核安全級儀控系統中FPGA技術的應用

謝孟喆

摘 要由于FPGA技術具有安全性高、成本較低等特點，已經被人們廣泛應用到核安全級儀控系統當中。在該系統當中，采用FPGA技術，能夠保證資源得到更好的利用，提高核安全級儀控系統的運行效率。基于此，本文主要研究核安全級儀控系統中FPGA技術的具體應用，希望能夠給相關工作人員提供一定的參考。

【關鍵詞】核安全級儀控系統 FPGA技術

FPGA，主要指的是現場編程門陣列，在PAL、GAL、CPLD等能夠編輯器件的基礎之上發展出來的。FPGA主要應用于集成電路中的半定制電路中。在核安全級儀控系統當中，采用FPGA技術，能夠有效保證整個系統的安全運行，減少安全事故的發生，提高了企業的經濟效益。因此，本文主要分析FPGA技術在核安全級儀控系統中的應用，從而保證核電企業能夠更加快速的發展。

1 FPGA技術的特點

隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對核安全級儀控系統的要求越來越高，為了保證核安全級儀控系統能夠更加安全的運行，采用FPGA技術具有非常重要的作用。在核安全級儀控系統當中，基于CPU的核安全級儀控系統應用較多，CPU與其具體軟件在實際操作系統當中，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操作方法比較復雜，系統很容易出現共模故障，降低系統的安全性。由于FPGA技術具有安全穩定等特點，在核安全級儀控系統中，采用該技術，能夠減少系統中共模故障的出現，提高系統的安全性。FPGA屬于硬件設備，能夠提高核安全級儀控系統的邏輯性，并充分利用網絡資源，保證核安全級儀控系統的可靠性，有效減少共模故障的發生。

除此之外，與其它技術相比，FPGA的安全性較高。FPGA主要利用網絡數據執行命令，很少使用系統中的“高級命令”。核安全級儀控系統在運行的過程當中，如果采用傳統技術，網絡黑客很容易攻擊系統，影響系統的穩定性，降低了系統的安全性。與傳統技術相比，在核安全級儀控系統當中，采用FPGA，一旦黑客侵襲，必須具備相應的轉換工具，而該種轉換工具黑客不會輕易獲得，通常是供應商采具備這種特殊工具。在FPGA平臺上，可以利用網絡開關來控制系統的運行速度，有效降低了系統被黑客侵入的概率，提高系統的安全性。

2 FPGA技術在核安全級儀控系統中的具體應用

2.1 FPGA技術在系統開發過程中具體應用

上個世紀末，FPGA技術開始逐漸被人們應用到核安全級儀控系統當中，在一些大型的航天領域，采用FPGA技術，能夠提高核電站的穩定性，有效減少了安全事故的發生，對企業更好的發展起到良好的促進作用。在實際應用過程當中，FPGA可以看做是一個硬件與軟件結合在一起的總體，并根據核安全級儀控系統的運行情況，采用合理的系統設計方法與評判制度。

在系統開發過程當中，工作人員需要詳細了解FPGA的應用流程，主要分為9個步驟，分別是應用功能定義、計算設計輸入、系統功能仿真、整體優化、整體優化后的仿真、按照時間順序仿真、系統芯片編程與系統調試等。將系統中的各個線路進行合理的布置，布置完畢后，設置FPGA系統。在布置線路的過程當中，布置原則是根據計算機軟件將系統軟件進行開發，保證線路布置的合理性。線路布置完畢之后，采用相應的設計原則與評判制度，對線路進行二次檢查，進一步提高系統的安全性與可靠性。

2.2 核安全級儀控系統設計階段的應用

在核安全級儀控系統當中，其設計階段具有至關重要的作用。目前，常見的核安全控制系統產品主要包括ALS平臺與功率控制系統的RADAY平臺。在核安全級儀控系統設計階段采用FPGA技術，能夠有效保證系統的運行效率，減少電力資源的浪費。其具體應用流程如下：首先，在網絡平臺上設置主線模塊、支線模塊、網絡電源與電源接口模塊等，并設置相應的開關，該開關能夠準確控制以上模塊；其次，工作人員需要保持系統內部的運行功率，并將功率調整到規定數值，從而提高核安全級儀控系統的可靠性；最后，將系統中的各個模塊進行有效連接，可以利用平臺功能，保證控制模塊的穩定性。

通過在核安全級儀控系統設計階段應用FPGA技術，能夠有效提高系統的運行速度，保證系統能夠安全穩定地運行。相關工作人員在實際工作當中，需要結合系統的運行情況，嚴格控制系統的運行功率與電壓。如果系統中的電壓過高，系統很容易發生共模故障，嚴重還會發生安全事故，影響企業的正常運行。

2.3 開發語言中的具體應用

在核安全級儀控系統系統當中，其開發語言主要指的是硬件描述語言HDL的電路數字描述語言，采用FPGA技術，能夠提高系統開發語言的效率，設計人員能夠逐層進行設計，將復雜的系統變得更加簡單。其具體應用流程如下：首先，將系統進行分層布置；其次，利用電子網絡設計工具，在系統當中進行綜合布線；最后，將布置好的線路設置成相應的網絡結構。常用的開發語言主要包括三種，分別是VHDL、Verilog與HDL等。

根據大量的實驗數據顯示，在核安全級儀控系統開發語言的過程當中，采用FPGA技術，能夠有效提高電力資源的利用率，還能夠有效保證系統的穩定運行。在實際工作當中，相關工作人員需要嚴格系統線路的安全性，盡量減少安全事故的發生，從而不斷提高企業的經濟效益。

3 結束語

綜上所述，在核安全級儀控系統當中，采用FPGA技術，不但能夠有效提高核安全級儀控系統的安全性，減少安全事故的發生，還能夠不斷提高企業的經濟效益，推動核電企業的快速發展。但是，相關工作人員在實際工作當中，仍然會遇到很多困難，這就需要工作人員不斷學習FPGA技術的相關知識，提高自身的職業技能，推動我國核電企業能夠穩定快速的發展，提高我國的綜合競爭能力。

參考文獻

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作者單位

鄭州大學物理工程學院 河南省鄭州市 450000