CN101587351A - 智能电子设备可靠通讯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能电子设备可靠通讯的方法，基于所述智能电子设备的监控网络，所述方法包括如下步骤：确定所要采集智能电子设备IED的基本信息；根据IED的基本信息确定监控网络的设备组态；将被监控的IED组成子网络并和通讯管理机的通讯端口连接；创建包括监控网络设备组态信息的通讯网络工程文件、适配智能电子设备各通讯协议的动态库文件和通讯管理机主程序；将通讯网络工程文件、智能电子设备各通讯协议的动态库文件和通讯管理机主程序配置完成后下载到通讯管理机，通讯管理机主程序根据该工程文件的配置加载智能电子设备各通讯协议的动态库文件，并开辟需要的逻辑线程，然后根据监控网络的设备组态确定监控网络的数据冗余方式。

Description

智能电子设备可靠通讯的方法

技术领域

本发明涉及一种程序控制系统，特别是涉及一种智能电子设备可靠通讯的方法。

背景技术

在电力、能源与化工等自动化工业控制领域中，现有技术工业控制监控系统与智能电子设备(IED)之间的通讯组网方式是：将一定数量的智能电子设备串接为一组作为一条通讯总线，然后将该通讯总线连接到通讯管理机的通讯采集端口进行该通讯总线上各智能电子设备的数据采集，这种单通讯端口独立总线运行的方式，常常由于通讯总线被断开而导致该通讯端口上连接的所有智能电子设备通讯中断。参见图11、图12，图中各字母含义如下(以下其他说明书附图同)：

LANx，表示通讯管理机的第x个以太网口，如LAN1表示第一个以太网口；

Px，表示通讯管理机的通讯串口编号，如P1表示第一个串口；

IEDx，表示第x台智能电子设备，如IED1表示第1台智能电子设备；IEDn表示第n台智能电子设备；

Prx，表示端口协议，如Pr1表示端口协议1。

智能电子设备都是借助独立串行总线连接通过通讯端口连接到通讯管理机上，各总线之间没有通讯。由于采用的是单协议单端口的通讯方式，当总线因故中断，尤其是重要监控智能电子设备的通讯中断后，对整个工业控制系统的可靠稳定运行会造成极大影响。

另外，如果通讯总线上各台智能电子设备有两个不同通讯协议端口时，由于通讯协议不统一，导致通讯组网时难以将智能电子设备不同通讯协议端口采集到的数据进行整合，而只能采取接入其中一个通讯协议端口的方案，这样，就使得不同通讯协议端口的智能电子设备不能接入到一条通讯总线上来，导致兼容性太差，且浪费智能电子设备资源。各种具有双通讯协议的智能电子设备只能通过相同通讯协议的端口连接到通讯总线上来，且各总线之间没有通讯联系，不仅浪费了设备资源，也使监控系统采集智能电子设备IED的可靠性得不到较好的保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，对现有技术工业控制系统中智能电子设备通讯网络组态进行改进，提出一种通讯稳定可靠、兼容性强的智能电子设备可靠通讯的方法。

本发明为解决所述技术问题，提出的技术方案是，一种智能电子设备可靠通讯的方法，基于所述智能电子设备的监控网络，包括后台监控系统、交换机、通讯管理机和智能电子设备子网络；所述后台监控系统和交换机双向连接；所述交换机和通讯管理机双向连接；所述通讯管理机和智能电子设备子网络双向连接；所述智能电子设备子网络包括至少一台智能电子设备IED；所述智能电子设备IED包括单通讯协议端口设备和双通讯协议端口设备；尤其是，

