专利名称：一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法
技术领域：
本发明涉及一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法。
背景技术：
随着电力电子技术的不断发展，电力传动与电能质量方面的设备不断地向大功率与大容量方面发展，这些设备的控制系统的性能也要求越来越高，控制系统的冗余切换以及热备份有着广泛的需求和良好的发展前景。目前普遍的冗余控制系统是在一个机箱中插上两个相同功能的主控板卡，这种冗余切换具有不便于掉电维护、易于两个主控板卡同时出现故障的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，该冗余切换方法利用高速串行通讯将A、B主控机箱连接到切换机箱，实现A、B主控机箱的冗余切换， 使得在A主控机箱出现故障的情况下，系统切换到B主控机箱，并在B主控机箱的控制下能继续稳定运行，并且可以单独掉电维护其中一个主控机箱，极大的提高了控制系统的可靠性和稳定性。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，以A、B两个主控机箱和切换机箱为主体，以光纤为传输媒介，当A主控机箱或B主控机箱出现故障，A、B两个主控机箱互为冗余，通过切换机箱进行冗余切换；为了使得A、B主控机箱和切换机箱有严格的控制周期同步，切换机箱会产生一个同步信号，并分别发送给A、B主控机箱，A、B主控机箱以这个同步信号为基准进行系统控制操作；所述的主控机箱包括主控板、扩展板、背板，主控板处理核心控制算法；扩展板是主控机箱与切换机箱进行数据交换的接口，扩展板上设有连接切换机箱的高速激光收发模块，背板用于给主控机箱各板卡供电并用于主控板与扩展板之间的数据通讯；所述的切换机箱包括切换板、背板及执行单元功能板卡，切换板是该切换机箱与 A、B主控机箱进行数据交换的接口，切换板上设有两个高速激光收发模块，分别连接A、B主控机箱的扩展板上的高速激光收发模块；背板用于给切换机箱各板卡供电并用于切换板与各功能板卡之间的数据通讯；功能板卡是控制系统的执行单元，如数字量输入输出，模拟量输入输出。所述的主控机箱扩展板包括高速激光收发模块、FPGA控制模块、SerDes模块、光纤接收模块，高速激光收发模块用于主控机箱与切换机箱相互通讯，FPGA控制模块用于实现krDes模块与高速激光收发模块的控制逻辑以及读写krDes模块的并行数据总线， SerDes模块与高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤接收模块用于接收切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。
所述的切换机箱切换板包括两个高速激光收发模块、FPGA控制模块、两个krDes 模块、两个光纤发送模块，两个高速激光收发模块分别用于切换机箱与A、B两个主控机箱相互通讯，FPGA控制模块用于实现krDes模块与对应的高速激光收发模块的控制逻辑以及读写krDes模块的并行数据总线，SerDes模块与对应的高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤发送模块用于发送切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证A、B两个主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。所述的以光纤为介质的高速串行通讯，还可以是并行数据通讯，无线数据通讯或其它电缆为介质的串行通讯。所述的实现冗余切换逻辑的器件以FPGA为例，但不限于FPGA，还可以为CPLD、单片机、ARM、DSP 禾口 PowerPC。与现有技术相比，本发明的有益效果是该冗余切换方法利用高速串行通讯将A、B主控机箱连接到切换机箱，实现A、B主控机箱的冗余切换，使得在A主控机箱出现故障的情况下，系统切换到B主控机箱，并在B 主控机箱的控制下能继续稳定运行，并且可以单独掉电维护其中一个主控机箱，极大的提高了控制系统的可靠性和稳定性。
图1为主控机箱功能示意图；图2为切换机箱功能示意图；图3为主控机箱扩展板功能示意图；图4为切换机箱切换板功能示意图；图5为A、B主控机箱与切换机箱连接示意图；图6为A主控机箱的运行状态传送到B主控机箱示意图；图7为A、B主控机箱正常时控制系统执行A主控机箱命令示意图；图8为A主控机箱通讯错误后控制系统切换到B主控机箱示意图。
