專利名稱：一種用于現(xiàn)場控制的安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具體地講，本發(fā)明涉及的是一種用于現(xiàn)場控制的 安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置和方法，尤指用于核電站中的現(xiàn)場控制使用的安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置和 方法。
背景技術(shù)：
七十年代以前，控制系統(tǒng)中采用模擬量對傳輸及控制信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度 差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統(tǒng)的控制效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都很差。七十年代末， 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器技術(shù)得到很大發(fā)展。微處理器功能強(qiáng)、體積小、可靠 性高、通過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐酚糜诳刂葡到y(tǒng)，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集 中式控制系統(tǒng)。隨著過程控制技術(shù)、自動化儀表技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，控制 領(lǐng)域又發(fā)生了一次技術(shù)變革。這次變革使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)(如集散控制系統(tǒng))無論在結(jié)構(gòu) 上還是在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍。在目前的控制保護(hù)系統(tǒng)，需要CPU機(jī)箱對現(xiàn)場進(jìn)行控制，實現(xiàn)主節(jié)點板卡和多個 從節(jié)點板卡之間的數(shù)據(jù)通信。該通信系統(tǒng)是基于OSI的物理層和鏈路層技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)， 在數(shù)據(jù)切換層面，通信系統(tǒng)使用鏈路層交換技術(shù)來實現(xiàn)主節(jié)點板卡和多個從節(jié)點板卡之間 的數(shù)據(jù)交換。在切換板卡內(nèi)部以及通信的終端都是以MAC地址作為判斷數(shù)據(jù)傳輸通道已經(jīng) 對象的依據(jù)。主節(jié)點板卡和多個從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)通信采用主從結(jié)構(gòu)，由主節(jié)點板卡發(fā)起， 依次對從節(jié)點板卡進(jìn)行有問一答的輪詢控制方式實現(xiàn)。圖1表示的是在現(xiàn)有技術(shù)中，核電站中現(xiàn)場控制使用的安全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議，其 切換板卡的工作模式是以每個數(shù)據(jù)幀的MAC地址作為數(shù)據(jù)分流的依據(jù)。交換芯片包含一定 容量的buffer，該buffer把所有數(shù)據(jù)包緩沖，先判斷數(shù)據(jù)幀的完整性，如果不完整則丟棄， 否則再根據(jù)一定的算法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀到一定的port。根據(jù)這樣的工作模式，切換板卡的工作 過程是黑盒操作，雖然可以通過一定的設(shè)置限制其行為，或者通過一定的途徑來了解操作 過程，無法說明其確定性；不能給出最低的port到port的傳輸延時；通信系統(tǒng)是基于狀態(tài) 的，而非基于事件的；采用問答方式通信，不滿足安全網(wǎng)絡(luò)通信獨立性原則?；谏鲜龅睦碛涩F(xiàn)有技術(shù)無法滿足更高安全級別中現(xiàn)場控制的要求，尤其是在核 電站中的現(xiàn)場控制使用的安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和協(xié)議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為滿足核電站用于現(xiàn)場控制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該滿足安全的要求，包 括通信系統(tǒng)應(yīng)該滿足獨立性原則，無“握手”或者同步信號引發(fā)的干擾；通信系統(tǒng)的時間要 求應(yīng)該是確定的，其中主節(jié)點板卡給從節(jié)點板卡發(fā)送數(shù)據(jù)的時間是確定的，從節(jié)點板卡給 主節(jié)點板卡發(fā)送數(shù)據(jù)的時間是確定的；通信系統(tǒng)應(yīng)該是基于狀態(tài)的，而非基于事件的；協(xié) 議中要明確指定接收方和發(fā)送方。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是包括與控制系統(tǒng)連接的主節(jié)點板卡，多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的從節(jié)點板卡和用來切換控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡與多個采集 現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的從節(jié)點板卡數(shù)據(jù)交換的切換板卡，板卡內(nèi)各器件的電氣連接遵守以太網(wǎng)電 氣連接標(biāo)準(zhǔn)；多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡中包括CPU，與CPU連接的先進(jìn)先出存儲器，復(fù) 雜可編程邏輯器分別與先進(jìn)先出存儲器連接和從節(jié)點板卡的CPU連接，物理層收發(fā)器分別 與先進(jìn)先出存儲器連接和叢節(jié)點板卡的CPU連接；切換板卡包括復(fù)雜可編程邏輯器，多個物理層收發(fā)器連接，多個物理層收發(fā)器與 從節(jié)點板卡數(shù)相對應(yīng)，復(fù)雜可編程邏輯器與從節(jié)點板卡的復(fù)雜可編程邏輯器連接，以及與 主節(jié)點板卡的網(wǎng)絡(luò)物理層接口相連接切換板卡的網(wǎng)絡(luò)物理層接口和物理層收發(fā)器，物理層 收發(fā)器與可復(fù)雜編程控制器連接；主節(jié)點板卡包括CPU、與CPU連接的物理層收發(fā)器，網(wǎng)絡(luò)物理層接口與物理層收發(fā) 器連接；主節(jié)點板卡和切換板卡的物理層接口是RJ45接口。主節(jié)點板卡和切換板卡的連接介質(zhì)是電纜并且采用變壓隔離的方式。