CN101155434B - 专用于风力发电场通信的工业以太网交换机 - Google Patents

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Abstract

专用于风力发电场通信的工业以太网交换机，它包括交换网络控制器(1)、网络接口(2)、电源转换部分(6)、双电源接口(5)、线路编解码电路(4)，线路编解码电路(4)与交换网络控制器(1)连接，交换网络控制器(1)分别与电源转换部分(6)和网络接口(2)连接，电源转换部分(6)与双电源接口(5)连接，其特征在于它还包括冗余光纤链路部分(7)。本发明克服了现有以太网交换机抗干扰能力差、通信距离短等缺点。本发明在设备掉电后网络仍然能够保证光纤网络完整性和连通性的设备内部光纤冗余链路技术，解决了风力发电厂数据通信中的一大难题。在信号传输的可靠性和实时性方面完全满足了风力发电行业的应用要求。

Description

专用于风力发电场通信的工业以太网交换机
技术领域
本发明涉及一种专用于风力发电场通信的工业以太网交换机，它主要应用于风力发电厂的中心监控室与风电厂中各单台风力发电机之间的通信。从而实现中心控制室对全厂区风力发电机的远程监视和控制。
背景技术
在目前的风力发电厂中，主要的通信手段仍以RS-232或RS-485电口通信及RS-232或RS-485光纤通信为主。前者目前已经基本淘汰。RS-232或RS-485光纤通信方式暂时可以满足老式的风力发电机通信的要求，因为老式风力发电机对通信的可靠性、通信带宽(通信容量)、通信的实时性要求相对于现在的更先进的风力发电机对通信的可靠性、通信带宽(通信容量)、通信的实时性的要求要低的多。并且老式风力发电机只需要将一些不很重要的监控数据传到监控中心作为对风力发电机运行情况进行监视，同时RS-232或RS-485电口通信由于是采用电缆作为传输介质所以存在以下缺点：1、抗干扰能力极差；2、通信距离太小(一般不超过1.2Km)；3、容易将风机外的雷击引入风机内部或控制室的计算机和其它重要仪器设备，从而损坏仪器设备；4、通信容量不够(无法传输大量的实时数据和图像)；5、实时性无法满足新型风力发电机的要求。即便采用光纤作为通信介质，虽然解决了通信距离和抗干扰的问题，但是通信容量太小、可靠性和实时性不高的问题仍然存在。
随着风力发电机发电容量以及技术越来越先进，对通信的可靠性、通信带宽(通信容量)、通信的实时性要求已经超出RS-232或RS-485电口通信的通信能力。老式风力发电机由自身的计算机来控制运行，而现在的风力发电机的实时控制环节是通过通信网络实现的(即中控室实施对整个风电场所有风力发电机的控制管理)，所以，对通信的可靠性、实时性的要求更是不允许出现如何的错误，因为哪怕是一个小小的指令的错误将对风力发电机或整个风电场产生巨大的破坏和不可估量的经济损失。
发明内容
针对上述现有背景技术中存在的缺陷和风力发电行业对新的通信技术的迫切需要，本发明提供了一种专用于风力发电场通信的工业以太网交换机。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：专用于风力发电场通信的工业以太网交换机，它包括交换网络控制器1、网络接口2、电源转换部分6、双电源接口5、线路编解码电路4，线路编解码电路4与交换网络控制器1连接，交换网络控制器1分别与电源转换部分6和网络接口2连接，电源转换部分6与双电源接口5连接，其特征在于它还包括冗余光纤链路部分7，所述冗余光纤链路部分7与线路编解码电路4连接，所述冗余光纤链路部分7包括第一光口A、第二光口B，所述第一光口A上有第一发送接口TX1和第一接收接口RX1，所述第二光口B上有第二发送接口TX2和第二接收接口RX2，所述第一发送接口TX1和第一接收接口RX1通过光纤分别与第一1×2光纤分路器8和第二1×2光纤分路器9的“2”端口中的其中一个端口连接，所述第二发送接口TX2和第二接收接口RX2通过光纤分别与第三1×2光纤分路器10和第四1×2光纤分路器11的“2”端口中的其中一个端口连接，同时第四1×2光纤分路器11的“2”端口中的另一个端口与第一1×2光纤分路器8的“2”端口中的另一个端口通过光纤连接，第二1×2光纤分路器9的“2”端口中的另一个端口通过光纤与第三1×2光纤分路器10的“2”端口中的另一个端口连接，所述第一1×2光纤分路器8的“1”端口还连接有第三发送接口TX3，第二1×2光纤分路器9的“1”端口还连接有第三接收接口RX3，第三1×2光纤分路器10的“1”端口还连接有第四发送接口TX4，第四1×2光纤分路器11的“1”端口还连接有第四接收接口RX4。所述线路编解码电路4上还有光纤自愈环控制电路3。
本发明采用先进的100M/1000M以太网通信模式，解决了通信的带宽和实时性问题。传输介质采用光纤冗余环网通信技术，解决了通信中的抗干扰、抗雷击通信距离的问题(无中继传输可达到100Km)。特别是在设备掉电后仍然能够保证光纤网络完整性和连通性的设备内部光纤冗余链路技术，解决了风力发电厂数据通信中的一大难题。在信号传输的可靠性和实时性方面完全满足了风力发电行业的应用要求。
