專利名稱：一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力傳動與電能質(zhì)量方面的設(shè)備不斷地向大功率與大容量方面發(fā)展，這些設(shè)備的控制系統(tǒng)的性能也要求越來越高，控制系統(tǒng)的冗余切換以及熱備份有著廣泛的需求和良好的發(fā)展前景。目前普遍的冗余控制系統(tǒng)是在一個機箱中插上兩個相同功能的主控板卡，這種冗余切換具有不便于掉電維護、易于兩個主控板卡同時出現(xiàn)故障的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，該冗余切換方法利用高速串行通訊將A、B主控機箱連接到切換機箱，實現(xiàn)A、B主控機箱的冗余切換， 使得在A主控機箱出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)切換到B主控機箱，并在B主控機箱的控制下能繼續(xù)穩(wěn)定運行，并且可以單獨掉電維護其中一個主控機箱，極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，以A、B兩個主控機箱和切換機箱為主體，以光纖為傳輸媒介，當A主控機箱或B主控機箱出現(xiàn)故障，A、B兩個主控機箱互為冗余，通過切換機箱進行冗余切換；為了使得A、B主控機箱和切換機箱有嚴格的控制周期同步，切換機箱會產(chǎn)生一個同步信號，并分別發(fā)送給A、B主控機箱，A、B主控機箱以這個同步信號為基準進行系統(tǒng)控制操作；所述的主控機箱包括主控板、擴展板、背板，主控板處理核心控制算法；擴展板是主控機箱與切換機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，擴展板上設(shè)有連接切換機箱的高速激光收發(fā)模塊，背板用于給主控機箱各板卡供電并用于主控板與擴展板之間的數(shù)據(jù)通訊；所述的切換機箱包括切換板、背板及執(zhí)行單元功能板卡，切換板是該切換機箱與 A、B主控機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，切換板上設(shè)有兩個高速激光收發(fā)模塊，分別連接A、B主控機箱的擴展板上的高速激光收發(fā)模塊；背板用于給切換機箱各板卡供電并用于切換板與各功能板卡之間的數(shù)據(jù)通訊；功能板卡是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，如數(shù)字量輸入輸出，模擬量輸入輸出。所述的主控機箱擴展板包括高速激光收發(fā)模塊、FPGA控制模塊、SerDes模塊、光纖接收模塊，高速激光收發(fā)模塊用于主控機箱與切換機箱相互通訊，F(xiàn)PGA控制模塊用于實現(xiàn)krDes模塊與高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫krDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線， SerDes模塊與高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖接收模塊用于接收切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。
所述的切換機箱切換板包括兩個高速激光收發(fā)模塊、FPGA控制模塊、兩個krDes 模塊、兩個光纖發(fā)送模塊，兩個高速激光收發(fā)模塊分別用于切換機箱與A、B兩個主控機箱相互通訊，F(xiàn)PGA控制模塊用于實現(xiàn)krDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫krDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線，SerDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖發(fā)送模塊用于發(fā)送切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證A、B兩個主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。所述的以光纖為介質(zhì)的高速串行通訊，還可以是并行數(shù)據(jù)通訊，無線數(shù)據(jù)通訊或其它電纜為介質(zhì)的串行通訊。所述的實現(xiàn)冗余切換邏輯的器件以FPGA為例，但不限于FPGA，還可以為CPLD、單片機、ARM、DSP 禾口 PowerPC。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該冗余切換方法利用高速串行通訊將A、B主控機箱連接到切換機箱，實現(xiàn)A、B主控機箱的冗余切換，使得在A主控機箱出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)切換到B主控機箱，并在B 主控機箱的控制下能繼續(xù)穩(wěn)定運行，并且可以單獨掉電維護其中一個主控機箱，極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。


圖1為主控機箱功能示意圖；圖2為切換機箱功能示意圖；圖3為主控機箱擴展板功能示意圖；圖4為切換機箱切換板功能示意圖；圖5為A、B主控機箱與切換機箱連接示意圖；圖6為A主控機箱的運行狀態(tài)傳送到B主控機箱示意圖；圖7為A、B主控機箱正常時控制系統(tǒng)執(zhí)行A主控機箱命令示意圖；圖8為A主控機箱通訊錯誤后控制系統(tǒng)切換到B主控機箱示意圖。
