МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ НА ОСНОВЕ ПАССИВНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ
MULTIPROCESSING INFORMATION AND CONTROL SYSTEM OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATION BASED ON PASSIVE OPTICAL NETWORK

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;
1
N
3…3 - узлы связи первого (основного) канала (например, встраиваемые в устройства 9 обработки SFP ONU (ONT) модули xPON сети);
1
М
4…4 - узлы связи второго (резервного) канала (например, встраиваемые в устройства 9 обработки SFP ONU (ONT) модули xPON сети);
1
N
5…5 - узлы сопряжения с магистралью первого канала;
1
М
6…6 - узлы сопряжения с магистралью второго канала;
1
K
7…7 - блоки обработки;
1
K
8…8 - узлы сопряжения с магистралью;
1
K
9…9 - устройства обработки;
10 - персональный компьютер;
11 - многопроцессорная система;
12 - устройство синхронизации;
1
N
13…13 - оптические сплиттеры первого (основного) канала;
1
М
14…14 - 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;
1
K
22…22 - блоки внутренних часов реального времени.
1
М
1
М
1
М
1
K
По сравнению с прототипом, на фиг. 1 новыми блоками являются узлы 4…4, 6…6, устройство 12, сплиттеры 14…14, блоки 21, 22…22, а также новые группы входов-выходов 18, 19 и 20.
1
N
1
М
Микропроцессорный преобразователь 2, а также узлы связи 3…3 и 4…4 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.).
1
М
1
M
1
М
1
М
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 4…4 второго (резервного) канала, соединенные с третьей группой 20 входов-выходов дополнительных оптических сплиттеров 14…l4 второго (резервного) канала, последовательно соединенных между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы входов-выходов 18 d-го оптических сплиттеров 14…14 второго канала (где d=l…M-l) со второй группой входов-выходов 19 (d+1) оптических сплиттеров 14…14 второго канала.
1
М
1
М
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 6…6 сопряжения с магистралью второго канала, соединенные с дополнительными узлами связи 4…4 второго (резервного) канала.
1
K
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 22…22 внутренних часов реального времени в устройствах обработки.
1
K
Работа системы по схеме «ведущий-ведомый» для опроса и передачи сигналов от микропроцессорного преобразователя 2 в устройства 9…9 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.
K
N
М
N
М
1
N
1
М
1
N-1
1
М-1
1
N-1
1
М-1
1
N-1
1
M-1
1
K-1
Устройство 9 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 и вторым 4 узлом связи, соответственно, в третью группу 17 входов-выходов оптического сплиттера 13 первого канала и третью группу 20 входов-выходов оптического сплиттера 14 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 13…13 первого канала и оптических сплиттеров 14…14 второго канала в информационной сети многопроцессорной системы 11. Оптические импульсы, полученные последующими оптическими сплиттерами 13…13 первого канала и оптическими сплиттерами 14…14 второго канала, передаются на соответствующие оптические входы следующих узлов связи 3…3 первого канала и узлов связи 4….. 4 второго канала, где преобразуются в электрические сигналы, которые одновременно поступают через соответствующее узлы 5…5 сопряжения первого канала и узлы 6…6 сопряжения второго канала в устройства 9…9 обработки.
1
K-1
1
K
В устройствах 9…9 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 9…9 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.
1
K-1
K
Полученный при этом информационный сигнал от другого или других устройств 9…9 обработки в соответствии с программным обеспечением данного устройства 9 обработки может применяться для выполнения функций противоаварийной автоматики в электроустановке.
1
K
N
М
N
М
1
N
1
М
Для синхронизации устройств 9…9 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 и вторым 4 узлам связи, соответственно, в третью группу 17 входов-выходов оптического сплиттера 13 первого канала и третью группу 20 входов-выходов оптического сплиттера 14 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 13…13 первого канала и оптических сплиттеров 14…14 второго канала в информационной сети многопроцессорной системы 11.
1
K
1
K
1
K
1
K
В устройствах 9…9 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 22…22 реального времени в устройствах 9…9 обработки. Таким образом осуществляется синхронизация всех устройств 9…9 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.