一种实时控制系统硬件架构技术方案

本实用新型专利技术公开了一种实时控制系统硬件架构，属于电力系统及其自动化技术领域，特别是涉及一种可用于电网安稳定控制装置的支持分布式光纤通信的实时控制系统硬件架构。本实用新型专利技术整体通信架构是以CPM模件为系统级通信中枢，MPM模件为机箱级通信中枢的二级通信架构。CPM模件与多个MPM模件之间采用点对点光纤通信方式；MPM模件与所辖机箱的多个DPM模件之间采用点对点LVDS通信方式作为实时大容量数据交换通道，以共享CAN通道作为实时小容量数据交换通道；MPM模件通过专用光纤通道接收同源的时钟同步信息，实现整个系统的时钟同步。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力系统及其自动化
，特别是设及一种可用于电网安稳 定控制装置的支持分布式光纤通信的实时控制系统硬件架构。
技术介绍
电网安全稳定控制装置类产品经过多年的发展，形成了集中式架构和分布式架构 两大类型。目前，基于运两种架构的实现形式一般都是满足具体应用需求的定制方式，难W 满足接口模件类型的方便更换和系统通信容量的自由配置需求；同时，集中式架构的装置 和分布式架构的装置难W在系统软硬件技术实现、模件生产上统一处理，不利于降低产品 生产维护和工程服务成本。 随着IEC 61850标准在电力系统保护控制和工业控制领域的推广应用，终端10采 集种类由过去的模拟量和开关量采集为主，发展成W基于光纤的IEC 61850-9-2、FT3、 GOOSE等数字量采集为主，传统模拟量和开关量采集为辅的多种类接口采集长期共存的局 面。在目前的装置设计中，无论是集中式架构设计或是分布式架构设计，传统模拟量和开关 量采集往往通过背板直接硬连线至采样模件的方式实现，背板端子信号连接资源被大量占 用，且模件插槽位置和用途固定，不能用作其他接口种类的采样模件，造成了机箱空间资源 的浪费；对于IEC 61850-9-2、FT3、G00SE等需要CPU参与采集计算的接口模件来说，一般是 通过专用的数字量采集机箱来实现，数字量采集机箱背板和模拟量采集机箱背板实现方式 迴异，导致了控制系统硬件可配置性不足和软件平台实现困难等后续问题。 电子通信技术的发展，使得各种总线通信技术趋于成熟，如半双工单主通信的低 速RS-485总线技术、多主半双工通信的低速控制器局域网络CAN( Controller Area Network的简称)总线通信技术、多主交换的高速全双工W太网通信技术，单主仲裁的高速 全双工PCIe (化ri地eral Component Interface E邱ress的简称）总线通信技术等等。另 夕F，一些企业开发了基于FPGA(Field-P;rogrammable Gate Array，现场可编程口阵列）的私 有通信协议W满足通信性能和成本的均衡。上述的多种通信技术在行业领域的众多装置中 得到各种组合应用，但是运些应用组合未能解决上文提出的各类问题。[000引企业降本增效的内在需求，行业技术发展的外在需求需要一种能兼容集中式装置 实现和分布式装置实现的统一的硬件架构和背板总线的设计，基于该设计实现的装置能真 正实现系统硬件模件的自由配置和软件平台的一致性。
技术实现思路
本技术的目的是:针对现有技术中的不足，提出一种支持分布式光纤通信的 实时控制系统硬件架构。基于该架构，物理上分散布置的机箱内部各硬件模件节点可进行 实时数据交换，并实现时钟同步;机箱内部和机箱之间各模件通过此架构可进行灵活配置 和统一管理。 具体地说，本技术采用W下的技术方案来实现的:包括电源模件、监控后台通 信及配置管理模件、中央处理模件、通信管理模件和单元处理模件，其中： 电源模件，为机箱内的所有模件提供电源； 监控后台通信及配置管理模件，负责监控后台通信W及整个控制系统的配置与管 理； 中央处理模件，负责整个系统的中央处理，所有的单元处理模件的通信信息都在 此模件汇聚并集中进行处理； 通信管理模件，负责机箱级的实时通信与配置管理，管辖机箱内所有单元处理模 件的通信汇聚和转发； 单元处理模件，在整个系统架构中处于最底层，负责接口类型的实现。 中央处理模件为系统级通信中枢，通信管理模件为机箱级通信中枢的二级通信架 构，中央处理和通信管理模件之间通过基于光纤的点对点协议通信； 通信管理模件与所辖的单元处理模件之间采用点对点LVDS通信方式作为实时大 容量数据交换通道，W共享CAN通道作为实时小容量数据交换通道。通信管理模件通过光纤 接收同源的时钟同步信息，实现整个系统的时钟同步。 