具体实施例方式见图5-图8，一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，以A、B两个主控机箱和切换机箱为主体，以光纤为传输媒介，当A主控机箱或B主控机箱出现故障，A、B两个主控机箱互为冗余，通过切换机箱进行冗余切换；为了使得A、B主控机箱和切换机箱有严格的控制周期同步，切换机箱会产生一个同步信号，并分别发送给A、B主控机箱，A、B主控机箱以这个同步信号为基准进行系统控制操作。见图1，主控机箱包括主控板、扩展板、背板，主控板处理核心控制算法；扩展板是主控机箱与切换机箱进行数据交换的接口，扩展板上设有连接切换机箱的高速激光收发模块，背板用于给主控机箱各板卡供电并用于主控板与扩展板之间的数据通讯；见图2，切换机箱包括切换板、背板及执行单元功能板卡，切换板是该切换机箱与 A、B主控机箱进行数据交换的接口，切换板上设有两个高速激光收发模块，分别连接A、B主控机箱的扩展板上的高速激光收发模块；背板用于给切换机箱各板卡供电并用于切换板与各功能板卡之间的数据通讯；功能板卡是控制系统的执行单元，如数字量输入输出，模拟量输入输出。见图3，主控机箱扩展板包括高速激光收发模块、FPGA控制模块、SerDes模块、光纤接收模块，高速激光收发模块用于主控机箱与切换机箱相互通讯，FPGA控制模块用于实现krDes模块与高速激光收发模块的控制逻辑以及读写krDes模块的并行数据总线， SerDes模块与高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤接收模块用于接收切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。见图4，切换机箱切换板包括高速激光收发模块0、高速激光收发模块1、FPGA控制模块、SerDes模块OjerDes模块1、光纤发送模块0、光纤发送模块1，高速激光收发模块0 用于切换机箱与A主控机箱相互通讯，高速激光收发模块1用于切换机箱与B主控机箱相互通讯；FPGA控制模块用于实现SerDes模块与对应的高速激光收发模块的控制逻辑以及读写krDes模块的并行数据总线，SerDes模块与对应的高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤发送模块0、光纤发送模块1用于发送切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证A、B两个主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。所述的冗余切换方法可以是系统故障自动切换，也可以是人为主动切换。系统故障包括电源故障、主控板卡CPU软件故障、板卡硬件故障、光纤故障等。所述的高速串行通讯是通过FPGA控制模块、SerDes模块、高速激光收发模块和高速光纤这四部分实现。FPGA用于实现krDes模块和高级激光模块的控制逻辑，以及读写 SerDes模块的并行数据总线ferDes模块与高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；A、B主控机箱与扩展机箱之间的高速激光收发模块通过高速光纤进行数据传输。所述的冗余切换是指A、B主控机箱互为冗余，当A主控机箱出现故障，则控制系统切换到B主控机箱，并在B主控机箱的控制下继续稳定运行；当B主控机箱出现故障，则控制系统切换到A主控机箱，并在A主控机箱的控制下继续稳定运行。切换功能由切换机箱的切换板来实现，A、B主控机箱在每一个控制周期都会给切换板发送控制信号、状态信息以及其它数据，如果控制信号出现错误或者连续N个周期控制没有数据下发，那么切换机箱就会进行冗余切换；切换板也可以执行A、B主控机箱发送的主动切换命令。冗余切换控制系统的数据传输分为上行数据输出和下行数据传输。上行数据传输是由切换机箱发送到主控机箱，下行数据传输是由主控机箱发送到切换机箱。冗余切换控制系统的A主控机箱需要知道B主控机箱的运行状态，B主控机箱需要知道A主控机箱的运行状态。A主控机箱将运行状态下行传输到切换板，切换板再将A主控机箱运行状态上行传输到B主控机箱；B主控机箱用同样的方式将运行状态传到A主控机箱。A、B主控机箱在每个控制周期都会将控制信号等数据下行传输到切换板，再由切换板选取A或B主控机箱的数据发送给各个执行单元；每个控制周期，执行单元会将系统状态等信息返回到切换板， 切换板将这些信息分别返回到A、B主控机箱，A、B主控机箱即会收到同样的系统状态等信息并进行处理。冗余切换控制系统是在严格的系统控制周期下工作的，为了使得A、B主控机箱和切换机箱有严格的控制周期同步，切换机箱会产生一个同步信号，并分别发送给A、B主控机箱，A、B主控机箱以这个同步信号为基准进行系统控制操作。
