МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
MULTI-PROCESSOR INFORMATION AND CONTROL SYSTEM OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATION

Изобретение относится к вычислительной технике и технике релейной защиты, и предназначено для автоматизации процесса сбора информации о состоянии присоединений и выключателей объекта контроля и управления, автоматизации сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики объекта контроля и управления, обработки этой информации и передачи ее оперативному персоналу.
Аналогом является микропроцессорная вычислительная система (авторское свидетельство SU 1805477, МПК G06F 15/16, опубликован 30.03.1993 г.), содержащая N устройств обработки и N узлов связи, при этом каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем каждый узел связи содержит девять элементов И, четыре элемента ИЛИ и триггер.
Аналог обладает ограниченными функциональными возможностями для управления различными процессами обработки информации.
Прототипом 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=1…N-1) 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.
Основным недостатком прототипа является низкая скорость приема-передачи информации в информационной сети многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики (между микропроцессорным преобразователем и узлами связи), обусловленная необходимостью промежуточных преобразований (преобразование оптических сигналов в электрические и последующее преобразование полученного информационного сигнала из электрической в оптическую форму посредством преобразователя электрических сигналов в оптические) в узлах связи и в микропроцессорном преобразователе. Кроме того, недостатком прототипа является низкая надежность приема-передачи информации из-за того, 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.
Задачей изобретения является разработка многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение скорости приема-передачи информации в информационной сети системы за счет исключения преобразования оптических сигналов в электрические и последующее преобразование полученного информационного сигнала из электрической в оптическую форму в каждом последующем узле связи, а также повышение надежности приема-передачи информации в многопроцессорной информационно-управляющей системе релейной защиты и автоматики за счет исключения узла связи из процесса ретрансляции сигналов в информационной сети системы.
Технический результат достигается тем, что многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики содержит 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=1…N-1) 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.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности (новизна, изобретательский уровень).
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - предлагаемая многопроцессорная информационно-управляющего система релейной защиты и автоматики (структурная схема одной информационной сети);
Фиг. 2 - пример реализации узла связи;
Фиг. 3 - пример реализации микропроцессорного преобразователя.
На Фиг. 1 обозначены:
1 - промышленный компьютер;
2 - микропроцессорный преобразователь;
1
N
3…3 - узлы связи (например, встраиваемые в устройства 7 обработки SFP ONU (ONT) модули xPON сети);
1
N
4…4 - узлы сопряжения с магистралью;
1
N
5…5 - блоки обработки;
1
N
6…6 - узлы сопряжения с магистралью;
1
N
7…7 - устройства обработки;
8 - персональный компьютер;
9 - многопроцессорная система;
1
N
10…10 - оптические сплиттеры;
11 - первая группа входов-выходов b-го оптического сплиттера 10 (где b=1…N-1) для связи со второй группой входов-выходов (b+1) оптического сплиттера 10;
12 - вторая группа входов-выходов (b+1)-го оптического сплиттера 10 (где b=1…N-1) для связи с первой группой входов-выходов b-го оптического сплиттера 10;
13 - третья группа входов-выходов оптического сплиттера 10 для связи с информационными входами-выходами узла связи 3 или с информационным входом и выходом микропроцессорного преобразователя 2.
1
N
По сравнению с прототипом, на Фиг. 1 новыми блоками являются блоки 10…10, а также новые группы входов-выходов 11, 12 и 13.
На Фиг. 2 и 3 обозначены:
14 - усилитель;
15 - микропроцессор;
16 - преобразователь электрических сигналов в оптические;
17 - преобразователь оптических сигналов в электрические;
18 - элемент И.
По сравнению с прототипом, на Фиг. 2 и 3 отсутствует набор элементов ИЛИ.
Блок обработки 5, а также узлы сопряжения с магистралью 4 и 6 могут быть реализованы в соответствии с описанием изобретения к прототипу (патент RU 2210104, МПК G06F 15/16, Н01Н 83/00, Н02Н 7/00, опубликован 10.08.2001 г.).