一種用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡向多個采集現(xiàn) 場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡的通信和多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡向控制系統(tǒng)連接主節(jié) 點板卡的通信，其特征在于a從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地 址，數(shù)據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；b轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲器中；c切換板卡采用定時輪詢的方式，將從節(jié)點板卡與切換板卡的物理收發(fā)器導(dǎo)通，切 換板卡從先進(jìn)先出存儲器中取走數(shù)據(jù)幀；d切換板卡通過網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點板卡；e主節(jié)點板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給CPU處理；切換板卡以固定周期向主節(jié)點板卡發(fā)送數(shù)據(jù)幀；該固定周期，該固定周期的范圍為lms-lOOms，優(yōu)選為lms-50ms，再優(yōu)選為 lms_25ms，。切換板卡以固定周期與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從 節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡發(fā)送；數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括目的MA地址、源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼； 其中數(shù)據(jù)部分分為上行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀；上行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點板卡發(fā)送給從節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部 分由配置信息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的CRC校驗構(gòu)成；下行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信 息，主節(jié)點工作狀態(tài)，tick計數(shù)值，輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的CRC校驗構(gòu)成；數(shù)據(jù)幀的長度范圍為64個字節(jié)-IOM個字節(jié)，優(yōu)選為64個字節(jié)-512個字節(jié)，再 優(yōu)選為64個字節(jié)-256個字節(jié)，；協(xié)議長度經(jīng)過上述的技術(shù)手段，本發(fā)明帶來的有益效果是通過在從節(jié)點板卡中添加FIFO 解決了通信的獨立性原則；通信雙方都是以固定周期進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，明確發(fā)送方與接收方，板卡之間發(fā)送方的時間是確定的。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)流程圖；圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程圖；圖3主節(jié)點板卡的結(jié)構(gòu)；圖4切換板卡的結(jié)構(gòu)；圖5從節(jié)點板卡的結(jié)構(gòu)；圖6本發(fā)明數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖；圖7本發(fā)明數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)部分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體實施例方式本發(fā)明中提到的主節(jié)點與從節(jié)點是從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌人M(jìn)行定義。主節(jié)點主節(jié) 點可以和所有從節(jié)點通信，且主節(jié)點只要一個；從節(jié)點從節(jié)點只能與主節(jié)點通信，從節(jié)點 之間不建立通信，從節(jié)點可以有多個。如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流程圖。由圖中所示 該控制保護(hù)系統(tǒng)由主節(jié)點板卡、切換板卡和多個從節(jié)點板卡構(gòu)成。如圖3所示主節(jié)點板卡 由CPU、物理層收發(fā)器(MAC+PHY)和網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)成，該網(wǎng)絡(luò)接口為RJ45接口。如圖4所示切 換板卡是由復(fù)雜可編程邏輯器，多個物理層收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)成，該網(wǎng)絡(luò)接口與主節(jié)點 板卡為同一類型接口，均為RJ45接口，兩接口通過電纜連接。如圖5所示的為多個從節(jié)點 板卡的任選其中之一個。該從節(jié)點板卡的個數(shù)與切換板卡中物理層收發(fā)器(PHY)的個數(shù)相 對應(yīng)，其個數(shù)不能多余切換板卡中物理層收發(fā)器(PHY)的個數(shù)。該從節(jié)點板卡中由CPU、先 進(jìn)先出存儲器、復(fù)雜可編程邏輯器和物理層收發(fā)器(PHY)構(gòu)成。其中復(fù)雜可編程邏輯器與 切換板卡內(nèi)的復(fù)雜可編程邏輯器連接。物理層收發(fā)器(PHY)與切換板卡內(nèi)與之對應(yīng)的物理 收發(fā)器連接。在本系統(tǒng)中各模塊之間的物理連接都遵循現(xiàn)有的現(xiàn)場控制物理連接關(guān)系，不 在本發(fā)明之內(nèi)詳述。在本實施例中通過在從節(jié)點板卡中添加先進(jìn)先出存儲器解決了通信的 獨立性。通過先進(jìn)先出存儲器使得主節(jié)點板卡和從節(jié)點板卡中軟件的通信功能和其它功能 相分離。在電氣上，本發(fā)明可以采用光纖傳輸以及變壓器隔離方式來實現(xiàn)通信雙方的獨立。實施例1本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體是由OSI參考模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)成，所以本發(fā)明 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了如圖6所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。該網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 結(jié)構(gòu)包括目的MAC地址、的源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼；其數(shù)據(jù)幀的總 長度固定為64個字節(jié)。