所述通讯管理机包括至少一个通讯端口；所述后台监控系统和所述智能电子设备子网络之间可靠通讯的方法包括如下步骤：

a.确定所要采集智能电子设备IED的基本信息；

b.根据步骤a中所述智能电子设备IED的基本信息来确定监控网络的设备组态；

c.将被监控的智能电子设备组成设备子网络，并将该智能电子设备子网络和所述通讯管理机的通讯端口连接；

d.创建包括监控网络设备组态信息的通讯网络工程文件；

e.创建适配智能电子设备各通讯协议的动态库so文件；

f.创建通讯管理机主程序；

g.将步骤d、e、f所述的通讯网络工程文件、智能电子设备各通讯协议的动态库so文件和通讯管理机主程序配置完成后，将其下载到通讯管理机，步骤f所述的通讯管理机主程序将根据该工程文件的配置加载步骤e所述的智能电子设备各通讯协议的动态库文件，并开辟需要的逻辑线程，然后根据监控网络的设备组态确定监控网络的数据冗余方式。

所述的通讯端口为通讯管理机上的串口。

步骤a所述的采集准备监控的所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED的基本信息，包括采集所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED的标识符ID及其可运行的通讯协议、智能电子设备的数量、智能电子设备的重要程度。

步骤c所述的智能电子设备子网络连接方式为线型、星型、环网或菊花链式。

所述的通讯管理机为两个或以上时，各通讯管理机之间以用户数据报协议UDP方式连接进行数据交换、数据同步或切换控制。

步骤b所述确定监控网络的设备组态包括如下步骤：如果所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED均为单通讯协议端口设备，就采用通讯端口冗余的方式；如果所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED均为双通讯协议端口设备，就采用协议冗余或端口协议混合冗余方式；根据所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED数量及其监控的重要程度确定通讯管理机冗余方式。

所述通讯端口冗余是将通讯管理机上的通讯端口根据主/从通讯端口的先后顺序进行通讯端口的通讯冗余定义；所述协议冗余是将所述具有双通讯协议端口的智能电子设备IED根据通讯协议端口的主/从通讯协议端口先后顺序进行通讯冗余定义；所述通讯管理机冗余是为监控网络配置两台或以上的通讯管理机来连接所述智能电子设备子网络，通讯管理机与后台监控系统通讯采用双冗余以太网通讯。

步骤d所述的监控网络设备组态信息包括智能电子设备子网络信息、通讯管理机信息、通讯管理机通讯端口信息、智能电子设备端口运行的通讯协议和通讯管理机通讯端口的冗余关系信息。

步骤g所述的监控网络的数据冗余方式包括：单通讯管理机双通讯端口冗余方式、单管理机双协议冗余方式、双通讯管理机双通讯端口冗余、双通讯管理机双协议冗余和双通讯管理机双协议双通讯端口冗余方式。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1、智能电子设备和后台监控系统通讯稳定可靠；本发明方法改变了现有技术智能电子设备通讯组网方式，将通讯管理机通讯端口的采集的数据进行冗余处理，采用了单管理机双端口冗余、单管理机双协议冗余、双管理机双端口冗余、双管理机双协议冗余或双管理机双端口双协议的冗余模式，这种有效的组网策略和设备组态，将智能电子设备按照通讯端口冗余的方式扩展了智能电子设备和通讯管理机的通讯链路，形成了设备通讯的热备份，保证了当前使用的通讯管理机的通讯端口、智能电子设备的通讯协议端口出现故障时，能够由其它端口实时替换通讯，保证了智能电子设备和后台监控系统通讯的可靠稳定。

2、兼容性强；现有技术智能电子设备网络只能接入相同协议的智能电子设备，本发明为智能电子设备定义了两套参数，组成智能电子设备端口协议冗余模式，可以将具有两个通讯协议端口的智能电子设备同时接入同一通讯网络，使得任何种类的智能电子设备都能接入网络，兼容性更强。

