CN2547070Y - 一种通信处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通信处理装置，其PC104通过标准的PC104连接器以ISA总线与其他电路连接；复位及看门狗电路，双以太网电路，双FDK BUS，CAN BUS，IRIG－B格式对钟以及后备时钟电路，双机切换电路，RS232/485串行口扩展，编解码电路、NVRAM在印制板上连接至PC104；键盘，LCD显示电路通过电缆与其他电路所在印制板相连。装置工作的可靠性以及抗干扰能力大大提高，通信网络的冗余热备功能大大加强，对钟精度高，对钟持续性好，通信组网方式灵活，大大提高了通信的处理能力；装置功能模块的可扩展性强，可以方便添加功能模块。

Description

一种通信处理装置

1、技术领域

本实用新型涉及一种通信处理装置，具体是一种应用于电力系统自动化及其他工控领域的通信处理装置。

2、背景技术

目前在我国电力系统二次设备以及其他工控领域的各种通信处理装置一般以MOTOROLA或其他厂家的CPU(或MCU)为核心，实现某一种现场总线(如CAN BUS、LON WORKS或PROFIBUS)，辅之以几个固定的RS232或RS485串行通信口，并通过通信对钟。这样使得系统存在很多缺陷：可扩展性严重降低；由于以同一类型现场总线实现双网热备，大大降低了通信的可靠性，而且无法实现冗余自愈功能；通信对钟或由CPU直接获取时钟源使得CPU任务繁重，对钟精度差；由于设备运行现场情况复杂，智能装置数量不确定，很可能使所带的串行通信口总数不够或某一类型串行通信口不够：在要求严格的现场无法实现双机热备自动切换，以及串行口的自动切换；在没有GPS的场合无法实现站内精确对钟，无法实现根据现场GPS、双机热备的运行情况自动切换对钟源；运行可靠性以及抗干扰能力低。

3、发明内容

本实用新型的目的，就是弥补现有技术的不足，提高其可靠性和抗干扰能力，并提出了一种新的可靠的通信组网方式和对钟方式。

本实用新型是这样实现的：由PC104(1)，复位及看门狗电路(2)，双以太网电路(3)，双FDK BUS(4)，CAN BUS(5)，IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)，双机切换电路(7)，RS232/485串行口扩展(8)，LCD显示电路(9)，键盘(10)，编解码电路(11)、NVRAM(12)组成，PC104(1)通过标准的PC104连接器以ISA总线与其他电路连接；复位及看门狗电路(2)，双以太网电路(3)，双FDK BUS(4)，CAN BUS(5)，IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)，双机切换电路(7)，RS232/485串行口扩展(8)，编解码电路(11)、NVRAM(12)在印制板上连接至PC104(1)；键盘(10)，LCD显示电路(9)通过电缆与其他电路所在印制板相连，实现双以太网、两种不同类型的现场总线网络热备冗余、光纤冗余双环、双机热备自动切换切换、GPS的IRIG-B格式等对钟源自动切换，单片机接收IRIG-B(或PPS秒脉冲)信号后经EPLD或串行口送给PC104，提高对钟精度，并可已向外发送；且可以通过增加标准ISA板卡增加各种功能模块(如以太网、双现场总线冗余热备、串行口等)，灵活扩充系统功能。

装置中采用PC104(1)模块以及标准PC104连接器，以ISA总线栈接外围电路及扩展模块，提高了装置的抗干扰性和扩展性，灵活的编解码电路使得装置功能模块更易于扩展，PC104(1)模块的应用使通信处理能力增强。

由HDLC协议控制芯片、编解码芯片(11)以及差分驱动器、变压器隔离等组成双FDK BUS(4)现场总线双绞线网络，由CAN BUS控制器、光电隔离、CAN BUS驱动器等组成CAN BUS(5)，由HDLC协议控制芯片、编解码芯片(11)、驱动器、光纤收发器以及光纤组成双FDK BUS(4)光纤冗余自愈双环网。实现两个不同性质的现场总线网络的双网热备、数据分流。FDKBUS采用双绞线做物理介质时，数据需经MANCHESTER编码、解码。

