Многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети - RU2697633C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к технике релейной защиты и автоматизированных систем управления в энергетике, и предназначено для реализации функций противоаварийной автоматики в электроустановке, а также для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, автоматизации сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики объекта контроля и управления, обработки этой информации и передачи ее в автоматизированные системы управления в энергетике верхнего уровня или оперативному персоналу.

Аналогом является многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики (патент RU 2210104, МПК G06F 15/16, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00 опубликован 10.08.2001 г.), содержащая N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем выход b-го узла связи (где b=l…N-l) соединен со входом (b+1)-го узла связи, микропроцессорный преобразователь, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов N-x блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, выход N-го узла связи соединен со входом микропроцессорного преобразователя, выход которого соединен со входом первого узла связи, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, причем микропроцессорный преобразователь состоит из двух усилителей, микропроцессора, набора элементов ИЛИ, элемента И, преобразователя электрических сигналов в оптические и преобразователя оптических сигналов в электрические, причем группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является входом первого усилителя и выходом второго усилителя, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом набора элементов ИЛИ и с первым выходом микропроцессора, вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй выход микропроцессора соединен с первым входом набора элементов ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом элемента И и с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические, вход которого соединен с выходом набора элементов ИЛИ.

Аналог обладает низкой скоростью и надежностью приема-передачи информации в информационной сети многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики (между микропроцессорным преобразователем и узлами связи), обусловленной необходимостью промежуточных преобразований в узлах связи и в микропроцессорном преобразователе, а также тем, что информационная сеть между микропроцессорным преобразователем и узлами связи выполнена по схеме «кольцо», при этом каждый узел связи участвует в процессе ретрансляции сигналов в информационной сети системы, и поэтому, выход из строя одного из узлов связи может привести к потерям информационных сигналов или к выходу из строя всей многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики.

Прототипом является многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики (патент RU 2657180, МПК G06Е 1/04, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубликован 08.06.2018 г.), содержащая микропроцессорный преобразователь, N оптических сплиттеров, последовательно соединенных между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы входов-выходов b-го оптического сплиттера (где b=l…N-l) со второй группой входов-выходов (b+1) оптического сплиттера, а также N узлов связи и N устройств обработки, при этом информационный вход и выход микропроцессорного преобразователя соединены с третьей группой соответствующего оптического сплиттера, а информационные входы-выходы N узла связи соединены с третьей группой входов-выходов N оптического сплиттера, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов N-x блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, при этом микропроцессорный преобразователь состоит из двух усилителей, микропроцессора, элемента И, преобразователя электрических сигналов в оптические и преобразователя оптических сигналов в электрические, причем группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является входом первого усилителя и выходом второго усилителя, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с первым выходом микропроцессора, вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй выход микропроцессора соединен со входом преобразователя электрических сигналов в оптические, второй вход элемента И соединен с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические.

Недостатком прототипа является низкая надежность из-за отсутствия резервирования каналов связи в системе.

Недостатком прототипа также является ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия «горизонтальных» информационных связей в системе, и, соответственно, наличием единственного способа организации опроса устройств в системе по схеме «ведущий-ведомый».

Задачей изобретения является разработка многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети в которой устранены недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом является организация межтерминального информационного обмена в электроустановке для осуществления функций противоаварийной автоматики (ПА), функций устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ), автоматического повторного включения (АПВ) в электроустановке и т.п. за счет передачи и приема информационных сообщений между синхронизируемыми устройствами в системе.

Техническим результатом также является повышение надежности приема-передачи информации в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети благодаря организации взаиморезервируемых каналов связи между устройствами в системе.

Технический результат достигается тем, что многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети содержащая микропроцессорный преобразователь, N оптических сплиттеров первого канала, последовательно соединенных между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы входов-выходов b-го оптического сплиттера первого канала (где b=l…N-l) со второй группой входов-выходов (b+1) оптического сплиттера первого канала, а также N узлов связи первого канала, К устройств обработки, при этом первый информационный вход и выход микропроцессорного преобразователя соединены с третьей группой соответствующего оптического сплиттера первого канала, информационные входы-выходы N-го узла связи соединены с третьей группой входов-выходов N-го оптического сплиттера первого канала, причем каждое K-е устройство обработки содержит блок обработки и три узла сопряжения с магистралью, информационные входы-выходы первой группы каждого K-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи первого канала, информационные входы-выходы третьей группы каждого K-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов K-х блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, третья группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, согласно настоящему изобретению, содержит М оптических сплиттеров второго канала, последовательно соединенных между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы входов-выходов d-го оптического сплиттера второго канала (где d=l…M-l) со второй группой входов-выходов (d+1) оптического сплиттера второго канала, второй информационный вход и выход микропроцессорного преобразователя соединены с третьей группой соответствующего оптического сплиттера второго канала, информационные входы-выходы М-го узла связи соединены с третьей группой входов-выходов М-го оптического сплиттера второго канала, информационные входы-выходы второй группы каждого K-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего М-го узла связи второго канала, при этом система дополнительно содержит М узлов связи второго канала, устройство синхронизации, содержащее блок синхронизации и два узла сопряжения с магистралью, информационные входы-выходы первой группы устройства синхронизации соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи первого канала, информационные входы-выходы второй группы устройства синхронизации соединены с информационными входами-выходами соответствующего М-го узла связи второго канала., а также блоки внутренних часов реального времени в устройствах обработки.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1).

