的确认消息，不采用基于事件的通信方式。

发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种通信方法中人机界面装置接收基于FPGA的控制器数据的流程图；

图2所示为本发明实施例提供的一种通信方法中人机界面装置发送基于FPGA的控制器的数据的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种仪控系统中通信方法的流程图；

图4所示为本发明实施例提供的一种仪控系统中数据帧的结构示意图；

图5所示为本发明实施例提供的一种仪控系统的结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组控制器可执行指令的控制系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述：

实施例

本实施例提供一种仪控系统中的通信方法，该仪控系统优选地为核电站仪控系统，本实施例中的核电站仪控系统包括基于FPGA的控制器和人机界面装置；其中，本实施例中基于FPGA的控制器不仅仅包括FPGA自身，还包括以FPGA作为控制的控制平台，例如FitRel平台。

如图1所示，本实施例提供的通信方法方法包括人机界面装置接收基于FPGA的控制器的数据过程；具体地，接收数据过程(以fitRel平台作为接收数据一方而言)包括：

S101、将至少一个基于FPGA的控制器中数据进行转换：

从至少一个基于FPGA的控制器中接收第一类型数据，并且将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；优选地，将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据的过程包括：根据NNet协议(eNet RUDP之前的叫法，主要由“eNet”和“Neutron”两个单词混合而来。)将第一类型数据转换为第二类型的数据，且第二类型的数据长度为固定的；并且按照固定的时间间隔发送第二类型的数据；其中，本实施例中的第一类型数据，是指大量点的数据流(纯是值)，例如依照数据库来说，就是点名、项名、值；基于FPGA的控制器中数据传递到人机界面装置的数据都是点值，例如点1是byte型、点2是byte型、点3是DV型，则点1和点2可能就在一个字节中表示，点3用一个单独的字节来表示等。

S102、将第二类型数据发送至人机界面装置的数据端口：

第二类型数据的形式如图4a的数据包，这种第二类型数据是以标准的以太网封装形式，这样就可以将基于FPGA的控制器中接收的第一类型数据的数据流封装成以太网形式的第二类型的数据，因此，就能够将基于FPGA的控制器中数据流转换成标准的以太网形式发送至人机界面装置的数据端口。

优选地，接收数据过程和/或发送数据过程中，将带有同一时间戳的第一类型数据，打成一包数据，然后与目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据中。

具体地，NNET协议采用了OSI模型中的三个层，分别是：第一层，物理层；第二层，数据链路层；第三层，应用层；网络的发送方和接收方使用异步通信方式；整个过程中，接收方不需要应答。如图4b所示，NNET协议采用了周期性的数据通信：通信机制为基于状态的通信，即不管数据是否有改变，均采用固定的包长和固定间隔通信；发送端周期性的数据不依赖于接收端的确认消息，不采用基于事件的通信方式；通信信道采用静态路由。这样即使在最坏工况下，通信时延都是确定/固定的，也要满足响应时间要求；通信速率和通信负荷是确定的。

S103、将第二类型数据中的第一类型数据解析出来，并将解析出来的第一类型数据写入人机界面装置中的实时数据库单元：

根据NNet协议将第二类型数据中的纯数据解析转换出来，就可以得到第一类型数据，优选地，解析方式采用组态定义数据映射关系，即将基于FPGA的控制器中数据流和人机界面装置按照预先设置好的映射关系定义二者之间点的对应关系，这样能够简化数据解析操作；并将解析出来的第一类型数据写入人机界面装置中的实时数据库单元，能够更加便于后期的数据分析和/或通过人机界面装置将基于FPGA的控制器(或者FitRel平台)的状态显示出来。

优选地，方法还包括判断在控制器和人机界面装置二者之间进行通信的过程中是否有网络故障；其中，当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态；例如，3秒钟无数据时，判定为网络故障。

优选地，本实施例提供的通信方法还包括：人机界面装置发送基于FPGA的控制器的数据过程，发送数据过程(以fitRel平台作为发送数据一方而言)包括：

S201、从人机界面装置的实时数据库单元中获取第一类型数据，并且将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；

S202、按照目的MAC地址、源MAC地址信息，将第二类型数据发送至基于FPGA的控制器。

优选地，发送数据过程中第一类型数据转换为第二类型数据采用和上述数据接收过程相同的数据转发方法、数据解析方法。并且数据发送过程和数据接收过程是两个相互独立的过程，二者之间并没有先后顺序，也不会相互影响。

如图3所示，本发明实施例提供的一种仪控系统中通信方法包括：

一、人机界面装置发送基于FPGA的控制器的数据过程(S301-S312)：

S301、读取人机界面装置中实时数据库的数据(第一类型数据)，然后执行步骤S302；

S302、将步骤S301中读取的数据写入人机界面装置中的内存，然后执行步骤S304；同时按照预定的周期，在下一个周期循环(S303)至步骤S301；

S304、将人机操作界面装置(SH系统)中的数据按照上述步骤S201的技术方案转换为FitRel平台数据流，然后执行步骤S305；

S305、调用标准的网络抓包应用程序(例如，Wincap)将步骤S304中转换后的数据发送至网卡，然后执行步骤S307；同时按照预定的周期，在下一个周期循环(S306)至步骤S304；