附图说明

图1是本发明智能电子设备可靠通讯方法的单管理机双端口冗余组网示意图；

图2是所述本发明方法单管理机双协议冗余组网示意图；

图3是所述方法双管理机双端口冗余组网示意图；

图4是所述方法双管理机双协议冗余组网示意图；

图5是所述方法双管理机双端口双协议冗余组网示意图；

图6是所述本发明方法通讯管理机主程序流程图；

图7是所述方法通讯端口冗余关系判断流程图；

图8是所述方法协议冗余时端口控制权限程序流程图；

图9是所述方法双管理机双端口切换程序流程图；

图10是所述方法双端口切换程序流程图；

图11是现有技术单协议双端口通讯组网示意图；

图12是现有技术双协议双端口通讯组网示意图。

图13是所述方法实施例五组网方式的协议端口优先权限循环过程图。

具体实施方式

以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

根据工程实际情况，首先需要对准备建立通讯监控的智能电子设备进行基本信息整理(包括采集的点及运行的通讯协议)，确立智能电子设备的组网方案。基本原则是：如果智能电子设备只有一个通讯协议口，那么就采取端口主/从冗余的方式；如果智能电子设备支持两个协议端口，那么就需要考虑端口协议冗余或双端口双协议冗余方式。另外，根据智能电子设备数量的多少及监控的重要程度，确定需要的管理机数量及管理机冗余的方式。在工程设计中，针对不同的使用情况，将通讯管理机进行灵活的组网，可以配置为单管理机双端口冗余、单管理机双协议冗余、双管理机双端口冗余、双管理机双协议冗余、双管理机双协议双端口冗余的数据冗余组网方式。

按照上述工程中的实际情况，本发明监控网络设备组态可有多个实施例，下面根据数据冗余组网方式来对实施例进行描述。

实施例一：单管理机双端口冗余组网方式。

图1所示是单管理机双端口冗余组网方式，该组网方式将智能电子设备IED串接在一起，引出两根主干线分别接到通讯管理机的两个串口P1、P2上。通讯管理机的两串口P1、P2是主/从工作方式，两串口P1、P2不同时工作，分为工作口和备用口，工作口具备收发权限，备用口无发送权限，处于端口数据流检测状态。当工作端口无数据流时，具备发送权限的工作端口停止发送数据，将权限交给备用口，由备用口启动发送权限。如P1口主干线因故断开后，P1口将按设置的通讯重发次数尝试对智能设备的数据请求，当数据请求都失败后，该串口将主动停止本串口的报文发送，并将本串口的收发权限转交给备用串口P2。由于P1口停止了报文收发，此时作为备用的P2口将不能检测到端口的数据流，同时又收到了工作口P1提交的要求P2口对智能电子设备进行收发权限控制的请求，那么P2口就直接开始启动对智能电子设备的通讯。这样，当其中一个通讯主干线因故断开后，就可以很快地由备用端口进行通讯管理，保证了智能电子设备和后台监控系统通讯的实时可靠。

实施例二：单管理机双协议端口冗余组网方式。

图2所示是单管理机双协议端口冗余组网方式，该组网方式的通讯主干线同样有两路网络分支，不同的是两路网络分支所运行的通讯协议可以不同，分主从协议口，每个智能电子设备信息点包含两套参数分别对应两种协议，智能电子设备两个通讯协议端口正常时都处于收发状态，但只有主通讯协议端口可以完成参数设置、控制和事件处理，并且每一智能电子设备两通讯协议端口控制权限可以交互。当工作的通讯端口所有智能电子设备通讯都中断后，控制权限则交给智能电子设备冗余的通讯协议端口完成。如果某智能电子设备其中一个通讯协议端口通讯中断后，也可由该智能电子设备的另一个通讯协议端口去完成通讯。具体如图2示意，当通讯端口P1的Pr1端口协议挂接的所有智能电子设备通讯中断后，则可以通过端口P2的Pr2端口协议继续进行通讯；如果智能电子设备IED11的Pr1端口协议故障不能通讯中断后，IED11的信息采集由Pr2协议端口通过P2口去完成。这样解决了智能电子设备双协议不能同时接入的问题。