由电平转换、光电隔离、单片机、编解码芯片(11)(或双端口RAM)等组成IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)。单片机负责B格式的编解码，在IRIG-B信号每一秒准确秒开始的上升沿将正确时间数据置于特定地址送给PC104，IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)单片机与PC104(1)间的数据交换通过编解码芯片(11)或双端口RAM或串行口进行，其中编解码芯片(11)自动产生协调两者存取时间关系的信号。如果IRIG-B格式信号正确，禁止其他途径修改时钟。如果输入的IRIG-B格式有效，单片机立即将其向外转发；否则单片机依靠PPS秒脉冲或内部高精度毫秒脉冲自动计时，并将当前时钟编码成IRIG-B格式向外发送。该部分电路还包括后备电池及实时时钟，保证停电时装置时钟正常运行，时间信息不丢失。

双FDK BUS(4)可以用光线冗余双环网实现，由双HDLC控制器、编解码电路(11)、IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)的对钟信号、光纤收发器、光纤等组成。数据同时向双环网发送，编解码电路可以自动判断每一个环网的运行情况，自动沿有效路径发送数据使其环回通信处理装置。如果某一环出现故障并不影响通信的正常工作。而且，该环网采用时分复用方式，可以发送多路通信数据，还可以发送、接收IRIG-B格式信号，提高了装置通信的抗干扰性、实时性，提高了对钟精度。

每个装置内有不经PC104(1)干预的双机切换电路(7)，如果指定条件下PC104(1)不刷新该电路，该电路将自动发出本机故障信号，并屏蔽通信电路。同时该电路也时刻监视他机的运行状态，根据状态情况自动切换通信的主备机，因此该电路可以实现双机热备整机自动切换。而且根据GPS、双机热备情况按先GPS、再当前主机的优先权顺序实现对种源的自动切换功能，实现：

1)GPS正常时，自动切换到由GPS向装置以及其他装置对钟；

2)没有GPS或GPS故障时，自动切换到由当时的通信处理装置向外发送IRIG-B格式对钟数据。

3)没有GPS或GPS故障情况下，当两个通信处理装置主、备机发生切换时，能够实现对钟源自动切换到新的主机。

这样提高了系统对钟的可靠性和精度。其由EPLD、光电隔离等电路完成。

由多个通用同步、异步收发器(USARTS)、多个标准的可通过跳线器方便选择RS232或RS485通信的插卡等组成数量众多并可以现场灵活设置的RS232/485串行口扩展(8)配置，两个串口都能够接收所接装置发送的数据。利用串口的握手信号控制来实现双机时串行口的冗余热备切换，保证在某一时刻只有一个串口发送数据。

采用以上方案后，装置工作的可靠性以及抗干扰能力大大提高，通信网络的冗余热备功能大大加强，对钟精度高，对钟持续性好，并能始终以IRIG-B格式向其他装置对钟；通信组网方式灵活，既可以采用以太网，也可采用不同性质网络的双网冗余热备以及光纤双环冗余热备；接智能装置的自由串行口的数量多、种类灵活设置，很好的适应了现场的需要；将核心处理器从繁重的工作任务解放出来，大大提高了通信的处理能力；装置功能模块的可扩展性强，可以方便添加功能模块。

