光纤自愈环网在变电站自动化系统中的设计与实现

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1、光纤自愈环网在变电站自动化系统中的设计与实现

2、第1lunouseg(this)">变电站自动化系统对各装置（节点）间的时间统一性有着较高的要求[3]。为了提高时间同步精度，很多该类系统都通过设置一套对时专用网络(采用IRIG-B码或秒脉冲)来解决[4]。这种方案在以铜缆为传输介质的场合不会增加太大的成本，但在采用光纤介质时，对时专用网络的过高成本就令人难以接受了。利用光纤通道时分复用方式，开辟复用通道进行对时，可方便地解决这个问题。基于变电站自动化系统通信网络的上述特点，本文提出了一套适用于该类系统的光纤自愈环网系统结构方案，设计了该方案的网络结构、环网自愈策略及信息编

3、码格式，并给出了基于EPLD的具体实现方法。1系统总体设计1.1光纤环网结构光纤环网结构如图1所示。整个网络为主、从式结构。在变电站自动化系统中，主节点一般是通过处理机，从节点为各种测控置或自动装置。为了确保通信的可靠性，主节点一般要求双重化配置，但同时只能有一个主节点处于网络主控状态，另外的主节点工作于从节点状态，工作状态的转换由两主节间的一套双机切换逻辑来控制。处于网络主控状态的主节点（简称主控节点，下同）产生网络工作时钟，从节点以这个网络工作时钟同步工作。每个节点发送数据均从顺时针和逆时针两个方向传输，自发送节点开始，主控节点终止，因此每次数据传输，目的节点均可从

4、两个方面接收到数据。为了保证数据收质量及速度，要优先选择最先到达目的节点的相就通道进行数据接收。1.2环网自愈策略当网络的双环者畅通时，正反两个光纤通道的数据各自独立传输，互不影响，如图2(a)所示。当右侧接收不到工作时钟进（右侧节点故障或光纤故障），则将左侧所接收的数据环绕从左侧发送出去，构成左侧自环，如图2（b）所示。反之，如果左侧节点故障，则将右侧接收的信息从右侧发送出去，构成右侧自环，如图2（c）所示，500)this.style.ouseg(this)">保证从节点发送的数据总线能够传输到主节点，此时网络工作于单环运行状态。当故障区段的故障消除后，节点将自动恢

5、复到如图2（a）所示的双环运行状态。节点单元的光纤自愈控制由EPLD自动完成，无需MPU控制。1.3光纤通道数据编码格式系统设计为同步工作方式，在光纤通道中传输的信息编码格式如图3所示。每帧由8位组成。首先是一个帧起始标志位（1），依次是IRIG-B通道、主通道、辅助通道，接下来是连续4位“0”，然后是下一帧的起始标起位。IRIG-B通道用于进行广播方式全网对时，IRIG-B信息由主控节点发送，从节点同时接收。主通道用于问答式通信，从主通道发送的数据，主节点及所有从节点均能接收到。辅助通道用于从节点向主节点主动传输紧急数据和突发事件信息，以弥补主通道问答式通信方式响应速

6、度方面的不足，提高通信子系统的响应速度。从节点在辅助通道发送的数据，只有主节点才能接收到。2系统实现500)this.style.ouseg(this)">2.1光纤环网节点硬件电路图4为一个光纤环网节点单元的电阻图。该电路以电擦除可编程逻辑器件（EPLD）为核心，外围光纤收发器件F1与F4、F2与F3分别构成方向相反的两个环路，其中F1-F4的数据流方向为从左至右，F3-F2为从右至左。发光二极管V1、V4分别指示左右两侧通道同步状态，V2、V3分别指示左右两侧数据接收状态。网络状态指示信号SYNC_L、SYNC_R性质与V1、V4相同，用于向本节点的微处理器（MPU

7、）提供网络运行状态。RX_L/R指示目前接收的数据是来自左侧环路还是来自右侧环路。跳线器JP用于选择节点的主、从工作模式。在工作于主节点方式时，_EN用于多重主节点间切换网络控制权；在工作于从节点方式时，_EN用于选择发送数据通道。B_IN、B_OUT分别为IRIG_B标准时间信号（DC，1kHz）的输入（主节点用）和输出（从节点用）。IRIG-B标准时间编码经常应用于需要精密时间基准的分布式监控系统中。数据通信接口信号包括：数据接收（RXD）、数据发送（TXD）、发送使能（TXEN）、收发时钟（TRCLK）及辅助通道数据接收（RXD_A）。本光纤网设计为同步通信方式（

8、数据链路层采用HDLC协议），由主控节点提供全网工作时钟，从节点以TRCLK为时钟来收发数据。2.2EPLD逻辑功能由图4可知，光纤节点单元的主要功能均由EPLD的内部逻辑完成。EPLD主要包括如下逻辑功能单元：自愈控制数据选择器U1、U2，通道编解码单元U3、U4，通道同步状态检测器U5，工作模式选择单元U6，接收数据选择单元U7、U8，输出数据选择器U9～U12及控模式发送编码器U13。其中U1与U2、U3与U4功能相同，分别处理两个光纤环路上的数据。U5～U13为公用单元。500)this.style.ouseg(this)">2.