上述技术方案的进一步特征在于，还包括人机接口模件，人机接口模件负责人机 交互，监控后台通信及配置管理模件和人机接口模件连接。 上述技术方案的进一步特征在于，所述电源模件为开关电源。上述技术方案的进一步特征在于，所述单元处理模件包括IEC 61850-9-2接口模 件、GOOSE接口模件、FT3接口模件、TSYN对时模件、W及电力系统安全稳定控制装置中的开 出接口模件、信号模件、开入接口模件和小信号接口模件。 上述技术方案的进一步特征在于，所述机箱具有背板，背板上通信管理模件位置 固定，通信管理模件槽位和各单元处理模件槽位间均包含一"点对点、全双工"的LVDS通道， 通信管理模件和各单元处理模件槽位间共享Ξ条化VDS总线、两条CAN总线，一条电W太网 通道，其中： LVDS通道，用于通信管理模件和各单元处理模件之间的高速数据通信； 两条化VDS总线用于监控后台通信及配置管理模件和中央处理模件之间的高速通 信，另一条BLVDS总线用于通信管理模件下发同步时钟信号； 一条CAN总线用于通信管理模件和各单元处理模件之间的通信，另一条CAN总线用 作通信管理模件和各单元处理模件之间的管理信息通道； 电W太网通道用作监控后台通信及配置管理模件和人机接口模件之间的通信。 上述技术方案的进一步特征在于，机箱分为主机箱和从机箱，从机箱的通信管理 模件通过光纤和主机箱的中央处理模件互联，构成分布式系统。 本技术的有益效果如下:本技术能实现机箱内部和机箱之间各硬件模件 的统一管理，为软件平台的一致性提供了硬件拓扑基础;模件类型和机箱类型没有从属和 对应关系，模件类型和数量可自由配置，数字接口模件和模拟接口模件可在同一个机箱和 谐共存。CPM(中央处理)模件和MPM(通信管理)模件之间采用光纤通信，实现了集中式装置 和分布式装置在工程设计上的一致性。MPM模件和各DPM(单元处理)模件有独享的点对点 LVDS通道，故障模件节点能被可靠隔离，不会影响其他正常节点的工作，提高了整个系统的 可靠性。各机箱内模件通过TSYN模件同源对时，实现整个分布式系统的时钟同步。增加 DPM 模件的类型即可快速实现新型装置的硬件研发，无须改变系统软硬件通信架构。【附图说明】 图1为本技术的硬件系统架构总图。 图2为背板总线为10个槽位的示意图。 图3为主机箱模件背板通信关系图。 图4为从机箱模件背板总线通信示意图。 图5为主、从机箱光纤通信关系图。【具体实施方式】 下面参照附图并结合实例对本技术作进一步详细描述。 如图1、图2所示，本技术在整体架构上把实时控制系统硬件平台的模件类型 分成6种:DY (电源模件）、HMI (人机接口模件）、COM (监控后台通信及配置管理模件）、CPM(中 央处理模件）、MPM(通信管理模件）、DPM(单元处理模件）。各模件的具体功能如下： 1、DY模件:为机箱内的所有模件提供电源，每个机箱必配。DY模件一般采用开关电 源实现，用于把外部输入的220V交流或直流电源转换成机箱内部使用的直流巧V，直流+/- 12V，直流+24V等内部电源。 2、HMI模件:负责人机交互，该模件为选配模件。HMI模件可采用触摸屏也可采用传 统的单片机加液晶和按键的方式实现。 3、C0M模件：负责监控后台通信W及整个控制系统的配置与管理，主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时控制系统硬件架构，其特征在于，包括电源模件、监控后台通信及配置管理模件、中央处理模件、通信管理模件和单元处理模件，其中：电源模件，为机箱内的所有模件提供电源；监控后台通信及配置管理模件，负责监控后台通信以及整个控制系统的配置与管理；中央处理模件，负责整个系统的中央处理，所有的单元处理模件的通信信息都在此模件汇聚并集中进行处理；通信管理模件，负责机箱级的实时通信与配置管理，管辖机箱内所有单元处理模件的通信汇聚和转发；单元处理模件，在整个系统架构中处于最底层，负责接口类型的实现；中央处理模件为系统级通信中枢，通信管理模件为机箱级通信中枢的二级通信架构，中央处理和通信管理模件之间通过基于光纤的点对点协议通信；通信管理模件与所辖的单元处理模件之间采用点对点LVDS通信方式作为实时大容量数据交换通道，以共享CAN通道作为实时小容量数据交换通道；通信管理模件通过光纤接收同源的时钟同步信息，实现整个系统的时钟同步。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：颜云松，徐军，叶振风，朱传宏，许高阳，任建锋，徐海波，李雪明，罗剑波，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32