4、附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型的对钟电路框图。

图3是本实用新型不同类型现场总线双网热备、数据分流的电路框图。

图4是本实用新型光纤双环自愈网的框图。

图5是本实用新型自动切换对钟源的电路框图。

图6是本实用新型双机切换及双机情况下串口切换的电路框图。

图7(a)和图7(b)是本实用新型双机切换情况下RS232/485串行口扩展8RS232及RS485灵活设置及串行口自动切换的电路框图。

5、具体实施方式

以标准工业级PC104 1为核心，通过标准ISA总线扩展外围电路；由FDKBUS 4及CAN BUS 5构成不同类型现场总线冗余热备；包含通信数据、IRIG-B格式数据时分复用的光纤冗余自愈双环网；接收IRIG-B格式(或PPS信号)对钟信号对钟并可以自动生成并发出IRIG-B信号对其他装置对钟；串行口数量众多并可以现场灵活设置；由本机及他机的报平安信号实现双机热备自动切换；主备机装置间串行口可以热备；根据GPS、主备机状态实现对种源的自动切换；可以根据需要通过增加ISA总线板卡灵活扩展各种模块(如以太网、双现场总线冗余热备、串行口等)。

为了更好的说明本实用新型，下面结合附图加以说明。

实施例1、

附图1所示是实用新型的电路框图。图中，PCI04 1通过ISA总线实现与双FDK BUS 4、CAN BUS 5、IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路6，双机切换电路7，RS232/485串行口扩展8，LCD显示电路9，键盘10的接口，通过16位ISA总线实现与编解码电路11、NVRAM 12、双以太网5的接口。另外，单片机实现IRIG-B格式信号的解释及发送、数据处理以及后备时钟的管理。在该装置中，编解码电路11完成地址、逻辑、时序的编解码以及本机状态的判断、当前时钟数据的交换、数据的编码，辅助PC104 1完成对其他电路的控制。

实施例2、

附图2是IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路6的框图。外部IRIG-B格式数据或PPS秒脉冲经过电压变换、光电隔离后进入装置，镜单片机监视、解释后生成时间信息，自动处理秒差后在下一秒的起始将数据送于编解码电路的指定地址，误差不大于0.1ms。如果外部输入的IRIG-B信号正常，则单片机直接将信号放大后输出，否则单片机根据编解码芯片以及后备时钟电路的时钟以及PC104 1下发的时间自动组帧IRIG-B格式数据输出，向其他装置提供IRIG-B信号，保持相关装置对钟的一致性、准确性。

实施例3、

附图3是双FDK BUS 4以及CAN BUS 5组成不同类型现场总线双网热备、数据分流以及FDK BUS 4的电路框图以及网络示意图。在该图中，HDLC控制器发送出的数据经编解码芯片11进行MANCHESTER编码，经RS485驱动器驱动并经1：1隔离变压器隔离后输出，反方向接收的数据经编解码电路11提取时钟并做适当处理后送给HDLC控制器，HDLC控制器完成数据的接收。因为FDK BUS和CANBUS是两种不同类型的现场总线，在工作中，这两种总线网络可以由PC104 1控制执行不同功能的通信，当某一个网络出现故障时PC104 1会自动把该网络的通信任务切换到另一网络，使得同时出错的概率大大降低，保证了通信的可靠性，隔离变压器的采用，保证了总线的抗干扰性。

实施例4、

附图4是双FDK BUS 4光纤冗余自愈双环网的框图以及网络示意图。在该图中，控制器发送出的数据以及时钟信息等其他通道的数据经时分复用编码，编码后每一帧的数据包括起始位、IRIG-B格式数据位、2个数据通道位以及多个辅助位，本装置占用IRIG-B位以及第一数据通道位，从由4根光纤构成的两个光纤环网通道中都发出，外部其他装置接收到信息后原样环回本装置，也可以在第二数据通道位添加数据信息后环回。如果两侧都正常，数据取先到达一侧的数据。如果某一方向网络出现故障，该方向上将接受不到数据，但另一方向上工作正常，因此能够实现光纤双环网的冗余热备自愈功能。而且，故障的一侧恢复正常后仍能自动投入运行。

实施例5、

附图5是本实用新型自动切换对钟源的电路框图。在双机热备情况下，主机发送IRIG-B信号，备机不发送。编解码电路11逻辑根据GPS、通信处理装置主备机三个对钟源的IRIG-B格式运行情况，按照先GPS、后当前通信处理装置主机的优先顺序选择对外发送的对钟源，完成对主备机以及其他装置的对钟。如果GPS故障，则由当前主机向备机及其他模块对钟。