本实施例冗余控制系统以光纤为介质的高速串行通讯为例，但不限于以光纤为介质的高速串行通讯，它包括并行数据通讯，无线数据通讯以及电缆为介质的串行通讯。本实施例冗余切换控制系统实现冗余切换逻辑的器件以FPGA为例，但不限于 FPGA，还可以为0 0)、单片机、六冊、05 和PowerPC。
权利要求
1.一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，其特征在于，以A、B两个主控机箱和切换机箱为主体，以光纤为传输媒介，当A主控机箱或B主控机箱出现故障，A、B两个主控机箱互为冗余，通过切换机箱进行冗余切换；为了使得A、B主控机箱和切换机箱有严格的控制周期同步，切换机箱会产生一个同步信号，并分别发送给A、B主控机箱，A、B主控机箱以这个同步信号为基准进行系统控制操作；所述的主控机箱包括主控板、扩展板、背板，主控板处理核心控制算法；扩展板是主控机箱与切换机箱进行数据交换的接口，扩展板上设有连接切换机箱的高速激光收发模块， 背板用于给主控机箱各板卡供电并用于主控板与扩展板之间的数据通讯；所述的切换机箱包括切换板、背板及执行单元功能板卡，切换板是该切换机箱与A、B 主控机箱进行数据交换的接口，切换板上设有两个高速激光收发模块，分别连接A、B主控机箱的扩展板上的高速激光收发模块；背板用于给切换机箱各板卡供电并用于切换板与各功能板卡之间的数据通讯；功能板卡是控制系统的执行单元，如数字量输入输出，模拟量输入输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，其特征在于，所述的主控机箱扩展板包括高速激光收发模块、FPGA控制模块、SerDes模块、光纤接收模块，高速激光收发模块用于主控机箱与切换机箱相互通讯，FPGA控制模块用于实现krDes模块与高速激光收发模块的控制逻辑以及读写krDes模块的并行数据总线， SerDes模块与高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤接收模块用于接收切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。
3.根据权利要求1所述的一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，其特征在于，所述的切换机箱切换板包括两个高速激光收发模块、FPGA控制模块、两个krDes模块、 两个光纤发送模块，两个高速激光收发模块分别用于切换机箱与A、B两个主控机箱相互通讯，FPGA控制模块用于实现krDes模块与对应的高速激光收发模块的控制逻辑以及读写 SerDes模块的并行数据总线，SerDes模块与对应的高速激光收发模块之间通过高速差分信号进行串行数据传输；光纤发送模块用于发送切换机箱切换板的控制周期同步信号，用于保证A、B两个主控机箱与切换机箱在统一的控制周期下工作。
4.根据权利要求1所述的一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，其特征在于，所述的以光纤为介质的高速串行通讯，还可以是并行数据通讯，无线数据通讯或其它电缆为介质的串行通讯。
5.根据权利要求1所述的一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，其特征在于，所述的实现冗余切换逻辑的器件以FPGA为例，但不限于FPGA，还可以为CPLD、单片机、 ARM、DSP 禾口 PowerPC。
全文摘要
本发明涉及一种基于高速串行通讯的控制系统冗余切换方法，以A、B两个主控机箱和切换机箱为主体，以光纤为传输媒介，当A主控机箱或B主控机箱出现故障，A、B两个主控机箱互为冗余，通过切换机箱进行冗余切换；为了使得A、B主控机箱和切换机箱有严格的控制周期同步，切换机箱会产生一个同步信号，并分别发送给A、B主控机箱，A、B主控机箱以这个同步信号为基准进行系统控制操作。本发明的优点是在一个主控机箱出现故障的情况下，系统切换到另一个主控机箱，并在工作状态主控机箱的控制下能继续稳定运行，并且可以单独掉电维护其中一个主控机箱，极大的提高了控制系统的可靠性和稳定性。
文档编号G06F11/16GK102279780SQ20111017660
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者何师, 吕文菁, 张其生, 张海涛, 李旷, 王剑, 秦健 申请人:北京荣信慧科科技有限公司