数字化仪控系统是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系统,一般由操作员站、工程师站、电源系统、控制站和通信系统组成。在核电领域,核电站数字化仪控系统分安全级和非安全级。针对目前我国核电站安全级数字化仪控系统(以下简称DCS系统)严重依赖国外技术产品的现状,中核集团结合我国三代核电自主化发展的需要,开展三代核电站安全级数字化仪控系统研制工作,实现三代核电站安全级数字化仪控系统的自主化,并在实际工程得到应用,将有力提高我国核电仪控系统的研发水平,提升我国核电装备的自主化水平,推动我国核电产业布局及关键技术研究,保障我国核电发展“走出去”国家战略目标的实现。本文是以安全级DCS系统控制站为研究对象,建立一套基于FPGA技术的核电安全级数字化仪控系统产品研制技术,实现核电站安全级数字化仪控系统的技术自主化。本文首先说明本文国内外研究现状和课题意义,然后介绍核电数字化仪控系统概念、总体需求和系统功能,进行硬件总体架构设计。本文的核心是根据控制站硬件总体架构和相关技术标准,展开硬件设计。硬件设计采用通用化设计技术进行功能模块设计,形成模块化的标准元器件和标准电路,采用FPGA逻辑电路通过配置可编程逻辑组件和互联线等资源实现时序逻辑功能和组合逻辑功能,以全硬件方式实现数据处理,控制逻辑和接口协议等功能模块。硬件设计中包含诊断、可测试性和多层次的冗余等多种先进特性,并在故障检测和隔离等方面具有显著特性。最后根据标准要求,结合DCS系统的产品特性,从电源、信号完整性、时序和单元电路四个特性展开电路级硬件白盒测试。其目的是在产品研发生命周期的实现阶段即开始验证硬件设计的正确性,保证硬件的各单元电路的电气特性满足要求。本论文以安全级数字化仪控系统控制站为例阐述了硬件设计中的关键要点。硬件设计方法中的通用化设计技术提升了数字化仪控系统设计效率、长期可靠性和可维护性,FPGA技术解决了基于微处理器技术应用软件和操作系统复杂性的不足,诊断、隔离和冗余等先进特性使仪控系统具有更高的可靠性。硬件测试方法可以在正式定版嵌入式软件或逻辑固件前,发现因电路设计引起的硬件设计缺陷。同时本文论述的硬件设计和测试方法也适用于其它安全相关控制系统,具有重要的参考意义。