S307、为FitRel平台的数据端口接收步骤S305获取的数据，然后执行步骤S308；

S308、抓取网卡数据(第二类型数据)，FitRel平台中网络接口抓取S307接收到的数据；

S310、将步骤S308接收的数据保存至FitRel平台中的内存单元，然后执行步骤S311；同时按照预定的周期，在下一个周期循环(S309)至步骤S308；

S311、解析数据流，按照上述步骤S302的方法将网卡数据(第二类型数据)解析成第一类型数据，然后执行步骤S312；同时按照预定的周期，在下一个周期循环(S313)至步骤S311；

S312、将步骤S312解析后的数据保存至人机界面装置中的内存，然后执行步骤S314；

二、人机界面装置接收基于FPGA的控制器的数据过程(S314-S318)：

S314、将FR平台中的数据按照步骤S101中的技术方案将FR平台的数据转换标准的以太网数据，然后按照步骤S102中的技术方案将FR平台的数据发送至人机操作界面装置(SH系统)，然后执行步骤S315；同时按照预定的周期，在下一个周期循环(S316)至步骤S314；

S315、按照步骤S103中的技术方案将以太网数据解析后存储至内存中，然后执行步骤S317；

S317、读取步骤S315中存储在内存中的数据，然后将该数据存储至人机操作界面装置(SH系统)中的实时数据库中。

采用本实施例提供的上述技术方案中，每个操作步骤都是分离操作：采用单独数据类，将接收的FitRel平台数据和处理数据逻辑隔离；而且采用多线程处理：数据的抓包、保存、解析、写数据库、显示等处理分布在不同的线程和进程中进行处理。

如图5所示，本发明实施例还提供一种仪控系统中的通信装置520，仪控系统包括基于FPGA的控制器510和人机界面装置530；该通信装置520包括：

数据端口524，用于与基于FPGA的控制器510(FR平台)、人机界面装置530(SH系统)交换数据；

数据转换单元521，用于从至少一个基于FPGA的控制器510中接收的第一类型数据，并且将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；

数据发送单元522，用于将第二类型数据发送至人机界面装置的数据端口；以及

数据解析单元523，用于将第二类型数据中的第一类型数据解析出来，并且数据发送单元将解析出来的第一类型数据写入人机界面装置中的实时数据库单元。

优选地，该通信装置520中，数据转换单元523还用于从人机界面装置530的实时数据库单元中获取第一类型数据，并且将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据；数据发送单元还能够按照目的MAC地址、源MAC地址信息，将第二类型数据发送至基于FPGA的控制器。

优选地，数据转换单元523将带有同一时间戳的第一类型数据，打成一包数据，然后与目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据中。具体地，本实施例中的FR平台中每20ms发送一包数据，每包数据包含2帧(一帧的数据是1000字节)，即一包数据2000字节数据，200ms的采集周期内一个站的数据量大概是20KB；并且本实施例还能根据需求配置多个FR平台，因此，采集的数据总量很大。

优选地，通信装置520还包括诊断单元，诊断单元用于判断在控制器和人机界面装置二者之间进行通信的过程中是否有网络故障；其中，当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态。

优选地，数据转换单元523根据NNet协议将第一类型数据转换为第二类型的数据，且第二类型的数据长度为固定的；而且数据发送单元按照固定的时间间隔发送第二类型的数据。

第三方面，本发明实施例还提供一种仪控系统，该仪控系统包括：基于FPGA的控制器510、基于操作系统的人机界面装置530，以及上述仪控系统用通信装置520，通信装置520使得控制器和人机界面装置之间能够通信。

采用本发明提供的上述技术方案，可以至少获得以下有益效果中的一种：

1、基于FPGA的控制器与基于操作系统的人机界面之间能够进行数据交换提供了一种便利的通信方法、通信装置、仪控系统，使得FPGA的控制器的参数能够实时被存储至基于操作系统的人机界面装置，这样就可以通过人机界面装置将基于FPGA控制器的状态显示出来。

2、将解析出来的第一类型数据写入人机界面装置中的实时数据库单元中，能够更加便于后期的数据分析。

3、将第一类型数据和目的MAC地址、源MAC地址一起封装成以太网能够识别的第二类型数据，这样能够将仪控系统中大量数据，高精度地实现在基于FPGA的控制器和人机界面装置之间进行通信。

4、根据NNet协议将第一类型数据转换为第二类型的数据，且第二类型的数据长度为固定的；当一方发送数据后的预定时长内，另一方面未收到数据时，判定通信网络处于网络故障状态，即数据传送间隔时间也是固定的；采用固定长度和/或固定间隔时长的通信方式，发送端周期性的数据不依赖于接收端的确认消息，不采用基于事件的通信方式。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。