[發(fā)明專利]一種雙級隔離式以太網(wǎng)雙冗余通信系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710912605.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107707400B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李維波;余萬祥;華逸飛;徐聰;許智豪;張高明
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L1/22;H02J13/00;H02M1/00;G05B19/042
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 趙麗影

本發(fā)明提供一種雙級隔離式以太網(wǎng)雙冗余通信系統(tǒng)，包括依次連接的主控制器單元、前級隔離變換單元、以太網(wǎng)控制器單元、末級隔離變換單元、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸線纜和用戶接口單元。該系統(tǒng)包括兩路獨(dú)立的以太網(wǎng)外圍電路，可實(shí)現(xiàn)冗余切換功能，即一路故障或線路受損時(shí)，自動切換到另一路，保證系統(tǒng)與外界設(shè)備通信時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性。本發(fā)明特別適用于通信距離遠(yuǎn)、通信精度要求高、現(xiàn)場工作環(huán)境中電磁干擾強(qiáng)的場合，如艦船綜合電力能量管理系統(tǒng)、分布式變電站、電力電子變換裝置和工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)等復(fù)雜工作環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙級隔離式以太網(wǎng)雙冗余通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

經(jīng)過近百年特別是近幾十年來的探索和實(shí)踐，世界各國海軍已經(jīng)達(dá)成共識：未來艦船電力系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向是綜合電力系統(tǒng)(Integrated Power System：IPS)。艦船綜合電力系統(tǒng)以“模塊化、集成化”的思想，簡化了艦船動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為艦載高能武器提供了能量保障，大大提升了艦船的機(jī)動性、隱蔽性和生命力。

隨著艦船電力系統(tǒng)的電氣化水平的不斷提高，艦船對供電質(zhì)量、可靠性和生命力提出了更高的技術(shù)要求，迫切需要通過智能化手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理和優(yōu)化運(yùn)行，智能化是未來艦船綜合電力系統(tǒng)的重要特征之一。實(shí)時(shí)通信技術(shù)是艦船獲取設(shè)備信息實(shí)現(xiàn)智能化必不可少的技術(shù)手段。通過通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取艦用設(shè)備各個(gè)健康狀態(tài)和現(xiàn)場工況信息，是決策系統(tǒng)給出正確決策的先決條件，這勢必成為實(shí)現(xiàn)艦船電力系統(tǒng)安全、合理、優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)。

研究與運(yùn)行實(shí)踐表明，常規(guī)的現(xiàn)場總線通信方式因其帶寬窄、實(shí)時(shí)性差、可靠性不高，已經(jīng)無法滿足綜合電力系統(tǒng)“井噴式”增長的信息交換的需求。其原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)艦船綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)包括：發(fā)電、輸電、配電、變電、拖動、推進(jìn)、儲能、監(jiān)控和電力管理等諸多功能，因此，艦船綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)不僅要向推進(jìn)電動機(jī)供電，也需提供電能給艦船電網(wǎng)，滿足艦船其它設(shè)備的用電和生活用電，而電力系統(tǒng)容量有限，艦船設(shè)備分布密集。這是由于這些多系統(tǒng)多功能的復(fù)雜性，勢必也帶來了嚴(yán)重的電磁兼容問題，這會對通信設(shè)備是否正常工作帶來威脅；

(2)電力推進(jìn)艦船在航行過程中，受到風(fēng)、浪及海流等多種隨機(jī)不確定因素的干擾，進(jìn)而帶來艦船的輸出功率與負(fù)載功率之間不平衡，甚至出現(xiàn)欠壓、過壓等惡劣情況，這會對通信設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害；

(3)艦船數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜多變，由于傳輸距離、現(xiàn)場狀況等諸多因素的影響，可能導(dǎo)致傳輸通道中斷，比如網(wǎng)絡(luò)堵塞、網(wǎng)線斷開、網(wǎng)絡(luò)接口連接器松動、網(wǎng)絡(luò)接口硬件電路故障等，造成網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性降低，甚至網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。

針對上述這些情況，迫切需要將成熟的、可靠性高的、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于艦船綜合電力信息系統(tǒng)中。急需設(shè)計(jì)出適應(yīng)于艦船內(nèi)部環(huán)境的通信系統(tǒng)，以提高艦船內(nèi)部信息交換的效率和可靠性。

目前，串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface：SPI)作為以太網(wǎng)技術(shù)的典型代表技術(shù)，只需要一根同軸電纜線，連線簡單，傳輸距離長，目前得到廣泛應(yīng)用。SPI是由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。SPI接口一般由4根信號線組成：

(1)NSS片選信號(有的單片機(jī)上也稱為NSS)：

(2)SCLK時(shí)鐘信號線；

(3)MOSI數(shù)據(jù)線(主機(jī)輸出從機(jī)輸入)；

(4)MISO數(shù)據(jù)線(主機(jī)輸入從機(jī)輸出)。

當(dāng)然，也有的SPI設(shè)備/器件的接口信號按照如下方式進(jìn)行定義：

(1)NSS：片選信號，從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制；

(2)SDO：數(shù)據(jù)輸出信號，主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；