На фиг. 1 изображена предлагаемая многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети (структурная схема одной информационной сети).

На фиг. 1 обозначены:

1 - промышленный компьютер;

2 - микропроцессорный преобразователь;

3₁…3_N - узлы связи первого (основного) канала (например, встраиваемые в устройства 9 обработки SFP ONU (ONT) модули xPON сети);

4₁…4_М - узлы связи второго (резервного) канала (например, встраиваемые в устройства 9 обработки SFP ONU (ONT) модули xPON сети);

5₁…5_N - узлы сопряжения с магистралью первого канала;

6₁…6_М - узлы сопряжения с магистралью второго канала;

7₁…7_K - блоки обработки;

8₁…8_K - узлы сопряжения с магистралью;

9₁…9_K - устройства обработки;

10 - персональный компьютер;

11 - многопроцессорная система;

12 - устройство синхронизации;

13₁…13_N - оптические сплиттеры первого (основного) канала;

14₁…14_М - оптические сплиттеры второго (резервного) канала;

15 - первая группа входов-выходов b-го оптического сплиттера 13 первого канала (где b=l…N-l) для связи со второй группой входов-выходов (b+1) оптического сплиттера 13 первого канала;

16 - вторая группа входов-выходов (b+1)-го оптического сплиттера 13 первого канала (где b=l…N-l) для связи с первой группой входов-выходов b-го оптического сплиттера 13 первого канала;

17 - третья группа входов-выходов оптического сплиттера 13 первого канала для связи с информационными входами-выходами узла связи 3 или с первым информационным входом и выходом микропроцессорного преобразователя 2.

18 - первая группа входов-выходов d-го оптического сплиттера 14 второго канала (где d=l…M-l) для связи со второй группой входов-выходов (d+1) оптического сплиттера 14 второго канала;

19 - вторая группа входов-выходов (d+l)-го оптического сплиттера 14 второго канала (где d=l…M-l) для связи с первой группой входов-выходов d-го оптического сплиттера 14 второго канала;

20 - третья группа входов-выходов оптического сплиттера 14 второго канала для связи с информационными входами-выходами узла связи 4 или со вторым информационным входом и выходом микропроцессорного преобразователя 2;

21 - блок синхронизации устройства 12 синхронизации;

22₁…22_K - блоки внутренних часов реального времени.

По сравнению с прототипом, на фиг. 1 новыми блоками являются узлы 4₁…4_М, 6₁…6_М, устройство 12, сплиттеры 14₁…14_М, блоки 21, 22₁…22_K, а также новые группы входов-выходов 18, 19 и 20.

Микропроцессорный преобразователь 2, а также узлы связи 3₁…3_N и 4₁…4_М могут быть реализованы в соответствии с описанием патента на изобретение к прототипу (патент RU 2657180, МПК G06Е 1/04, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубликован 08.06.2018 г.).

Таким образом, согласно настоящему изобретению, отличием предлагаемой многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети является то, что она дополнительно содержит узлы связи 4₁…4_М второго (резервного) канала, соединенные с третьей группой 20 входов-выходов дополнительных оптических сплиттеров 14₁…l4_M второго (резервного) канала, последовательно соединенных между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы входов-выходов 18 d-го оптических сплиттеров 14₁…14_М второго канала (где d=l…M-l) со второй группой входов-выходов 19 (d+1) оптических сплиттеров 14₁…14_М второго канала.

Также согласно настоящему изобретению, отличием предлагаемой многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети является то, что она дополнительно содержит узлы 6₁…6_М сопряжения с магистралью второго канала, соединенные с дополнительными узлами связи 4₁…4_М второго (резервного) канала.

Также согласно настоящему изобретению, отличием предлагаемой многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети является то, что она дополнительно содержит устройство 12 синхронизации с блоком 21 синхронизации, а также блоки 22₁…22_K внутренних часов реального времени в устройствах обработки.

Работа системы по схеме «ведущий-ведомый» для опроса и передачи сигналов от микропроцессорного преобразователя 2 в устройства 9₁…9_K обработки может происходить в соответствии с описанием патента на изобретение к прототипу (патент RU 2657180, МПК G06Е 1/04, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубликован 08.06.2018 г.).

При организации межтерминального информационного обмена по взаиморезервируемым каналам связи для осуществления, например, функций противоаварийной автоматики в электроустановке многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети работает следующим образом.