附图说明
图1为本发明专用于风力发电场通信的工业以太网交换机的结构方框图。
图2为双环自愈技术解决主环(备环)断裂自愈应用示意图。
图3为双环自愈技术解决双环(主环和备环)断裂自愈示意图。
图4为以太网交换机某从站两边光纤全部断裂时，其它从站正常工作示意图。
图5为本发明以太网交换机应用于网络传输时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅图1可知：本发明专用于风力发电场通信的工业以太网交换机，它包括交换网络控制器1、网络接口2、电源转换部分6、双电源接口5、线路编解码电路4，线路编解码电路4与交换网络控制器1连接，交换网络控制器1分别与电源转换部分6和网络接口2连接，电源转换部分6与双电源接口5连接，其特征在于它还包括冗余光纤链路部分7，所述冗余光纤链路部分7与线路编解码电路4连接，所述冗余光纤链路部分7包括第一光口A、第二光口B，所述第一光口A上有第一发送接口TX1和第一接收接口RX1，所述第二光口B上有第二发送接口TX2和第二接收接口RX2，所述第一发送接口TX1和第一接收接口RX1通过光纤分别与第一1×2光纤分路器8和第二1×2光纤分路器9的“2”端口中的其中一个端口连接，所述第二发送接口TX2和第二接收接口RX2通过光纤分别与第三1×2光纤分路器10和第四1×2光纤分路器11的“2”端口中的其中一个端口连接，同时第四1×2光纤分路器11的“2”端口中的另一个端口与第一1×2光纤分路器8的“2”端口中的另一个端口通过光纤连接，第二1×2光纤分路器9的“2”端口中的另一个端口通过光纤与第三1×2光纤分路器10的“2”端口中的另一个端口连接，所述第一1×2光纤分路器8的“1”端口还连接有第三发送接口TX3，第二1×2光纤分路器9的“1”端口还连接有第三接收接口RX3，第三1×2光纤分路器10的“1”端口还连接有第四发送接口TX4，第四1×2光纤分路器11的“1”端口还连接有第四接收接口RX4。所述线路编解码电路4上还有光纤自愈环控制电路3。
本发明中各部件的作用：交换网络控制器主要负责以太网络的数据交换和控制；RJ45网络接口通过双绞线与其它交换机或以太网接口相连；光纤自愈环控制电路电路主要实现设备故障和故障恢复后的网络重构和自动恢复。线路编解码电路主要实现对设备数据的编解码并将解编码后的数据交给交换网络控制器进行处理。
冗余光纤链路部分是本发明的关键部分，它的功能就是在设备失去电源供应的情况下仍然可以保证整个网络光纤链路的完整性和连通性，从而使得网络上任一个节点出现故障或失去电源供应的情况下光纤网络不会被中断。
实现原理：现有的光端机产品在传输信号的过程中几乎全部采用电信号转换成光信号，然后将光信号再转成电信号的电-光-电工作模式。这种工作方式使得信号在传输过程中产生很大的延时和变形。当网络中的节点较少时这些缺点不易被表现出来，但是，一旦网络中的节点较多时将使得信号传输的实时性得不到保证。如果网络中任一个节点出现故障或失去电源供应时更为严重的问题出现了，故障节点设备没有了电源供应，基于电-光-电的工作过程随之停止，光纤网络被断开，网络陷入瘫痪。而本发明采用双光口、并将四个光路分支器也相互连接，从而解决了网络中任一个节点出现故障或失去电源供应时网络陷入瘫痪的问题。同时本发明采用双环自愈技术，当用于传输光信号的介质-光纤光缆被挖断时，整个网络也不会陷入瘫痪。
参阅图2可知：对于自愈环而言，当整个网络中有一根光纤断裂，若节点1与2之间的光纤断裂，不会对网络数据通讯有任何影响，因为该光纤自愈环是工作在主环与备环同时工作的方式下，也就是通常所说的热备份，当一个环路出现故障是，数据立即切换至另一环路。
参阅图3可知：在实际应用中有时会出现由于施工不当，挖断整条光缆的情况，当出现两个节点间的光纤全部断裂的情况时，这时整个网络的数据通讯仍不受影响，这时节点1与2的光端机将启动自愈保护机制，将整个环状结构变为链状结构，确保数据可靠传输。
参阅图4可知：若遇到最恶劣的情况，就是有某个或几个节点两边的光纤全部断裂，若节点2的两边光纤全部断裂，这时节点2将从整个环网中脱离，但此时节点1与3会启动自愈机制，整个环网中除了节点2，其它节点都可进行正常通讯。
另外，由于风力发电机在运行一段时间后必须停电检修，此时该节点设备将失去电源供应。采用后备电源会增加大量用户成本，同时由于后备电源的容量有限，当其中某一台风机长时间停机检修时显然会耗尽后备电源的能量，仍然不能从根本上解决问题。
参阅图5可知：本发明专用于风力发电场通信的工业以太网交换机应用于网络传输时的，采用第一个以太网交换机与第二个以太网交换机连接，第二个以太网交换机与第三个以太网交换机连接，依此类推，但最后一个以太网交换机需要与第一个以太网交换机连接，从而形成环网。

