基于FPGA的设备状态采集与联锁保护系统
发布时间：2021-10-16 06:02
ADS（Accelerator Driven Sub-critical System,加速器驱动次临界系统）专项中,注入器Ⅱ的研制由中国科学院近代物理研究所承担,注入器Ⅱ属于强流质子加速器,运行风险较高,根据理论计算,如果避免现场设备受到强束流连续轰击造成损坏,就要求保护系统从检测到故障信号到保护动作的输出在10μs内完成,同时需要提供发生故障时关键设备状态数据日志,进行故障定位与分析。针对此要求,设计了一套基于FPGA的设备状态采集与联锁保护系统。联锁保护系统采用分布式架构,分主控系统和前端子系统两部分。前端子系统的作用是将设备端的状态信号进行处理合成一路信号发送给主控系统,同时将状态信息实时上传至中控室;主控系统的作用是对前端子系统信号进行判断,控制Chopper切断束流并启动相应的保护设备。设备端利用光电转换模块将TTL信号或开关量转换成标准的光信号,系统间采用光纤传输,利用以太网传输上层控制信息。本文基于FPGA与光纤网络设计完成整套联锁保护系统的系统架构,以上海应用物理研究所开发的MIS系统为主控系统,重点阐述前端子系统硬件板卡与光电转换模块的设计。之后也较为详细的介绍了前端...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADS原理示意图
快联锁保护系统作用示意图如图 1.2 所示。图 1.2 快联锁保护系统作用图1.2 国内外研究现状目前国内外主要的加速器系统普遍使用了快联锁保护系统，由于使用对象和环境的不同，各系统存在一定的差异。我们对其中比较典型的装置进行了研究和比较。1、“ESS”快速束流联锁系统欧洲散裂中子源（ESS）设计了一套快速数据处理与传输的系统[4]，快速束流联锁系统（FBI），其主要处理芯片为 FPGA，采用星形+树形的系统结构。其数据采集、处理和控制输出分别运行在不同的板卡上，使得系统的结构简单明了，便于扩展。同时其使用差分总线技术，子板与主板间采用光纤传输，使得数据从采集到处理能到在 10μs 内实现，达到数据快速采集与诊断的目的。系统结构如图 1.3 所示
图 1.3 快速束流联锁系统结构图这套设备虽然从数据采集到故障处理的时间很快，但因其每块子板所能采集的信号端口有限，所以在多路信号存在的情况下，增加扩展板则会使得整个系统显得冗杂。加之使用了较多的 SFP 光模块进行数据的发送与传输，使得系统整体设计成本较大。2、“RCS”快保护系统结构中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source）快循环同步加速器（RCS）快保护设备采用 CPLD+FPGA 控制芯片，利用背板总线和光纤技术，实现数据的采集以及高速传输的功能，其由数据采集（子板）、数据处理（主板）和控制扇出（母板）三部分构成，不仅大大扩展了数据采集端口数量，而且在输出控制上也与数据处理主板分离，使得整个系统分工明确，扩展性和稳定性都有很大的提升[5]。主控芯片 FPGA 采用 XILINX 公司的 XC6SLX100T-3FGG900 芯片，该芯片具有 8 个高速数据收发器，用户端口高达 480 个，其可扩展性和可应用性都很
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA技术的加速器切束控制系统设计[J]. 王永鹏,郭玉辉,罗冰峰,罗江波,刘海涛,王晶,刘婷. 强激光与粒子束. 2016(10)
[2]基于FPGA的以太网接口设计与实现[J]. 李勋,刘文怡. 自动化与仪表. 2014(05)
[3]基于FPGA的UDP/IP协议栈的研究与实现[J]. 崔鹤,刘云清,盛家进. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(02)
[4]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[5]基于Xilinx ISE平台的FPGA电路设计[J]. 于东阳,苏彬. 微处理机. 2012(02)
[6]基于LabVIEW的以太网接口数据采集器设计[J]. 朱磊,薛谦,石教雄. 计算机测量与控制. 2009(04)
[7]基于LabVIEW编程的以太网远程温度监测[J]. 卞晓光,周西峰. 单片机与嵌入式系统应用. 2009(03)
[8]基于PLC的直线加速器联锁保护系统[J]. 仇文君,周大勇,陈建锋,沈立人,刘亚娟. 核技术. 2008(07)
[9]基于Labview的虚拟仪器人机界面模式设计[J]. 符强. 计算机系统应用. 2007(09)
[10]LabVIEW软件中菜单形式的用户界面设计与实现[J]. 谢启,温晓行,高琴妹,顾启民. 微计算机信息. 2005(15)
硕士论文
[1]加速器综合报警平台设计[D]. 倪发福.中国科学院研究生院(近代物理研究所) 2016
[2]高速PCB的信号完整性分析与硬件设计[D]. 窦康.西安电子科技大学 2016
[3]基于LabVIEW的数据采集与多功能分析系统设计[D]. 刘景峰.中北大学 2015
[4]基于FPGA的同步控制硬件平台设计[D]. 徐卫彬.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2015