具體實施例方式見圖5-圖8，一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，以A、B兩個主控機箱和切換機箱為主體，以光纖為傳輸媒介，當A主控機箱或B主控機箱出現(xiàn)故障，A、B兩個主控機箱互為冗余，通過切換機箱進行冗余切換；為了使得A、B主控機箱和切換機箱有嚴格的控制周期同步，切換機箱會產(chǎn)生一個同步信號，并分別發(fā)送給A、B主控機箱，A、B主控機箱以這個同步信號為基準進行系統(tǒng)控制操作。見圖1，主控機箱包括主控板、擴展板、背板，主控板處理核心控制算法；擴展板是主控機箱與切換機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，擴展板上設(shè)有連接切換機箱的高速激光收發(fā)模塊，背板用于給主控機箱各板卡供電并用于主控板與擴展板之間的數(shù)據(jù)通訊；見圖2，切換機箱包括切換板、背板及執(zhí)行單元功能板卡，切換板是該切換機箱與 A、B主控機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，切換板上設(shè)有兩個高速激光收發(fā)模塊，分別連接A、B主控機箱的擴展板上的高速激光收發(fā)模塊；背板用于給切換機箱各板卡供電并用于切換板與各功能板卡之間的數(shù)據(jù)通訊；功能板卡是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，如數(shù)字量輸入輸出，模擬量輸入輸出。見圖3，主控機箱擴展板包括高速激光收發(fā)模塊、FPGA控制模塊、SerDes模塊、光纖接收模塊，高速激光收發(fā)模塊用于主控機箱與切換機箱相互通訊，F(xiàn)PGA控制模塊用于實現(xiàn)krDes模塊與高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫krDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線， SerDes模塊與高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖接收模塊用于接收切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。見圖4，切換機箱切換板包括高速激光收發(fā)模塊0、高速激光收發(fā)模塊1、FPGA控制模塊、SerDes模塊OjerDes模塊1、光纖發(fā)送模塊0、光纖發(fā)送模塊1，高速激光收發(fā)模塊0 用于切換機箱與A主控機箱相互通訊，高速激光收發(fā)模塊1用于切換機箱與B主控機箱相互通訊；FPGA控制模塊用于實現(xiàn)SerDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫krDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線，SerDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖發(fā)送模塊0、光纖發(fā)送模塊1用于發(fā)送切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證A、B兩個主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。所述的冗余切換方法可以是系統(tǒng)故障自動切換，也可以是人為主動切換。系統(tǒng)故障包括電源故障、主控板卡CPU軟件故障、板卡硬件故障、光纖故障等。所述的高速串行通訊是通過FPGA控制模塊、SerDes模塊、高速激光收發(fā)模塊和高速光纖這四部分實現(xiàn)。FPGA用于實現(xiàn)krDes模塊和高級激光模塊的控制邏輯，以及讀寫 SerDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線ferDes模塊與高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；A、B主控機箱與擴展機箱之間的高速激光收發(fā)模塊通過高速光纖進行數(shù)據(jù)傳輸。所述的冗余切換是指A、B主控機箱互為冗余，當A主控機箱出現(xiàn)故障，則控制系統(tǒng)切換到B主控機箱，并在B主控機箱的控制下繼續(xù)穩(wěn)定運行；當B主控機箱出現(xiàn)故障，則控制系統(tǒng)切換到A主控機箱，并在A主控機箱的控制下繼續(xù)穩(wěn)定運行。切換功能由切換機箱的切換板來實現(xiàn)，A、B主控機箱在每一個控制周期都會給切換板發(fā)送控制信號、狀態(tài)信息以及其它數(shù)據(jù)，如果控制信號出現(xiàn)錯誤或者連續(xù)N個周期控制沒有數(shù)據(jù)下發(fā)，那么切換機箱就會進行冗余切換；切換板也可以執(zhí)行A、B主控機箱發(fā)送的主動切換命令。冗余切換控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸分為上行數(shù)據(jù)輸出和下行數(shù)據(jù)傳輸。上行數(shù)據(jù)傳輸是由切換機箱發(fā)送到主控機箱，下行數(shù)據(jù)傳輸是由主控機箱發(fā)送到切換機箱。冗余切換控制系統(tǒng)的A主控機箱需要知道B主控機箱的運行狀態(tài)，B主控機箱需要知道A主控機箱的運行狀態(tài)。A主控機箱將運行狀態(tài)下行傳輸?shù)角袚Q板，切換板再將A主控機箱運行狀態(tài)上行傳輸?shù)紹主控機箱；B主控機箱用同樣的方式將運行狀態(tài)傳到A主控機箱。A、B主控機箱在每個控制周期都會將控制信號等數(shù)據(jù)下行傳輸?shù)角袚Q板，再由切換板選取A或B主控機箱的數(shù)據(jù)發(fā)送給各個執(zhí)行單元；每個控制周期，執(zhí)行單元會將系統(tǒng)狀態(tài)等信息返回到切換板， 切換板將這些信息分別返回到A、B主控機箱，A、B主控機箱即會收到同樣的系統(tǒng)狀態(tài)等信息并進行處理。冗余切換控制系統(tǒng)是在嚴格的系統(tǒng)控制周期下工作的，為了使得A、B主控機箱和切換機箱有嚴格的控制周期同步，切換機箱會產(chǎn)生一個同步信號，并分別發(fā)送給A、B主控機箱，A、B主控機箱以這個同步信號為基準進行系統(tǒng)控制操作。