Claims (1)

1.专用于风力发电场通信的工业以太网交换机，它包括交换网络控制器(1)、网络接口(2)、电源转换部分(6)、双电源接口(5)、线路编解码电路(4)，线路编解码电路(4)与交换网络控制器(1)连接，交换网络控制器(1)分别与电源转换部分(6)和网络接口(2)连接，电源转换部分(6)与双电源接口(5)连接，其特征在于它还包括冗余光纤链路部分(7)，所述冗余光纤链路部分(7)与线路编解码电路(4)连接，所述冗余光纤链路部分(7)包括第一光口(A)、第二光口(B)，所述第一光口(A)上有第一发送接口(TX1)和第一接收接口(RX1)，所述第二光口(B)上有第二发送接口(TX2)和第二接收接口(RX2)，所述第一发送接口(TX1)和第一接收接口(RX1)通过光纤分别与第一1×2光纤分路器(8)和第二1×2光纤分路器(9)的“2”端口中的其中一个端口连接，所述第二发送接口(TX2)和第二接收接口(RX2)通过光纤分别与第三1×2光纤分路器(10)和第四1×2光纤分路器(11)的“2”端口中的其中一个端口连接，同时第四1×2光纤分路器(11)的“2”端口中的另一个端口与第一1×2光纤分路器(8)的“2”端口中的另一个端口通过光纤连接，第二1×2光纤分路器(9)的“2”端口中的另一个端口通过光纤与第三1×2光纤分路器(10)的“2”端口中的另一个端口连接，所述第一1×2光纤分路器(8)的“1”端口还连接有第三发送接口(TX3)，第二1×2光纤分路器(9)的“1”端口还连接有第三接收接口(RX3)，第三1×2光纤分路器(10)的“1”端口还连接有第四发送接口(TX4)，第四1×2光纤分路器(11)的“1”端口还连接有第四接收接口(RX4)；所述线路编解码电路(4)上还有光纤自愈环控制电路(3)。
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