專利名稱：基于組件式cpu設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中廠站的監(jiān)視、錄波和分析系統(tǒng)。
技術(shù)背景隨著電力系統(tǒng)中機(jī)組容量的不斷增大和電壓等級的不斷提高，對于機(jī)組運(yùn) 行狀況的監(jiān)視錄波的必要性也日益增大。 一套好的錄波裝置，對于監(jiān)視勵(lì)磁系 統(tǒng)、機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、判斷保護(hù)動作行為、保護(hù)新原理研究、確定熱工保護(hù)和電 氣保護(hù)的動作順序等都將起到莫大的作用。而目前在現(xiàn)場應(yīng)用的錄波裝置，大都采用集中式設(shè)計(jì)，即由一套CPU系統(tǒng)來完成對所有模擬量、數(shù)字量的采集、錄波起動、數(shù)據(jù)存儲和上傳工作。這種方式存在著明顯的不足裝置數(shù)據(jù)采集部分存儲器單一，容量不夠，數(shù)據(jù)尚未 轉(zhuǎn)存時(shí)如果來新的故障就會遭覆蓋；各裝置所采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上不同步， 聯(lián)網(wǎng)分析困難；裝置靈活性不夠，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有集中式錄波裝置存在的問題，提出一種基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)，在此架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集故障數(shù)據(jù)記錄與分析、運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析的監(jiān)錄與分析系統(tǒng)。具體通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)，包括若干個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單 元， 一個(gè)管理單元和一個(gè)遠(yuǎn)方分析站，數(shù)據(jù)采集控制單元采用模塊化設(shè)計(jì)，.彼 此間獨(dú)立，與管理單元之間經(jīng)以太網(wǎng)通信，管理單元和遠(yuǎn)方分析站經(jīng)以太網(wǎng)通 信，數(shù)據(jù)采集控制單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、起動判據(jù)、數(shù)據(jù)的就地存 儲及與管理單元的通信，數(shù)據(jù)采集控制單元的數(shù)量根據(jù)具體工程需要可靈活配 置；管理單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、定值整定、通信管理、數(shù)據(jù)分析、用戶管理等功能；遠(yuǎn)方分析站負(fù)責(zé)對來自多個(gè)管理單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)故障信息綜合管理與分析、網(wǎng)絡(luò)通信、電氣主接線圖繪制等功能，作為管理單元數(shù) 據(jù)分析功能的擴(kuò)充和完善。在該架構(gòu)中設(shè)計(jì)了如下的同步機(jī)制，由第一數(shù)據(jù)采集控制單元(1)上的定 時(shí)計(jì)數(shù)器負(fù)責(zé)產(chǎn)生采樣脈沖，經(jīng)高速光耦隔離后觸發(fā)其他各數(shù)據(jù)采集控制單元 的采樣中斷，采用同步秒脈沖和絕對時(shí)鐘報(bào)文來統(tǒng)一各數(shù)據(jù)采集控制單元的絕對時(shí)鐘。在該架構(gòu)中設(shè)計(jì)了用硬件實(shí)現(xiàn)同步錄波，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元滿足錄 波起動判據(jù)后，立刻發(fā)出一個(gè)起動脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)高速光耦隔離后， 循環(huán)被其它數(shù)據(jù)采集控制單元接收，觸發(fā)中斷，作為起動錄波的信號。在各數(shù)據(jù)采集控制單元設(shè)置就地掉電不丟失存儲介質(zhì)，在整個(gè)系統(tǒng)起動錄 波后首先由各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行就地存儲，錄波結(jié)束后再通過以 太網(wǎng)上傳到管理單元的錄波數(shù)據(jù)硬盤中。整個(gè)系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通信方式。每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元和管理單元都分配 唯一的IP地址，數(shù)據(jù)采集控制單元的IP地址固化在程序內(nèi)，管理單元內(nèi)部IP 地址固化，外部IP地址由工程配置確定。數(shù)據(jù)采集控制單元、管理單元經(jīng)過內(nèi) 部以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的高速通信。