Устройство 9_K обработки, которое может представлять собой, например, интеллектуальное электронное устройство (ИЭУ, согласно ГОСТ Р 54325-2011 (IEC 61850-2)) в случае появления события (короткого замыкания, отключения выключателя и т.п.) на контролируемом присоединении электроустановки формирует два идентичных информационных сигнала (два экземпляра телеграммы), поступающие, соответственно через преобразование в оптические импульсы первым 3_N и вторым 4_М узлом связи, соответственно, в третью группу 17 входов-выходов оптического сплиттера 13_N первого канала и третью группу 20 входов-выходов оптического сплиттера 14_М второго канала, которые, в свою очередь транслирует их без изменений в свои первую 15 и вторую 16 группу входов-выходов сплиттеров первого канала и в свои первую 18 и вторую 19 группу входов-выходов сплиттеров второго канала для передачи сигналов (телеграмм) посредством последовательно соединенных, соответственно, оптических сплиттеров 13₁…13_N первого канала и оптических сплиттеров 14₁…14_М второго канала в информационной сети многопроцессорной системы 11. Оптические импульсы, полученные последующими оптическими сплиттерами 13₁…13_N-1 первого канала и оптическими сплиттерами 14₁…14_М-1 второго канала, передаются на соответствующие оптические входы следующих узлов связи 3₁…3_N-1 первого канала и узлов связи 4₁….. 4_М-1 второго канала, где преобразуются в электрические сигналы, которые одновременно поступают через соответствующее узлы 5₁…5_N-1 сопряжения первого канала и узлы 6₁…6_M-1 сопряжения второго канала в устройства 9₁…9_K-1 обработки.

В устройствах 9₁…9_K-1 обработки два полученных идентичных информационных сигнала (два экземпляра телеграммы) сравниваются и одно из них (пришедшее последним) отбрасывается. Таким образом осуществляется резервирование (дублирование) прохождения информационных сигналов от одного или нескольких устройств 9₁…9_K обработки в информационной сети многопроцессорной системы 11. Тем самым повышается надежность информационного обмена в системе 11, и, в случае потери одного из двух экземпляров, определяется обрывы или ненормальные режимы работы одного из двух взаиморезервируемых каналов в информационной сети многопроцессорной системы 11.

Полученный при этом информационный сигнал от другого или других устройств 9₁…9_K-1 обработки в соответствии с программным обеспечением данного устройства 9_K обработки может применяться для выполнения функций противоаварийной автоматики в электроустановке.

Для синхронизации устройств 9₁…9_K обработки в информационной сети многопроцессорной системы 11 установлено устройство 12 синхронизации, которое периодически формирует из получаемых в блоке 21 синхронизации (представляющий собой, например, GPS-приемник сигналов точного времени со спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС) меток времени, два идентичных информационных сигнала о времени (два экземпляра телеграммы), поступающие, соответственно через преобразование в оптические импульсы первым 3_N и вторым 4_М узлам связи, соответственно, в третью группу 17 входов-выходов оптического сплиттера 13_N первого канала и третью группу 20 входов-выходов оптического сплиттера 14_М второго канала, которые, в свою очередь транслируют их без изменений в свои первую 15 и вторую 16 группу входов-выходов сплиттеров первого канала и в свои первую 18 и вторую 19 группу входов-выходов сплиттеров второго канала для передачи сигналов времени (телеграмм) посредством последовательно соединенных, соответственно, оптических сплиттеров 13₁…13_N первого канала и оптических сплиттеров 14₁…14_М второго канала в информационной сети многопроцессорной системы 11.

В устройствах 9₁…9_K обработки два полученных идентичных информационных сигнала о времени (два экземпляра телеграммы) сравниваются и одно из них (пришедшее последним) отбрасывается, оставшееся используется для периодической коррекции внутренних часов 22₁…22_K реального времени в устройствах 9₁…9_K обработки. Таким образом осуществляется синхронизация всех устройств 9₁…9_K обработки в информационной сети многопроцессорной системы 11.

Техническим результатом изобретения, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:

1. Повышение надежности приема-передачи информации в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети благодаря организации взаиморезервируемых каналов связи между устройствами в системе.

2. Обеспечение межтерминального информационного обмена в электроустановке для осуществления, например, функций противоаварийной автоматики, за счет передачи и приема информационных сообщений между синхронизируемыми устройствами в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети.

Реферат

Изобретение относится к технике релейной защиты и автоматизированных систем управления в энергетике и предназначено для реализации функций противоаварийной автоматики в электроустановке, а также для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления. Технический результат заключается в повышении надежности приема-передачи информации в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети благодаря организации взаиморезервируемых каналов связи между устройствами в системе и обеспечении межтерминального информационного обмена в электроустановке для осуществления, например, функций противоаварийной автоматики, за счет передачи и приема информационных сообщений между синхронизируемыми устройствами в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети. 1 ил.

Формула