其中如圖7所示數(shù)據(jù)部分又將其分為上行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀；上 行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點板卡發(fā)送給主節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分由配置信 息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，的采集數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成；下行數(shù)據(jù)幀指主節(jié)點 通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信息，主節(jié)點工作狀態(tài)，tick計數(shù) 值，輸出數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)連接主節(jié)點通信板卡以固定的周期向多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的從節(jié)點 板卡發(fā)送信息，從節(jié)點板卡的物理收發(fā)器核對目的MAC地址，如果目的MAC地址一致接收信息，不一致則做拋棄處理，不接收信息。從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù) 據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地址，數(shù)據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲 器中；多個從節(jié)點板卡按自己的周期發(fā)送數(shù)據(jù)。切換板卡采用定時輪詢的方式，切換板卡以 Ims與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次逐個將數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡發(fā) 送。在固定的周期下切換板卡的物理收發(fā)器逐個與從節(jié)點板卡物理收發(fā)器導(dǎo)通，在這個周 期內(nèi)切換板卡的網(wǎng)絡(luò)接口與主節(jié)點通信板卡的網(wǎng)絡(luò)接口導(dǎo)通。切換板卡以Ims與多個從節(jié) 點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從節(jié)點的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡通過網(wǎng)絡(luò) 接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點通信板卡；主節(jié)點通信板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給CPU處 理。實施例2本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體是由OSI參考模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)成，所以本發(fā)明 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了如圖6所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。該網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 結(jié)構(gòu)包括目的MAC地址、的源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼；其數(shù)據(jù)幀的總 長度固定為256個字節(jié)。其中如圖7所示數(shù)據(jù)部分又將其分為上行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀； 上行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點板卡發(fā)送給主節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分由配置 信息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，的采集數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成；下行數(shù)據(jù)幀指主節(jié) 點通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信息，主節(jié)點工作狀態(tài)，tick計 數(shù)值，輸出數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成。控制系統(tǒng)連接主節(jié)點通信板卡以固定的周期向多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板 卡發(fā)送信息，從節(jié)點板卡的物理收發(fā)器核對目的MAC地址，如果目的MAC地址一致接收信 息，不一致則做拋棄處理，不接收信息。從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù) 據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地址，數(shù)據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲 器中；多個從節(jié)點板卡按自己的周期發(fā)送數(shù)據(jù)。切換板卡采用定時輪詢的方式，切換板卡 以25ms與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次逐個將數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板 卡發(fā)送。在固定的周期下切換板卡的物理收發(fā)器逐個與從節(jié)點板卡物理收發(fā)器導(dǎo)通，在這 個周期內(nèi)切換板卡的網(wǎng)絡(luò)接口與主節(jié)點通信板卡的網(wǎng)絡(luò)接口導(dǎo)通。切換板卡以25ms與多 個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從節(jié)點的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡通 過網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點通信板卡；主節(jié)點通信板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給 CPU處理。實施例3本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體是由OSI參考模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)成，所以本發(fā)明 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了如圖6所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。該網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 結(jié)構(gòu)包括目的MAC地址、的源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼；其數(shù)據(jù)幀的總 長度固定為512個字節(jié)。