[5]机器快保护系统控制器设计[D]. 罗冰峰.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2015
[6]基于FPGA的以太网和串口数据传输系统设计与实现[D]. 杨威.哈尔滨工程大学 2013
[7]基于FPGA芯片的1000M光以太网自适应技术的设计与实现[D]. 杨春梅.成都理工大学 2013
[8]基于FPGA的以太网MAC协议的设计与实现[D]. 严力.华中科技大学 2011
本文编号：3439290
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ADS原理示意图
快联锁保护系统作用示意图如图 1.2 所示。图 1.2 快联锁保护系统作用图1.2 国内外研究现状目前国内外主要的加速器系统普遍使用了快联锁保护系统，由于使用对象和环境的不同，各系统存在一定的差异。我们对其中比较典型的装置进行了研究和比较。1、“ESS”快速束流联锁系统欧洲散裂中子源（ESS）设计了一套快速数据处理与传输的系统[4]，快速束流联锁系统（FBI），其主要处理芯片为 FPGA，采用星形+树形的系统结构。其数据采集、处理和控制输出分别运行在不同的板卡上，使得系统的结构简单明了，便于扩展。同时其使用差分总线技术，子板与主板间采用光纤传输，使得数据从采集到处理能到在 10μs 内实现，达到数据快速采集与诊断的目的。系统结构如图 1.3 所示
图 1.3 快速束流联锁系统结构图这套设备虽然从数据采集到故障处理的时间很快，但因其每块子板所能采集的信号端口有限，所以在多路信号存在的情况下，增加扩展板则会使得整个系统显得冗杂。加之使用了较多的 SFP 光模块进行数据的发送与传输，使得系统整体设计成本较大。2、“RCS”快保护系统结构中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source）快循环同步加速器（RCS）快保护设备采用 CPLD+FPGA 控制芯片，利用背板总线和光纤技术，实现数据的采集以及高速传输的功能，其由数据采集（子板）、数据处理（主板）和控制扇出（母板）三部分构成，不仅大大扩展了数据采集端口数量，而且在输出控制上也与数据处理主板分离，使得整个系统分工明确，扩展性和稳定性都有很大的提升[5]。主控芯片 FPGA 采用 XILINX 公司的 XC6SLX100T-3FGG900 芯片，该芯片具有 8 个高速数据收发器，用户端口高达 480 个，其可扩展性和可应用性都很
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA技术的加速器切束控制系统设计[J]. 王永鹏,郭玉辉,罗冰峰,罗江波,刘海涛,王晶,刘婷. 强激光与粒子束. 2016(10)
[2]基于FPGA的以太网接口设计与实现[J]. 李勋,刘文怡. 自动化与仪表. 2014(05)
[3]基于FPGA的UDP/IP协议栈的研究与实现[J]. 崔鹤,刘云清,盛家进. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(02)
[4]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[5]基于Xilinx ISE平台的FPGA电路设计[J]. 于东阳,苏彬. 微处理机. 2012(02)
[6]基于LabVIEW的以太网接口数据采集器设计[J]. 朱磊,薛谦,石教雄. 计算机测量与控制. 2009(04)
[7]基于LabVIEW编程的以太网远程温度监测[J]. 卞晓光,周西峰. 单片机与嵌入式系统应用. 2009(03)
[8]基于PLC的直线加速器联锁保护系统[J]. 仇文君,周大勇,陈建锋,沈立人,刘亚娟. 核技术. 2008(07)
[9]基于Labview的虚拟仪器人机界面模式设计[J]. 符强. 计算机系统应用. 2007(09)
[10]LabVIEW软件中菜单形式的用户界面设计与实现[J]. 谢启,温晓行,高琴妹,顾启民. 微计算机信息. 2005(15)
硕士论文
[1]加速器综合报警平台设计[D]. 倪发福.中国科学院研究生院(近代物理研究所) 2016
[2]高速PCB的信号完整性分析与硬件设计[D]. 窦康.西安电子科技大学 2016
[3]基于LabVIEW的数据采集与多功能分析系统设计[D]. 刘景峰.中北大学 2015
[4]基于FPGA的同步控制硬件平台设计[D]. 徐卫彬.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2015
[5]机器快保护系统控制器设计[D]. 罗冰峰.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2015
[6]基于FPGA的以太网和串口数据传输系统设计与实现[D]. 杨威.哈尔滨工程大学 2013
[7]基于FPGA芯片的1000M光以太网自适应技术的设计与实现[D]. 杨春梅.成都理工大学 2013
[8]基于FPGA的以太网MAC协议的设计与实现[D]. 严力.华中科技大学 2011
本文编号：3439290
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