[發明專利]一種用于現場控制的安全網絡協議的裝置和方法

有效

• 申請號: 200910238713.0
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN102081383A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 石小娟;冀建偉;郭富強;徐曉冬;張宓
• 申請（專利權）人: 北京廣利核系統工程有限公司;中國廣東核電集團有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L29/06;H04L1/00
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 楊建君

技術領域

本發明涉及的是一種網絡協議，具體地講，本發明涉及的是一種用于現場控制的安全網絡協議的裝置和方法，尤指用于核電站中的現場控制使用的安全網絡協議的裝置和方法。

背景技術

七十年代以前，控制系統中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統的控制效果及系統穩定性都很差。七十年代末，隨著大規模集成電路的出現，微處理器技術得到很大發展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過適當的接口電路用于控制系統，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統。隨著過程控制技術、自動化儀表技術和計算機網絡技術的成熟和發展，控制領域又發生了一次技術變革。這次變革使傳統的控制系統(如集散控制系統)無論在結構上還是在性能上都發生了巨大的飛躍。

在目前的控制保護系統，需要CPU機箱對現場進行控制，實現主節點板卡和多個從節點板卡之間的數據通信。該通信系統是基于OSI的物理層和鏈路層技術構建的系統，在數據切換層面，通信系統使用鏈路層交換技術來實現主節點板卡和多個從節點板卡之間的數據交換。在切換板卡內部以及通信的終端都是以MAC地址作為判斷數據傳輸通道已經對象的依據。主節點板卡和多個從節點板卡的數據通信采用主從結構，由主節點板卡發起，依次對從節點板卡進行有問一答的輪詢控制方式實現。

圖1表示的是在現有技術中，核電站中現場控制使用的安全網絡設備與協議，其切換板卡的工作模式是以每個數據幀的MAC地址作為數據分流的依據。交換芯片包含一定容量的buffer，該buffer把所有數據包緩沖，先判斷數據幀的完整性，如果不完整則丟棄，否則再根據一定的算法轉發數據幀到一定的port。根據這樣的工作模式，切換板卡的工作過程是黑盒操作，雖然可以通過一定的設置限制其行為，或者通過一定的途徑來了解操作過程，無法說明其確定性；不能給出最低的port到port的傳輸延時；通信系統是基于狀態的，而非基于事件的；采用問答方式通信，不滿足安全網絡通信獨立性原則。

基于上述的理由現有技術無法滿足更高安全級別中現場控制的要求，尤其是在核電站中的現場控制使用的安全網絡系統和協議。

發明內容

本發明的目的是為滿足核電站用于現場控制的網絡協議應該滿足安全的要求，包括通信系統應該滿足獨立性原則，無“握手”或者同步信號引發的干擾；通信系統的時間要求應該是確定的，其中主節點板卡給從節點板卡發送數據的時間是確定的，從節點板卡給主節點板卡發送數據的時間是確定的；通信系統應該是基于狀態的，而非基于事件的；協議中要明確指定接收方和發送方。

為達到上述目的，本發明所采用的技術手段是：包括與控制系統連接的主節點板卡，多個采集現場信息數據的從節點板卡和用來切換控制系統連接主節點板卡與多個采集現場信息數據的從節點板卡數據交換的切換板卡，板卡內各器件的電氣連接遵守以太網電氣連接標準；

多個采集現場信息數據從節點板卡中包括CPU，與CPU連接的先進先出存儲器，復雜可編程邏輯器分別與先進先出存儲器連接和從節點板卡的CPU連接，物理層收發器分別與先進先出存儲器連接和叢節點板卡的CPU連接；

切換板卡包括復雜可編程邏輯器，多個物理層收發器連接，多個物理層收發器與從節點板卡數相對應，復雜可編程邏輯器與從節點板卡的復雜可編程邏輯器連接，以及與主節點板卡的網絡物理層接口相連接切換板卡的網絡物理層接口和物理層收發器，物理層收發器與可復雜編程控制器連接；

主節點板卡包括CPU、與CPU連接的物理層收發器，網絡物理層接口與物理層收發器連接；

主節點板卡和切換板卡的物理層接口是RJ45接口。

主節點板卡和切換板卡的連接介質是電纜并且采用變壓隔離的方式。

一種用于現場控制安全網絡協議的方法，控制系統連接主節點板卡向多個采集現場信息數據從節點板卡的通信和多個采集現場信息數據從節點板卡向控制系統連接主節點板卡的通信，其特征在于：

a從節點板卡將收集到的現場數據轉換為數據幀，數據幀格式由目標地址，源地址，數據部分和校驗碼構成；

b轉換后的數據幀放入先進先出存儲器中；

c切換板卡采用定時輪詢的方式，將從節點板卡與切換板卡的物理收發器導通，切換板卡從先進先出存儲器中取走數據幀；

d切換板卡通過網絡接口將數據幀傳送給主節點板卡；

e主節點板卡將數據幀還原成數據傳送給CPU處理；

切換板卡以固定周期向主節點板卡發送數據幀；