其中如圖7所示數(shù)據(jù)部分又將其分為上行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀； 上行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點板卡發(fā)送給主節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分由配置 信息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，的采集數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成；下行數(shù)據(jù)幀指主節(jié) 點通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信息，主節(jié)點工作狀態(tài)，tick計 數(shù)值，輸出數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)連接主節(jié)點通信板卡以固定的周期向多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡發(fā)送信息，從節(jié)點板卡的物理收發(fā)器核對目的MAC地址，如果目的MAC地址一致接收信 息，不一致則做拋棄處理，不接收信息。從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù) 據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地址，數(shù)據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲 器中；多個從節(jié)點板卡按自己的周期發(fā)送數(shù)據(jù)。切換板卡采用定時輪詢的方式，切換板卡 以50ms與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次逐個將數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板 卡發(fā)送。在固定的周期下切換板卡的物理收發(fā)器逐個與從節(jié)點板卡物理收發(fā)器導(dǎo)通，在這 個周期內(nèi)切換板卡的網(wǎng)絡(luò)接口與主節(jié)點通信板卡的網(wǎng)絡(luò)接口導(dǎo)通。切換板卡以50ms與多 個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從節(jié)點的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡通 過網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點通信板卡；主節(jié)點通信板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給 CPU處理。實施例4本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體是由OSI參考模型的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)成，所以本發(fā)明 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了如圖6所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。該網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀 結(jié)構(gòu)包括目的MAC地址、的源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼；其數(shù)據(jù)幀的總 長度固定為IOM個字節(jié)。其中如圖7所示數(shù)據(jù)部分又將其分為上行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀； 上行數(shù)據(jù)幀指從節(jié)點板卡發(fā)送給主節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分由配置 信息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，的采集數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成；下行數(shù)據(jù)幀指主節(jié) 點通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信息，主節(jié)點工作狀態(tài)，tick計 數(shù)值，輸出數(shù)據(jù)，預(yù)留數(shù)據(jù)和CRC校驗構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)連接主節(jié)點通信板卡以固定的周期向多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板 卡發(fā)送信息，從節(jié)點板卡的物理收發(fā)器核對目的MAC地址，如果目的MAC地址一致接收信 息，不一致則做拋棄處理，不接收信息。從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù) 據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地址，數(shù)據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲 器中；多個從節(jié)點板卡按自己的周期發(fā)送數(shù)據(jù)。切換板卡采用定時輪詢的方式，切換板卡以 IOOms與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次逐個將數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡 發(fā)送。在固定的周期下切換板卡的物理收發(fā)器逐個與從節(jié)點板卡物理收發(fā)器導(dǎo)通，在這個 周期內(nèi)切換板卡的網(wǎng)絡(luò)接口與主節(jié)點通信板卡的網(wǎng)絡(luò)接口導(dǎo)通。切換板卡以IOOms與多 個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從節(jié)點的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡通 過網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點通信板卡；主節(jié)點通信板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給 CPU處理。
權(quán)利要求
