一種實時控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種可用于電網(wǎng)安穩(wěn) 定控制裝置的支持分布式光纖通信的實時控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置類產(chǎn)品經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了集中式架構(gòu)和分布式架構(gòu) 兩大類型。目前，基于運兩種架構(gòu)的實現(xiàn)形式一般都是滿足具體應(yīng)用需求的定制方式，難W 滿足接口模件類型的方便更換和系統(tǒng)通信容量的自由配置需求；同時，集中式架構(gòu)的裝置 和分布式架構(gòu)的裝置難W在系統(tǒng)軟硬件技術(shù)實現(xiàn)、模件生產(chǎn)上統(tǒng)一處理，不利于降低產(chǎn)品 生產(chǎn)維護和工程服務(wù)成本。
[0003] 隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)保護控制和工業(yè)控制領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，終端10采 集種類由過去的模擬量和開關(guān)量采集為主，發(fā)展成W基于光纖的IEC 61850-9-2、FT3、 GOOSE等數(shù)字量采集為主，傳統(tǒng)模擬量和開關(guān)量采集為輔的多種類接口采集長期共存的局 面。在目前的裝置設(shè)計中，無論是集中式架構(gòu)設(shè)計或是分布式架構(gòu)設(shè)計，傳統(tǒng)模擬量和開關(guān) 量采集往往通過背板直接硬連線至采樣模件的方式實現(xiàn)，背板端子信號連接資源被大量占 用，且模件插槽位置和用途固定，不能用作其他接口種類的采樣模件，造成了機箱空間資源 的浪費；對于IEC 61850-9-2、FT3、G00SE等需要CPU參與采集計算的接口模件來說，一般是 通過專用的數(shù)字量采集機箱來實現(xiàn)，數(shù)字量采集機箱背板和模擬量采集機箱背板實現(xiàn)方式 迴異，導(dǎo)致了控制系統(tǒng)硬件可配置性不足和軟件平臺實現(xiàn)困難等后續(xù)問題。
[0004] 電子通信技術(shù)的發(fā)展，使得各種總線通信技術(shù)趨于成熟，如半雙工單主通信的低 速RS-485總線技術(shù)、多主半雙工通信的低速控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN( Controller Area Network的簡稱)總線通信技術(shù)、多主交換的高速全雙工W太網(wǎng)通信技術(shù)，單主仲裁的高速 全雙工PCIe (化ri地eral Component Interface E邱ress的簡稱）總線通信技術(shù)等等。另 夕F，一些企業(yè)開發(fā)了基于FPGA(Field-P;rogrammable Gate Array，現(xiàn)場可編程口陣列）的私 有通信協(xié)議W滿足通信性能和成本的均衡。上述的多種通信技術(shù)在行業(yè)領(lǐng)域的眾多裝置中 得到各種組合應(yīng)用，但是運些應(yīng)用組合未能解決上文提出的各類問題。
[000引企業(yè)降本增效的內(nèi)在需求，行業(yè)技術(shù)發(fā)展的外在需求需要一種能兼容集中式裝置 實現(xiàn)和分布式裝置實現(xiàn)的統(tǒng)一的硬件架構(gòu)和背板總線的設(shè)計，基于該設(shè)計實現(xiàn)的裝置能真 正實現(xiàn)系統(tǒng)硬件模件的自由配置和軟件平臺的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型的目的是:針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種支持分布式光纖通信的 實時控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)?；谠摷軜?gòu)，物理上分散布置的機箱內(nèi)部各硬件模件節(jié)點可進行 實時數(shù)據(jù)交換，并實現(xiàn)時鐘同步;機箱內(nèi)部和機箱之間各模件通過此架構(gòu)可進行靈活配置 和統(tǒng)一管理。
[0007] 具體地說，本實用新型采用W下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:包括電源模件、監(jiān)控后臺通 信及配置管理模件、中央處理模件、通信管理模件和單元處理模件，其中：
[0008] 電源模件，為機箱內(nèi)的所有模件提供電源；
[0009] 監(jiān)控后臺通信及配置管理模件，負責(zé)監(jiān)控后臺通信W及整個控制系統(tǒng)的配置與管 理；
[0010] 中央處理模件，負責(zé)整個系統(tǒng)的中央處理，所有的單元處理模件的通信信息都在 此模件匯聚并集中進行處理；
[0011] 通信管理模件，負責(zé)機箱級的實時通信與配置管理，管轄機箱內(nèi)所有單元處理模 件的通信匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)；
[0012] 單元處理模件，在整個系統(tǒng)架構(gòu)中處于最底層，負責(zé)接口類型的實現(xiàn)。
[0013] 中央處理模件為系統(tǒng)級通信中樞，通信管理模件為機箱級通信中樞的二級通信架 構(gòu)，中央處理和通信管理模件之間通過基于光纖的點對點協(xié)議通信；