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的架構(gòu)搭建的監(jiān)錄系統(tǒng)，因?yàn)椴捎昧私M件式的CPU設(shè)計(jì)， 可以根據(jù)具體工程模擬量、開入量通道的數(shù)量對數(shù)據(jù)采集控制單元的數(shù)量進(jìn)行 靈活的配置，可擴(kuò)展性強(qiáng)，又能有效控制硬件成本。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的同步機(jī) 制和協(xié)調(diào)起動機(jī)制，使得系統(tǒng)各數(shù)據(jù)采集控制單元所采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上嚴(yán) 格一致，便于進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)分析。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分散二級存儲機(jī)制， 使得原本龐大的錄波數(shù)據(jù)分散到了各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元，確保了連續(xù)故障時(shí) 錄波數(shù)據(jù)不被覆蓋。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的點(diǎn)對點(diǎn)通信機(jī)制，確保了任意兩個(gè)單元 之間在網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)都不會產(chǎn)生沖突，從而保證了大容量錄波數(shù)據(jù)的高速傳輸。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖l為基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2為分散式監(jiān)錄系統(tǒng)同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)框圖； 圖3為分散式監(jiān)錄系統(tǒng)協(xié)調(diào)起動機(jī)制實(shí)現(xiàn)框圖； 圖4為分散式監(jiān)錄系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散二級存儲機(jī)制實(shí)現(xiàn)框圖； 圖5為分散式監(jiān)錄系統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)框圖。
具體實(shí)施方式
基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)，其具體實(shí)施方式
包括若干個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元， 一個(gè)管理單元和一個(gè)遠(yuǎn)方分析站，數(shù)據(jù)采集控制單元采用 模塊化設(shè)計(jì)，彼此間獨(dú)立，與管理單元之間經(jīng)以太網(wǎng)通信，管理單元和遠(yuǎn)方分析站經(jīng)以太網(wǎng)通信。具體實(shí)現(xiàn)方式如下1.該架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)采用分散式結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，以以太網(wǎng)絡(luò)為核心， 構(gòu)成多CPU并行工作的整體。如圖1所示，該架構(gòu)由若干個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元、 一個(gè)管理單元和一個(gè)遠(yuǎn)方分析站構(gòu)成。每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元處理一定數(shù)量的模擬量和開關(guān)量，數(shù)據(jù) 采集控制單元的數(shù)量根據(jù)具體工程需要可靈活配置。在本實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)采集控制單元的數(shù)目為4，每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元配置24路模擬量和32路開關(guān)量 輸入。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元彼此間獨(dú)立，只與管理單元 經(jīng)以太網(wǎng)相聯(lián)系。數(shù)據(jù)采集控制單元主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、起動判 據(jù)、數(shù)據(jù)的就地存儲及與管理單元的通信。管理單元基于更高性能的嵌入式CPU硬件平臺，運(yùn)行于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下， 主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、定值整定、通信管理、數(shù)據(jù)分析、用戶管理等功能。 在本實(shí)施方式中，管理單元基于PowerPC硬件平臺，運(yùn)行于Vxworks操作系統(tǒng) 下。遠(yuǎn)方分析站主要負(fù)責(zé)對來自多個(gè)管理單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)故障信 息綜合管理與分析、網(wǎng)絡(luò)通信、電氣主接線圖繪制等功能，作為管理單元數(shù)據(jù) 分析功能的擴(kuò)充和完善。 