1.一種用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置，包括與控制系統(tǒng)連接的主節(jié)點板卡，多個 采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的從節(jié)點板卡和用來切換控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡與多個采集現(xiàn)場信 息數(shù)據(jù)的從節(jié)點板卡數(shù)據(jù)交換的切換板卡，板卡內(nèi)各器件的電氣連接遵守以太網(wǎng)電氣連接 標(biāo)準(zhǔn)；其特征在于多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡中包括CPU，與CPU連接的先進(jìn)先出存 儲器，復(fù)雜可編程邏輯器分別與先進(jìn)先出存儲器連接和從節(jié)點板卡的CPU連接，物理層收 發(fā)器分別與先進(jìn)先出存儲器連接和叢節(jié)點板卡的CPU連接；切換板卡包括復(fù)雜可編程邏輯器，多個物理層收發(fā)器連接，多個物理層收發(fā)器與從節(jié) 點板卡數(shù)相對應(yīng)，復(fù)雜可編程邏輯器與從節(jié)點板卡的復(fù)雜可編程邏輯器連接，以及與主節(jié) 點板卡的網(wǎng)絡(luò)物理層接口相連接切換板卡的網(wǎng)絡(luò)物理層接口和物理層收發(fā)器，物理層收發(fā) 器與復(fù)雜可編程邏輯器連接；主節(jié)點板卡包括CPU、與CPU連接的物理層收發(fā)器，網(wǎng)絡(luò)物理層接口與物理層收發(fā)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置，其特征在于主節(jié)點板卡 和切換板卡的物理層接口是RJ45接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置，其特征在于主節(jié)點板卡 和切換板卡的連接介質(zhì)是電纜并且采用變壓隔離的方式。
4.一種用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡向多個采集現(xiàn)場 信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡的通信和多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡向控制系統(tǒng)連接主節(jié)點 板卡的通信，其特征在于a從節(jié)點板卡將收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀格式由目標(biāo)地址，源地址，數(shù) 據(jù)部分和校驗碼構(gòu)成；b轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)幀放入先進(jìn)先出存儲器中；c切換板卡采用定時輪詢的方式，將從節(jié)點板卡與切換板卡的物理收發(fā)器導(dǎo)通，切換板 卡從先進(jìn)先出存儲器中取走數(shù)據(jù)幀；d切換板卡通過網(wǎng)絡(luò)接口將數(shù)據(jù)幀傳送給主節(jié)點板卡； e主節(jié)點板卡將數(shù)據(jù)幀還原成數(shù)據(jù)傳送給CPU處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于切換板卡在 固定周期內(nèi)逐個依次向主節(jié)點板卡發(fā)送數(shù)據(jù)幀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于，該固定周 期的范圍為Ims-IOOms，優(yōu)選為lms_50ms，再優(yōu)選為lms_25ms。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任意一項所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于 切換板卡以固定周期與多個從節(jié)點板卡個數(shù)總和的比值為時間間隔依次將各從節(jié)點板卡 的數(shù)據(jù)幀向主節(jié)點通信板卡發(fā)送。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 包括目的MA地址、源MAC地址、協(xié)議長度，數(shù)據(jù)部分和幀校驗檢測碼；其中數(shù)據(jù)部分分為上 行數(shù)據(jù)幀和下行數(shù)據(jù)幀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于上行數(shù)據(jù)幀 指從節(jié)點板卡發(fā)送給從節(jié)點通信板卡的數(shù)據(jù)幀，上行數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分由配置信息，自監(jiān)視信息，tick計數(shù)值，采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的CRC校驗構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于下行數(shù)據(jù) 幀指從節(jié)點通信板卡發(fā)送給從節(jié)點板卡的數(shù)據(jù)幀，下行數(shù)據(jù)幀由配置信息，主節(jié)點工作狀 態(tài)，tick計數(shù)值，輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的CRC校驗構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于現(xiàn)場控制安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的方法，其特征在于數(shù)據(jù)幀 的長度范圍為64個字節(jié)-IOM個字節(jié)，優(yōu)選為64個字節(jié)-512個字節(jié)，再優(yōu)選為64個字 節(jié)-256個字節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種用于現(xiàn)場控制的安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的裝置和方法，包括與控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡，多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的從節(jié)點板卡和用來切換控制系統(tǒng)連接主節(jié)點板卡與多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡數(shù)據(jù)交換的切換板卡，多個采集現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)從節(jié)點板卡中包括CPU，F(xiàn)IFO先進(jìn)先出存儲器，復(fù)雜可編程邏輯器件，以及物理層收發(fā)器(PHY)；主節(jié)點板卡與從節(jié)點板卡中都有一數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生器，以產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址與源地址，以及傳送的數(shù)據(jù)部分和校驗碼。解決了通信的獨立性原則；通信雙方都是以固定周期進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，明確發(fā)送方與接收方，板卡之間發(fā)送方的時間是確定的。
文檔編號H04L29/06GK102081383SQ20091023871
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者冀建偉, 張宓, 徐曉冬, 石小娟, 郭富強(qiáng) 申請人:中國廣東核電集團(tuán)有限公司, 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司