实施例6、

附图6是本实用新型双机切换电路7的电路框图。在双机热备情况下，装置开机时PC104 1即通过双机切换电路7以及编解码电路11检测他机状态(电平高低)，如果他机正常，则自动切换为备机，禁止一切发送(包含IRIG-B信号)，只允许本机接收；如果他机故障，则本机为主机，进行正常运行，并通过通信将他机故障情况送给后台机或远程调度端，以便对故障机及时维护。在本机运行过程中，如果PC104 1没有在编解码芯片指定时间内向指定地址读写数据(报平安)，则编解码芯片把本机状态信号置为故障状态电平，并禁止一切数据的发送。

实施例7、

附图7是本实用新型双机切换情况下RS232/485串行口扩展8 RS232及RS485灵活设置及串行口自动切换的电路框图。该电路由同步、异步收发器、RS232/422/485多电平转换芯片、跳线器、保护器件等组成。通过跳线器改变控制管脚电平状态可以设置多电平转换芯片的工作方式：RS232、422或485。由于该装置带10路串口，而每一路都可以实现RS232及RS485在现场的灵活设置，因此解决了由于现场智能装置数量不确定、串口类型不确定而带来的一系列问题。此外，该装置把一般用来作为通信握手的信号改用于实现串口的自动切换，如果本机正常，则发送时把DTR信号(也可设计为RTS或其他输出信号)拉低，使继电器动作，把发送(TXD)以及发送请求(RTS)接点切换至本机侧，发送完毕后使DTR信号电平拉高，释放接点至他机侧，从而完成串口的自动切换。

Claims (8)

1、一种通信处理装置，由PC104(1)，复位及看门狗电路(2)，双以太网电路(3)，双FDK BUS(4)，CAN BUS(5)，IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)，双机切换电路(7)，RS232/422/485串行口扩展(8)，LCD显示电路(9)，键盘(10)，编解码电路(11)、NVRAM(12)组成，其特征在于：PC104(1)通过标准的PC104连接器以ISA总线与其他电路连接，复位及看门狗电路(2)，双以太网电路(3)，双FDK BUS(4)，CANBUS(5)，IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)，双机切换电路(7)，RS232/422/485串行口扩展(8)，编解码电路(11)、NVRAM(12)在印制板上连接至PC104(1)，键盘(10)，LCD显示电路(9)通过电缆与其他电路所在印制板相连。

2、根据权利要求1所述通信处理装置，其特征是：以标准工业级PC104(1)以及编解码电路(11)为核心，通过标准ISA总线扩展外围电路，实现通信处理。

3、根据权利要求1所述通信处理装置，其特征是：由FDK-BUS(4)以及CAN BUS(5)组成不同类型的双现场总线冗余热备。

4、根据权利要求3所述通信处理装置，其特征是：FDK BUS(4)是由HDLC协议控制芯片、编解码芯片以及驱动器电路组成，并采用双绞线以及光纤两种介质组网。

5、根据权利要求1所述通信处理装置，其特征是：IRIG-B格式对钟以及后备时钟电路(6)由电平转换、光电隔离、单片机、编解码芯片、后备电池及时钟芯片组成。

6、根据权利要求1所述通信处理装置，其特征是：FDK BUS(5)光纤冗余自愈双环网由双HDLC控制器、编解码电路(11)、IRIG-B格式对钟信号(6)、光纤收发器、光纤组成。

7、根据权利要求1所述通信处理装置，其特征是：双机切换电路(7)由光电隔离、电平检测、编解码芯片(11)、输出驱动电路组成。

8、根据权利要求1所述，其特征是：RS232/422/485通用串行口扩展(8)由通用同步、异步收发器、RS232/422/485多电平转换芯片以及通信方式选择跳线器组成。

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