2.同步機(jī)制對于分散式的監(jiān)錄系統(tǒng)，同步采樣顯得尤為重要，這主要關(guān)系到后臺數(shù)據(jù) 分析的準(zhǔn)確性，如圖2所示，在該架構(gòu)中設(shè)計(jì)了如下的同步機(jī)制。由第一數(shù)據(jù)采集控制單元(1)上的定時(shí)計(jì)數(shù)器負(fù)責(zé)產(chǎn)生采樣脈沖，經(jīng)高速光耦隔離后觸發(fā) 各數(shù)據(jù)采集控制單元的采樣中斷，各數(shù)據(jù)采集控制單元在采樣中斷處理程序中 完成數(shù)據(jù)采集，這樣就保證了各數(shù)據(jù)采集控制單元所采數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的一致 性。同時(shí)，為了能合并各數(shù)據(jù)采集控制單元通過內(nèi)部以太網(wǎng)上傳到管理單元的 數(shù)據(jù)，采用同步秒脈沖和絕對時(shí)鐘報(bào)文來統(tǒng)一各數(shù)據(jù)采集控制單元的絕對時(shí)鐘。 絕對時(shí)鐘報(bào)文由管理單元接收GPS絕對時(shí)鐘報(bào)文或自行產(chǎn)生，經(jīng)過內(nèi)部以太網(wǎng)絡(luò)下達(dá)到各數(shù)據(jù)采集控制單元；同步秒脈沖由第一數(shù)據(jù)采集控制單元(1)接受 GPS秒脈沖或通過定時(shí)計(jì)數(shù)器自產(chǎn)秒脈沖(PPS)，通過內(nèi)部硬件切換邏輯，經(jīng) 高速光耦隔離后觸發(fā)各數(shù)據(jù)采集控制單元和管理單元的同步中斷，各數(shù)據(jù)采集 控制單元和管理單元在同步中斷處理程序中完成對時(shí)功能。3. 協(xié)調(diào)起動機(jī)制對于分散式的監(jiān)錄系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元起動后，由于故 障數(shù)據(jù)分析的需要，也會要求其它不滿足起動條件的數(shù)據(jù)采集控制單元進(jìn)行錄 波。因此，在該架構(gòu)中設(shè)計(jì)了用硬件實(shí)現(xiàn)同步錄波的協(xié)調(diào)起動機(jī)制，如圖3所 示，即當(dāng)?shù)谝粩?shù)據(jù)采集控制單元(1)滿足錄波起動判據(jù)后，立刻發(fā)出一個(gè)起動 錄波脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)高速光耦隔離后，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集控制單元(2)的 起動錄波中斷，數(shù)據(jù)采集控制單元(2)在起動錄波的同時(shí)發(fā)出起動錄波脈沖信 號，經(jīng)高速光耦隔離后觸發(fā)數(shù)據(jù)采集控制單元(3)的起動錄波中斷，依此類推， 在各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元之間構(gòu)成一個(gè)循環(huán)起動鏈。同時(shí)，在相鄰數(shù)據(jù)采集控 制單元之間設(shè)計(jì)切換單元，即根據(jù)數(shù)據(jù)采集控制單元的個(gè)數(shù)來確定循環(huán)起動鏈 的數(shù)目。舉例來說，如圖3所示，數(shù)據(jù)采集控制單元(2)既可以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集 控制單元(3)，也可以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集控制單元(1)。各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元在 起動錄波的同時(shí)，關(guān)閉起動錄波中斷，不再響應(yīng)任何起動錄波脈沖信號，直至 一次錄波結(jié)束。起動錄波脈沖信號在各數(shù)據(jù)采集控制單元之間的傳遞采用高速 光耦(10Mbit/s)隔離，其造成的各單元起動錄波的不同時(shí)性可以忽略不計(jì)。4. 數(shù)據(jù)分散二級存儲機(jī)制如圖4所示，在各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元設(shè)置就地掉電不丟失存儲介質(zhì)(如CF 卡)，在整個(gè)系統(tǒng)起動錄波后首先由各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行就地存儲，錄波結(jié)束后再通過以太網(wǎng)上傳到管理單元的錄波數(shù)據(jù)硬盤中。通過這種 數(shù)據(jù)分散二級存儲機(jī)制，將原本龐大的錄波數(shù)據(jù)分散到各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元， 確保了連續(xù)故障時(shí)錄波數(shù)據(jù)不被覆蓋。 5.點(diǎn)對點(diǎn)通信機(jī)制如圖5所示，整個(gè)系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通信方式。每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元和管 理單元都分配唯一的IP地址，數(shù)據(jù)采集控制單元的IP地址固化在程序內(nèi)，管理 單元內(nèi)部IP地址固化，外部IP地址由具體工程配置確定。