本實施例冗余控制系統(tǒng)以光纖為介質(zhì)的高速串行通訊為例，但不限于以光纖為介質(zhì)的高速串行通訊，它包括并行數(shù)據(jù)通訊，無線數(shù)據(jù)通訊以及電纜為介質(zhì)的串行通訊。本實施例冗余切換控制系統(tǒng)實現(xiàn)冗余切換邏輯的器件以FPGA為例，但不限于 FPGA，還可以為0 0)、單片機、六冊、05 和PowerPC。
權(quán)利要求
1.一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，其特征在于，以A、B兩個主控機箱和切換機箱為主體，以光纖為傳輸媒介，當A主控機箱或B主控機箱出現(xiàn)故障，A、B兩個主控機箱互為冗余，通過切換機箱進行冗余切換；為了使得A、B主控機箱和切換機箱有嚴格的控制周期同步，切換機箱會產(chǎn)生一個同步信號，并分別發(fā)送給A、B主控機箱，A、B主控機箱以這個同步信號為基準進行系統(tǒng)控制操作；所述的主控機箱包括主控板、擴展板、背板，主控板處理核心控制算法；擴展板是主控機箱與切換機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，擴展板上設(shè)有連接切換機箱的高速激光收發(fā)模塊， 背板用于給主控機箱各板卡供電并用于主控板與擴展板之間的數(shù)據(jù)通訊；所述的切換機箱包括切換板、背板及執(zhí)行單元功能板卡，切換板是該切換機箱與A、B 主控機箱進行數(shù)據(jù)交換的接口，切換板上設(shè)有兩個高速激光收發(fā)模塊，分別連接A、B主控機箱的擴展板上的高速激光收發(fā)模塊；背板用于給切換機箱各板卡供電并用于切換板與各功能板卡之間的數(shù)據(jù)通訊；功能板卡是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元，如數(shù)字量輸入輸出，模擬量輸入輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，其特征在于，所述的主控機箱擴展板包括高速激光收發(fā)模塊、FPGA控制模塊、SerDes模塊、光纖接收模塊，高速激光收發(fā)模塊用于主控機箱與切換機箱相互通訊，F(xiàn)PGA控制模塊用于實現(xiàn)krDes模塊與高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫krDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線， SerDes模塊與高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖接收模塊用于接收切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，其特征在于，所述的切換機箱切換板包括兩個高速激光收發(fā)模塊、FPGA控制模塊、兩個krDes模塊、 兩個光纖發(fā)送模塊，兩個高速激光收發(fā)模塊分別用于切換機箱與A、B兩個主控機箱相互通訊，F(xiàn)PGA控制模塊用于實現(xiàn)krDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊的控制邏輯以及讀寫 SerDes模塊的并行數(shù)據(jù)總線，SerDes模塊與對應(yīng)的高速激光收發(fā)模塊之間通過高速差分信號進行串行數(shù)據(jù)傳輸；光纖發(fā)送模塊用于發(fā)送切換機箱切換板的控制周期同步信號，用于保證A、B兩個主控機箱與切換機箱在統(tǒng)一的控制周期下工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，其特征在于，所述的以光纖為介質(zhì)的高速串行通訊，還可以是并行數(shù)據(jù)通訊，無線數(shù)據(jù)通訊或其它電纜為介質(zhì)的串行通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，其特征在于，所述的實現(xiàn)冗余切換邏輯的器件以FPGA為例，但不限于FPGA，還可以為CPLD、單片機、 ARM、DSP 禾口 PowerPC。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高速串行通訊的控制系統(tǒng)冗余切換方法，以A、B兩個主控機箱和切換機箱為主體，以光纖為傳輸媒介，當A主控機箱或B主控機箱出現(xiàn)故障，A、B兩個主控機箱互為冗余，通過切換機箱進行冗余切換；為了使得A、B主控機箱和切換機箱有嚴格的控制周期同步，切換機箱會產(chǎn)生一個同步信號，并分別發(fā)送給A、B主控機箱，A、B主控機箱以這個同步信號為基準進行系統(tǒng)控制操作。本發(fā)明的優(yōu)點是在一個主控機箱出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)切換到另一個主控機箱，并在工作狀態(tài)主控機箱的控制下能繼續(xù)穩(wěn)定運行，并且可以單獨掉電維護其中一個主控機箱，極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號G06F11/16GK102279780SQ20111017660
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者何師, 呂文菁, 張其生, 張海濤, 李曠, 王劍, 秦健 申請人:北京榮信慧科科技有限公司