[發明專利]一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統

有效

• 申請號: 202011119654.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112260760B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 丁捷;馬權;梁建;秦官學;曾少立;嚴浩;楊有維;黃起昌;董長龍;馬文桂
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: H04B10/275
• 分類號: H04B10/275;H04B10/038;H04B10/25
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

1.一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統，其特征在于，包括若干節點設備、光旁通模塊和光纖環路，每個所述節點設備對應連接一個光旁通模塊，采用全光路環網連接方式，所述節點設備均通過所述光旁通模塊接入到所述光纖環路中；每個所述節點設備TX端連接其對應所述光旁通模塊的TX端，每個所述節點設備RX接收端連接其對應光旁通模塊的RX端；每個所述節點設備對應的光旁通模塊環網接口TX端通過單模光纖接入下一個所述節點設備對應的光旁通模塊環網接口RX端，依次實現總線鏈路連接，最后一個所述節點設備對應的光旁通模塊環網接口TX端接入第一個所述節點設備對應的光旁通模塊環網接口RX端，從而組合成光環網拓撲結構；

所述節點設備，用于完成光電轉換功能和協議轉換功能，將設備要傳送的信息轉換成光信號，并將接收到的光信號轉換為電信號；同時實現自定義現場總線協議的解析功能，充當總線控制器；

所述光旁通模塊，用于完成所述節點設備接入光纖環路，光環網信號無延時轉發和所述節點設備電路故障自動鏈路旁通功能；

利用所述節點設備產生光信號，通過所述光旁通模塊產生兩路相同數據信息的光信號，一路光信號用于節點收發，另一路光信號在光環路里傳輸，實現全光路環網拓撲結構；

所述光旁通模塊包括光纖耦合器和光開關，所述光纖耦合器通過光纖跳線對應連接所述光開關；使用所述光開關切換功能在所述節點設備異常時，實現所述節點設備光收發信號旁通，將故障節點剝離總線鏈路；

自定義總線鏈路通信協議處理總線通信，利用輪詢、沖突檢測和自動仲裁機制，進行主節點設備與多個從節點設備之間的數據通信；所述節點設備配合所述自定義總線鏈路通信協議完成現場總線，所述節點設備采用廣播或單播的模式，與其他設備建立通信；全光路現場總線支持多主節點設備功能，其中一個節點設備配置為主設備節點，其余的節點設備配置為從設備節點；通過主從設備節點相應的自定義通信協議完成總線鏈路的通信；

所述主從設備節點相應的自定義通信協議流程如下：

主設備節點在“空閑”狀態時請求才能被發送；當發送一個請求后，該節點離開“空閑”狀態，等待“應答處理結束”，而不能發送第二個請求；當單播請求發送到一個從設備節點，主設備節點將進入“等待應答”狀態，同時一個臨界超時定時啟動，這個超時稱為“響應超時”；當收到一個應答時，主設備節點在處理數據之前檢驗應答，正確檢驗后完成應答處理；主設備節點進入“出錯處理”狀態，之后結束出錯處理；

從設備節點在“空閑”狀態時，接收從主設備節點發來的請求，并對請求做檢查，檢查正確后進行請求動作處理并發送應答數據；當出現檢驗錯誤或請求錯誤時，從設備節點進入出錯“處理狀態”，必須向主節點發送應答，之后結束出錯處理。

2.根據權利要求1所述的一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統，其特征在于，所述光纖耦合器為光波導式結構式。

3.根據權利要求2所述的一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統，其特征在于，所述光纖耦合器采用2×2型光纖耦合器，其工作波長為1260nm～1650nm，插入損耗為3.9dB，回波損耗為50dB。

4.根據權利要求1所述的一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統，其特征在于，所述光開關的出入損耗為0.6dB，切換速度8ms。

5.根據權利要求1所述的一種基于光環路的核電廠分布式控制系統現場總線系統，其特征在于，所述節點設備包括控制電路、光電轉換電路、低速光模塊和電源管理單元，所述控制電路外接設備接口，所述控制電路連接所述光電轉換電路，所述光電轉換電路連接低速光模塊；

所述低速光模塊，具備光信號輸出功率調節功能，用于根據接入光路環網的節點設備數量進行光功率調節；所述低速光模塊的接收端口RX具有光功率檢測輸出接口，該接口將光通道強度信號傳送給控制電路；

所述光電轉換電路，用于將光路總線上的光信號與所述控制電路電信號進行轉換；

所述控制電路，用于完成鏈路串并行位流數據轉換、數據發送緩存、接收濾波自定義總線鏈路通信協議進行解析；

所述電源管理單元，用于為所述節點設備內的各個模塊供電。