數(shù)據(jù)采集控制單元、 管理單元經(jīng)過內(nèi)部以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的高速通信，確保了任意兩個(gè)單元 之間在網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)都不會產(chǎn)生沖突，從而保證了大容量錄波數(shù)據(jù)的高速傳輸。除上述實(shí)施方式外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效 變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)，包括若干個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元，一個(gè)管理單元和一個(gè)遠(yuǎn)方分析站，數(shù)據(jù)采集控制單元采用模塊化設(shè)計(jì)，彼此間獨(dú)立，與管理單元之間經(jīng)以太網(wǎng)通信，管理單元和遠(yuǎn)方分析站經(jīng)以太網(wǎng)通信，數(shù)據(jù)采集控制單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、起動判據(jù)、數(shù)據(jù)的就地存儲及與管理單元的通信，數(shù)據(jù)采集控制單元的數(shù)量根據(jù)具體工程需要可靈活配置；管理單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、定值整定、通信管理、數(shù)據(jù)分析、用戶管理等功能；遠(yuǎn)方分析站負(fù)責(zé)對來自多個(gè)管理單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，實(shí)現(xiàn)故障信息綜合管理與分析、網(wǎng)絡(luò)通信、電氣主接線圖繪制等功能，作為管理單元數(shù)據(jù)分析功能的擴(kuò)充和完善。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)， 其特征在于由第一數(shù)據(jù)采集控制單元(1)來產(chǎn)生采樣脈沖，經(jīng)高速光耦隔離 后觸發(fā)其他各數(shù)據(jù)采集控制單元的采樣中斷，采用同步秒脈沖和絕對時(shí)鐘報(bào)文 來統(tǒng)一各數(shù)據(jù)采集控制單元的絕對時(shí)鐘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)， 其特征在于在該架構(gòu)中設(shè)計(jì)了用硬件實(shí)現(xiàn)同步錄波的協(xié)調(diào)起動機(jī)制，當(dāng)一個(gè) 數(shù)據(jù)采集控制單元滿足錄波起動判據(jù)后，立刻發(fā)出一個(gè)起動錄波脈沖信號，該 脈沖信號經(jīng)高速光耦隔離后，循環(huán)被其它數(shù)據(jù)采集控制單元接收，觸發(fā)中斷， 作為起動錄波的信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)， 其特征在于在各數(shù)據(jù)采集控制單元設(shè)置就地掉電不丟失存儲介質(zhì)，在整個(gè)系 統(tǒng)起動錄波后首先由各個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元將數(shù)據(jù)進(jìn)行就地存儲，錄波結(jié)束后再通過以太.網(wǎng)上傳到管理單元的錄波數(shù)據(jù)硬盤中。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)， 其特征在于每個(gè)數(shù)據(jù)采集控制單元、管理單元都分配唯一的IP地址，經(jīng)過內(nèi)部以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的高速通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于組件式CPU設(shè)計(jì)的分散式監(jiān)錄系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)采用分散式結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，以以太網(wǎng)絡(luò)為核心，構(gòu)成多CPU并行工作的整體。本發(fā)明采用內(nèi)部統(tǒng)一脈沖信號來實(shí)現(xiàn)多CPU之間的同步采樣和時(shí)間同步，同時(shí)采用循環(huán)起動方式來實(shí)現(xiàn)多CPU在故障時(shí)的協(xié)調(diào)起動，采用數(shù)據(jù)分散二級存儲機(jī)制來確保連續(xù)故障時(shí)的數(shù)據(jù)不丟失，采用基于以太網(wǎng)交換機(jī)的點(diǎn)對點(diǎn)通信機(jī)制來確保監(jiān)錄數(shù)據(jù)的高速傳輸。該架構(gòu)充分利用了多CPU系統(tǒng)的處理資源，兼具靈活性和可擴(kuò)展性。
文檔編號G05B19/048GK101216703SQ200810019329
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者丁俊健, 曾水根, 鵬 李, 許學(xué)芳 申請人:國電南京自動化股份有限公司