实施例三：双管理机双端口冗余组网方式。

图3所示是双管理机双端口冗余组网方式，该组网方式由两台通讯管理机组成，也即双管理机方式；该组网方式将智能电子设备IED串接在一起，通讯主干线同实施例一相同，也有两路网络分支，但是两路网络分支分别接入到两台通讯管理机通讯端口上，两通讯串口P1、P2分别在两通讯管理机上，且也设置为主/从工作方式，通讯管理机之间以用户数据报协议UDP方式连接进行数据交换、数据同步或切换控制。在该种方式下，两通讯管理机的智能电子设备信息点完全一致，采用热备份工作方式，可完成对多客户端进行数据信息的转发，两台通讯管理机都可以进行信息转发。

实施例四：双管理机双协议冗余组网方式。

图4所示是双管理机双协议冗余组网方式，该组网方式由两台通讯管理机组成，具有双通讯协议端口的智能电子设备通过两路网络分支分别和通讯管理机相连，在该种方式下，两通讯管理机接入的智能电子设备是完全一致的，但两路网络总线的通讯协议可以相同也可以不相同。两通讯管理机之间通过UDP方式连接为热备份工作方式，并进行数据同步，可完成对多客户端进行数据信息的转发。该工作方式是双通讯协议同时运行，但任何时候只有一个通讯协议可以完成对所有IED信息的采集并对其进行控制，另外一个通讯协议只负责遥信、遥测、遥脉数据采集。

实施例五：双管理机双端口双协议冗余组网方式。

图5所示是双管理机双端口双协议冗余组网方式，该组网方式在将本通讯管理机双端口协议冗余后再把通讯管理机相同协议的两端口进行端口冗余，可以充分保证设备信息采集的可靠。在该种工作方式下，通讯管理机的通讯口分为主协议主口、主协议从口、从协议主口、从协议从口这四种类型。这几种协议端口的优先权限按图13所示的过程进行循环。

通过以上四种端口类型的逻辑优先权限的判断，然后以UDP信息同步的方式交互两通讯管理机的信息，以达到两通讯管理机间不同端口类型的报文收发及控制权限的管理。两通讯管理机的遥测、遥脉以变化率方式同步，事件、遥信变位和控制命令则实时同步。这样有效地控制了网络流量，又由于两通讯管理机间是以非连接的UDP方式进行信息同步，可以很好地提高实时性，同时也起到了可靠通讯的目的。

通过以上五种实施例的组网方式，智能电子设备的通讯组网方式确定后，就需要配置该工程的设备组态。在应用中，先创建一个工程文件，以后该工程的设备组态信息都在该工程目录中，然后在该工程节点下添加需要的通讯管理机，再为各通讯管理机添加通讯串口，并设置串口运行的通讯协议，接着设置通讯管理机串口间的冗余关系(端口冗余或协议冗余)。最后，创建适配智能电子设备各通讯协议的动态库so文件，这样，基本的组网策略就配置完成了，剩下的工作就是为通讯管理机的通讯口添加智能电子设备及设备采集的信息点。当智能电子设备的信息点添加完成后，再为转发协议端口添加需要转发的信息点。如果是双通讯管理机冗余方式，还需要配置好完成数据同步的以太网端口的IP地址，这是完成双通讯管理机冗余的关键。这些配置都完成后，就可以生成通讯管理机运行所需的设备配置文件，然后下载到通讯管理机，引导通讯管理机主程序运行进行配置文件正确性的基本检测。

当通讯管理机的设备配置文件检测正确后，根据前面确定的组网方案，就需要搭建整个网络的组网平台。这时需要完成的工作是：连接智能电子设备的串口通讯线至对应的通讯管理机通讯端口；将通讯管理机的以太网口连至相应的交换机，并与转发监控端后台或远方调度连接起来。