[0014] 通信管理模件與所轄的單元處理模件之間采用點對點LVDS通信方式作為實時大 容量數(shù)據(jù)交換通道，W共享CAN通道作為實時小容量數(shù)據(jù)交換通道。通信管理模件通過光纖 接收同源的時鐘同步信息，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的時鐘同步。
[0015] 上述技術(shù)方案的進一步特征在于，還包括人機接口模件，人機接口模件負責(zé)人機 交互，監(jiān)控后臺通信及配置管理模件和人機接口模件連接。
[0016] 上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述電源模件為開關(guān)電源。
[0017]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述單元處理模件包括IEC 61850-9-2接口模 件、GOOSE接口模件、FT3接口模件、TSYN對時模件、W及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制裝置中的開 出接口模件、信號模件、開入接口模件和小信號接口模件。
[0018] 上述技術(shù)方案的進一步特征在于，所述機箱具有背板，背板上通信管理模件位置 固定，通信管理模件槽位和各單元處理模件槽位間均包含一"點對點、全雙工"的LVDS通道， 通信管理模件和各單元處理模件槽位間共享Ξ條化VDS總線、兩條CAN總線，一條電W太網(wǎng) 通道，其中：
[0019] LVDS通道，用于通信管理模件和各單元處理模件之間的高速數(shù)據(jù)通信；
[0020] 兩條化VDS總線用于監(jiān)控后臺通信及配置管理模件和中央處理模件之間的高速通 信，另一條BLVDS總線用于通信管理模件下發(fā)同步時鐘信號；
[0021] 一條CAN總線用于通信管理模件和各單元處理模件之間的通信，另一條CAN總線用 作通信管理模件和各單元處理模件之間的管理信息通道；
[0022] 電W太網(wǎng)通道用作監(jiān)控后臺通信及配置管理模件和人機接口模件之間的通信。
[0023] 上述技術(shù)方案的進一步特征在于，機箱分為主機箱和從機箱，從機箱的通信管理 模件通過光纖和主機箱的中央處理模件互聯(lián)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。
[0024] 本實用新型的有益效果如下:本實用新型能實現(xiàn)機箱內(nèi)部和機箱之間各硬件模件 的統(tǒng)一管理，為軟件平臺的一致性提供了硬件拓撲基礎(chǔ);模件類型和機箱類型沒有從屬和 對應(yīng)關(guān)系，模件類型和數(shù)量可自由配置，數(shù)字接口模件和模擬接口模件可在同一個機箱和 諧共存。CPM(中央處理)模件和MPM(通信管理)模件之間采用光纖通信，實現(xiàn)了集中式裝置 和分布式裝置在工程設(shè)計上的一致性。MPM模件和各DPM(單元處理)模件有獨享的點對點 LVDS通道，故障模件節(jié)點能被可靠隔離，不會影響其他正常節(jié)點的工作，提高了整個系統(tǒng)的 可靠性。各機箱內(nèi)模件通過TSYN模件同源對時，實現(xiàn)整個分布式系統(tǒng)的時鐘同步。增加 DPM 模件的類型即可快速實現(xiàn)新型裝置的硬件研發(fā)，無須改變系統(tǒng)軟硬件通信架構(gòu)。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型的硬件系統(tǒng)架構(gòu)總圖。
[0026] 圖2為背板總線為10個槽位的示意圖。
[0027] 圖3為主機箱模件背板通信關(guān)系圖。
[0028] 圖4為從機箱模件背板總線通信示意圖。
[0029] 圖5為主、從機箱光纖通信關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面參照附圖并結(jié)合實例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0031] 如圖1、圖2所示，本實用新型在整體架構(gòu)上把實時控制系統(tǒng)硬件平臺的模件類型 分成6種:DY (電源模件）、HMI (人機接口模件）、COM (監(jiān)控后臺通信及配置管理模件）、CPM(中 央處理模件）、MPM(通信管理模件）、DPM(單元處理模件）。各模件的具體功能如下：
[0032] 1、DY模件:為機箱內(nèi)的所有模件提供電源，每個機箱必配。DY模件一般采用開關(guān)電 源實現(xiàn)，用于把外部輸入的220V交流或直流電源轉(zhuǎn)換成機箱內(nèi)部使用的直流巧V，直流+/- 12V，直流+24V等內(nèi)部電源。
[0033] 2、HMI模件:負責(zé)人機交互，該模件為選配模件。HMI模件可采用觸摸屏也可采用傳 統(tǒng)的單片機加液晶和按鍵的方式實現(xiàn)。
[0034] 3、C0M模件：負責(zé)監(jiān)控后臺通信W及整個控制系統(tǒng)的配置與管理，主機箱必配。COM 模件可采用支持Linux或者VxWorks操作系統(tǒng)的工控機模塊實現(xiàn)。
[0035] 4、CPM模件:是整個系統(tǒng)的中央處理模件，所有的單元處理模件的通信信息都在此 模件匯聚并集中進行處理。CPM模件可采用高性能CPU加 FPGA忍片實現(xiàn)，CPU負責(zé)系統(tǒng)級通信 管理和應(yīng)用功能實現(xiàn)，F(xiàn)PGA負責(zé)通信鏈路層和物理層實現(xiàn)。
[0036] 5、MPM模件:是機箱級的實時通信與配置管理模件，配置在各機箱中，管轄各自機 箱內(nèi)所有DPM模件的通信匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)。MPM模件可采用