1
N
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 оптические сплиттеры 10…10, последовательно соединенные между собой волоконно-оптической линией связи посредством соединения первой группы 11 входов-выходов b-го оптического сплиттера (где b=1…N-1) со второй группой 12 входов-выходов (b+1) оптического сплиттера, причем при этом информационный вход и выход микропроцессорного преобразователя 2 соединены с третьей группой 13 соответствующего оптического сплиттера, а информационные входы-выходы N узла связи 3 соединены с третьей группой входов-выходов N оптического сплиттера 10.
Также согласно настоящему изобретению, отличием предлагаемой многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики на основе пассивной оптической сети является то, что она не содержит в узлах связи 3 и в микропроцессорном преобразователе 2 набор элементов ИЛИ.
Многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики работает следующим образом.
Промышленный компьютер 1 осуществляет опрос устройств 7 обработки по схеме "ведущий - ведомый". Поступающая от устройств 7 обработки информация анализируется в режиме управления по событиям и заносится в локальную базу данных реального времени. Микропроцессорный преобразователь 2 и узел 3 связи работают в режиме "мастер" следующим образом. Устройство 7 обработки, выполняющее роль "ведущего" в информационной сети многопроцессорной системы 9, выдает информационные сигналы, поступающие на вход узла 3 связи, которые через усилитель 14 поступают на вход преобразователя 16 электрических сигналов в оптические, в котором сигналы преобразуются в оптические импульсы и по волоконно-оптическому кабелю передаются в третью группу 13 входов-выходов соответствующего оптического сплиттера 10, который, в свою очередь, транслирует их без изменений в свои первую 11 и вторую 12 группы входов-выходов для передачи сигналов посредством последовательно соединенных оптических сплиттеров 10 в информационной сети многопроцессорной системы 9. Оптические импульсы, полученные последующими оптическими сплиттерами 10, передаются на соответствующие оптические входы следующих узлов связи 3, где в преобразователе 17 оптических сигналов в электрические преобразуются в электрические сигналы, которые одновременно поступают в соответствующее устройство обработки 7 посредством последовательно соединенного с преобразователем 17 усилителя 14.
В микропроцессорном преобразователе 2 прием и передача сигналов происходит под управлением микропроцессора 15 в соответствии с программным обеспечением: информационные сигналы, поступающие от промышленного компьютера 1 на вход микропроцессорного преобразователя 3, через усилитель 14 поступают на вход микропроцессора 15, первый выход которого подключен ко входу преобразователя 16 электрических сигналов в оптические, в котором сигналы преобразуются в оптические импульсы и по волоконно-оптическому кабелю передаются в третью группу 13 входов-выходов соответствующего оптического сплиттера 10, который, в свою очередь, транслирует их без изменений в свои первую 11 и вторую 12 группы входов-выходов для передачи сигналов посредством последовательно соединенных сплиттеров в информационной сети 9. Второй выход микропроцессора 15 соединен с первым входом элемента 18 И, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 17 оптических сигналов в электрические, при этом получаемые сигналы поступают в промышленный компьютер 1 через последовательно соединенный с преобразователем 17 усилитель 14.
Техническим результатом изобретения, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:
1. Повышение скорости приема-передачи информации в информационной сети многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики благодаря исключению промежуточных преобразований (преобразование оптических сигналов в электрические и последующее преобразование полученного информационного сигнала из электрической в оптическую форму посредством преобразователя электрических сигналов в оптические) в узлах связи и в микропроцессорном преобразователе. Оптические сплиттеры, которые осуществляют деление или объединение информационного сигнала в информационной сети многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики практически никак не влияют на скорость прохождения информационного сигнала (оптического излучения) между своими портами (входами-выходами);
2. Повышение надежности приема-передачи информации в информационной сети многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики, поскольку выход из строя, например, узла связи в такой сети не приводит к потерям информационных сигналов или к выходу из строя всей многопроцессорной информационно-управляющей системы релейной защиты и автоматики. Оптические сплиттеры являются крайне надежными элементами из-за относительной простоты конструкции, а также из-за отсутствия в них электроники, подверженной в том числе влиянию сложной электромагнитной обстановки внутри электроустановок различных классов напряжения.
Заявленное техническое решение соответствует требованиям промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.