图6～10为本发明实施例在通讯管理机中实现的逻辑流程。下面将结合附图逐一介绍：

图6描述了本发明实施例的主程序流程。在主程序中，首先需要读取通讯管理机中的工程配置文件，从中解析出本通讯管理机的通讯组网配置，包括：通讯管理机各通讯端口的通讯参数、各通讯端口间的组网关系、通讯端口配置协议的组合关系、串口总线所在的智能电子设备信息(如智能电子设备的地址和基本信息点)。图7为该主程序流程的一部分。当系统配置文件读取成功后，才进入整个系统协议参数及资源开辟步骤。这时，主程序将所有的系统参数进行初始化，然后根据系统配置的情况，将各通讯端口进行初始化，接着加载配置的通讯协议so库。最后根据配置文件中的组网策略，进行工作线程的创建。为保证系统的实时性，通讯管理机中各任务分配采用了单进程多线程的工作方式。这其中，包括：

1)创建冗余线程：完成端口冗余或协议冗余的参数及控制权限的判定工作；

2)创建同步服务器线程：该线程是为解决在双管理机冗余的情况下，对两通讯管理机间数据信息的同步启动工作。如当需要遥测同步时，将遥测同步标志置位；

3)创建同步数据接收线程：用于实时接收同步数据的线程。将收到的同步数据放入同步数据接收缓冲；

4)创建同步数据处理线程：用于同步数据的类型区分，分析出是遥测同步、遥信同步，还是soe事件同步或ym同步，并将本通讯管理机相应的信息点数据更新；

5)创建转发调度SOE处理线程：该线程是完成soe时间的格式转换，用于维护soe事件循环的缓冲区；

6)创建定时同步YC数据线程：该线程实时检测yc同步标志，当需要同步时则将遥测同步信息点的值，实时发送到对端的冗余通讯管理机；

7)创建定时同步YX/YM线程：该线程实时检测yx/ym同步标志，当需要同步时则将yx/ym同步信息点的值，实时发送到对端的冗余通讯管理机；

8)创建网卡监视线程：用于实时监视通讯管理机网卡的工作状态

9)创建调度YK处理线程：用于实时处理来自上位机需要的遥控处理工作。

以上就是主程序中需要创建工作线程的过程说明。在主程序中，如果需要退出整个程序时，则调用关闭系统资源过程，安全完整地释放系统资源，以保证通讯管理机系统的运行稳定、安全。

图7为图6的一个过程分支，主要功能是为完成通讯管理机通讯端口冗余关系判断的实现流程。在本流程中，需要遍历所有的通讯端口。当本通讯端口有端口冗余时，则需要判断出是本通讯管理机端口冗余还是双通讯管理机间端口冗余，并相应置位端口冗余标志。当本通讯端口冗余判定后，还需要确定是否协议冗余。如果是，则需要判定是本机端口间协议冗余还是双机间协议冗余。图7的过程是完成端口组网策略的关键，通过该流程，完成了信息点的采集工作，转发点的分配工作，整个系统的资源分配和线程创建则需要通过该分析结果来进行。

图8为本发明实施例实现协议冗余时端口控制权限的程序流程。在该流程中，通过循环遍历所有的通讯端口，检测本端口的发送权限标志、本端口的协议权限、本端口和冗余端口的数据流状态及本端口的级别，进行逻辑控制，达到对各协议冗余端口的权限交互。其原则就是：所有的通讯端口冗余中，任何时候都只有一个通讯端口可以有控制权限。该权限表示该通讯端口可以完成设备的遥控工作、soe事件的读取及遥信变位的生成，同时也包括智能电子设备定值的读写工作。在协议冗余时，各端口都具备报文收发权限，但控制权限则需要逻辑确定。这样做，就保证了对同一个智能电子设备的控制工作，在任何时候都是只有一个通讯端口在进行。这样，就很好地解决了在双协议运行时，同时通讯却唯一控制的功能，同时也保证了soe事件和遥信变位事件因为双协议重复报警的可能。

图9、10是本发明实施例为实现端口冗余而设计的程序流程。

图9中，在双通讯管理机间端口冗余时，需要为每个冗余端口创建一个冗余线程，用于实时检测端口的收发控制权限。两通讯管理机间数据通过UDP通讯，实时检测通讯状态，以心跳标志作为判断。本流程中，通过检测本口的主/从权限、数据流状态，同时实时交互两机间的端口状态，以达到两机间控制权限的交互。实现的目的是保证在任何时候只有一个通讯端口具备控制权限，处于报文收发状态。

