王傳啟 陳曉蘇

     煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司（264000）金

     敏 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：針對變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中星形光纖通信網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷，提出了一套適用于該類系統(tǒng)的光纖自愈環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。設(shè)計(jì)了該方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、環(huán)網(wǎng)自愈策略及信息編碼格式，并給出了基于epld的具體實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)際性能測試表明，該光纖自愈環(huán)網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

     關(guān)鍵詞：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

     光纖 環(huán)網(wǎng) 自愈 epld

     近年來，分層分布式體系結(jié)構(gòu)已成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模式[1]。該體系結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)通信于系統(tǒng)的功能與可靠性是影響整個(gè)系統(tǒng)的重要因素之一。由于變電站現(xiàn)場電磁環(huán)境惡劣，為提高通信可靠性，光纖通信技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于該類系統(tǒng)中。

     目前在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的光纖通信網(wǎng)絡(luò)多為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要星形耦合器作為核心單元。該單元發(fā)生故障將導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，而光纖的特點(diǎn)又決定了星形耦合器不易進(jìn)行雙重化配置，無法滿足新型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為提高可靠性而提出的重要節(jié)點(diǎn)需雙機(jī)雙網(wǎng)配置的要求[3]。因此支持主節(jié)點(diǎn)雙重化配置且具有自愈功能的光纖雙環(huán)網(wǎng)將是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)較好選擇。

     變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對各裝置（節(jié)點(diǎn)）間的時(shí)間統(tǒng)一性有著較高的要求[3]。為了提高時(shí)間同步精度，很多該類系統(tǒng)都通過設(shè)置一套對時(shí)專用網(wǎng)絡(luò)(采用irig-b碼或秒脈沖)來解決[4]。這種方案在以銅纜為傳輸介質(zhì)的場合不會增加太大的成本，但在采用光纖介質(zhì)時(shí)，對時(shí)專用網(wǎng)絡(luò)的過高成本就令人難以接受了。利用光纖通道時(shí)分復(fù)用方式，開辟復(fù)用通道進(jìn)行對時(shí)，可方便地解決這個(gè)問題。

     基于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)，本文提出了一套適用于該類系統(tǒng)的光纖自愈環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)了該方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、環(huán)網(wǎng)自愈策略及信息編碼格式，并給出了基于epld的具體實(shí)現(xiàn)方法。

     1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

     1.1 光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

     光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

     整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為主、從式結(jié)構(gòu)。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，主節(jié)點(diǎn)一般是通過處理機(jī)，從節(jié)點(diǎn)為各種測控置或自動(dòng)裝置。為了確保通信的可靠性，主節(jié)點(diǎn)一般要求雙重化配置，但同時(shí)只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)主控狀態(tài)，另外的主節(jié)點(diǎn)工作于從節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由兩主節(jié)間的一套雙機(jī)切換邏輯來控制。處于網(wǎng)絡(luò)主控狀態(tài)的主節(jié)點(diǎn)（簡稱主控節(jié)點(diǎn)，下同）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)鐘，從節(jié)點(diǎn)以這個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)鐘同步工作。每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)均從順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向傳輸，自發(fā)送節(jié)點(diǎn)開始，主控節(jié)點(diǎn)終止，因此每次數(shù)據(jù)傳輸，目的節(jié)點(diǎn)均可從兩個(gè)方面接收到數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)收質(zhì)量及速度，要優(yōu)先選擇最先到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的相就通道進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

     1.2 環(huán)網(wǎng)自愈策略

     當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的雙環(huán)者暢通時(shí)，正反兩個(gè)光纖通道的數(shù)據(jù)各自獨(dú)立傳輸，互不影響，如圖2(a)所示。當(dāng)右側(cè)接收不到工作時(shí)鐘進(jìn)（右側(cè)節(jié)點(diǎn)故障或光纖故障），則將左側(cè)所接收的數(shù)據(jù)環(huán)繞從左側(cè)發(fā)送出去，構(gòu)成左側(cè)自環(huán)，如圖2（b）所示。反之，如果左側(cè)節(jié)點(diǎn)故障，則將右側(cè)接收的信息從右側(cè)發(fā)送出去，構(gòu)成右側(cè)自環(huán)，如圖2（c）所示，保證從節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)總線能夠傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)工作于單環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)故障區(qū)段的故障消除后，節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)恢復(fù)到如圖2（a）所示的雙環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)單元的光纖自愈控制由epld自動(dòng)完成，無需mpu控制。

     1.3 光纖通道數(shù)據(jù)編碼格式

     系統(tǒng)設(shè)計(jì)為同步工作方式，在光纖通道中傳輸?shù)男畔⒕幋a格式如圖3所示。

     每幀由8位組成。首先是一個(gè)幀起始標(biāo)志位（1），依次是irig-b通道、主通道、輔助通道，接下來是連續(xù)4位“0”，然后是下一幀的起始標(biāo)起位。irig-b通道用于進(jìn)行廣播方式全網(wǎng)