图10为本发明中实施例本通讯管理机端口冗余时的程序设计流程。当单机端口冗余时，两冗余端口间的信息交互由主端口来完成，主端口才创建该流程的监视线程。当主端口在发送且有数据流时，则停止从端口发送；如果主从端口都在发送，则直接停止从端口的发送。

Claims (9)

1.一种智能电子设备可靠通讯的方法，基于所述智能电子设备的监控网络，包括后台监控系统、交换机、通讯管理机和智能电子设备子网络；所述后台监控系统和交换机双向连接；所述交换机和通讯管理机双向连接；所述通讯管理机和智能电子设备子网络双向连接；所述智能电子设备子网络包括至少一台智能电子设备IED；所述智能电子设备IED包括单通讯协议端口设备和双通讯协议端口设备；其特征在于：

所述通讯管理机包括至少一个通讯端口；所述后台监控系统和所述智能电子设备子网络之间可靠通讯的方法包括如下步骤：

a.确定所要采集智能电子设备IED的基本信息；

b.根据步骤a中所述智能电子设备IED的基本信息来确定监控网络的设备组态；

c.将被监控的智能电子设备组成设备子网络，并将该智能电子设备子网络和所述通讯管理机的通讯端口连接；

d.创建包括监控网络设备组态信息的通讯网络工程文件；

e.创建适配智能电子设备各通讯协议的动态库文件；

f.创建通讯管理机主程序；

g.将步骤d、e、f所述的通讯网络工程文件、智能电子设备各通讯协议的动态库文件和通讯管理机主程序配置完成后，将其下载到通讯管理机，步骤f所述的通讯管理机主程序将根据该工程文件的配置加载步骤e所述的智能电子设备各通讯协议的动态库文件，并开辟需要的逻辑线程，然后根据监控网络的设备组态确定监控网络的数据冗余方式。

2.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：所述的通讯端口为通讯管理机上的串口。

3.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：步骤a所述的智能电子设备IED的基本信息，包括所述智能电子设备IED的标识符ID及其可运行的通讯协议、智能电子设备的数量、智能电子设备的重要程度。

4.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：步骤c所述的智能电子设备子网络连接方式为线型、星型、环网或菊花链式。

5.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：所述的通讯管理机为两个或以上时，各通讯管理机之间以用户数据报协议UDP方式连接进行数据交换、数据同步或切换控制。

6.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于，步骤b所述确定监控网络的设备组态包括如下步骤：如果所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED均为单通讯协议端口设备，就采用通讯端口冗余的方式；如果所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED均为双通讯协议端口设备，就采用协议冗余或端口协议混合冗余方式；根据所述智能电子设备子网络中智能电子设备IED数量及其监控的重要程度确定通讯管理机冗余方式。

7.根据权利要求6所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：所述通讯端口冗余是将通讯管理机上的通讯端口根据主/从通讯端口的先后顺序进行通讯端口的通讯冗余定义；所述协议冗余是将所述具有双通讯协议端口的智能电子设备IED根据通讯协议端口的主/从通讯协议端口先后顺序进行通讯冗余定义；所述通讯管理机冗余是为监控网络配置两台或以上的通讯管理机来连接所述智能电子设备子网络，通讯管理机与后台监控系统通讯采用双冗余以太网通讯。

8.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：步骤d所述的监控网络设备组态信息包括智能电子设备子网络信息、通讯管理机信息、通讯管理机通讯端口信息、智能电子设备端口运行的通讯协议和通讯管理机通讯端口冗余关系信息。

9.根据权利要求1所述的智能电子设备可靠通讯的方法，其特征在于：步骤g所述的监控网络的数据冗余方式包括：单通讯管理机双通讯端口冗余方式、单管理机双协议冗余方式、双通讯管理机双通讯端口冗余、双通讯管理机双协议冗余和双通讯管理机双协议双通讯端口冗余方式。

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