一种实现单节点设备接入和HSR环间通信的装置的制作方法

一种实现单节点设备接入和hsr环间通信的装置
技术领域
1.本实用新型涉及网络通信装置，尤其涉及一种实现单节点设备接入和 hsr环间通信的装置。


背景技术：

2.智能变电站的二次设备采用符合iec61850标准的goose信号代替了传统的硬接线，实现了变电站内智能电气设备间信息的共享和互操作。过程层通过通信网络进行数据传输，保证通信网络的可靠性具有相当重要的作用。目前城市轨道交通变电所过程层数据传输的可靠性主要通过网络拓扑结构冗余来实现，投入双倍的网络交换机组建双星型网络结构来实现冗余，存在投资成本较高、网络通信严重依赖交换机、信息传输延时无法预测、故障恢复时间长等不足。
3.iec62439
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3标准提出了高可用性无缝环网结构，由若干个具备hsr双端口的终端设备首尾连接组成环网，实现环内设备的信息交互。对于不具备hsr 双端口的设备，通过redbox串入环，而环与环间的信息交互，则通过quadbox 来实现。采用高可用性无缝环网原理组建站内站间的通信网络，有利于节省通信设备投资、简化网络结构、减少系统故障节点、同时可以做到零丢包，零故障率，延时更低，实现真正意义上的无缝切换，相比于交换机组网方案具有竞争优势。
4.随着科技的发展，现有的继电保护装置数据处理能力强大，完全具备处理小规模hsr环网数据的传输，而地铁供电系统的继电保护装置数量不多，刚好适用于hsr环网技术的应用。地铁供电系统过程层采用hsr环网结构需解决单节点设备接入及hsr环间信息交互的问题，而目前地铁供电系统还没有适用于hsr环网技术实现单节点设备接入及hsr环间通信的装置，为解决上述问题，需开发一种可以实现单节点设备接入和hsr环间通信的装置。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种实现单节点设备接入和hsr环间通信的装置。该装置可根据需要灵活采用光口、以太网口进行设备的接入，可实现单节点设备接入、环间及跨环装置间的数据交互。应用于地铁供电系统中能够简化通信网络结构，在保证通信可靠性的同时节省了投资成本。
6.解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
7.一种实现单节点设备接入和hsr环间通信的装置，由硬件和软件构成，软件嵌入在硬件系统中；所述装置包括主板、电源板、前面板接口板、机箱，所述主板采用“arm fpga 底板”架构，arm板和fpga板为核心板，扣在底板上，arm和fpga之间通过pcie总线进行通信，所述arm板上设有用于负责实现人机交互配置工作的cpu芯片；所述fpga板用于实现hsr协议功能，通过fpga模块用于不同应用功能的切换；所述底板上对外提供物理接口，包括4个光口、4个百兆网口、1个千兆网口、1个usb接口和1个调试串口。
8.所述光口和百兆网口能够根据实际工作模式实现redbox与quadbox的功能；所述
千兆网口和调试串口用于对所述装置进行配置、维护；所述usb 接口用于实现文件的下载；所述电源板用于提供整机电源；所述前面板接口板包括指示灯板和usb板，用于指示装置的运行状态及网口、光口的工作状态。
9.所述机箱采用1u标准19英寸上架机箱，全铝结构，具有良好的电磁兼容性能。
10.所述的4个光口为lc接口，4个百兆网口为rj
‑
45接口。
11.本实用新型的有益效果：
12.本实用新型可满足城市轨道交通系统的不同组网需求，装置可根据需要灵活采用光口、以太网口进行设备的接入，能实现不支持hsr协议的设备接入和hsr环间的信息传输和共享，满足城市轨道交通对可靠冗余网络的需求。具有方便维护、经济和实用性好的优点。
附图说明
13.图1是本实用新型的实现单节点设备接入和hsr环间通信的装置的硬件布置图；
14.图2是本实用新型装置的主板原理框图；
15.图3是本实用新型装置的redbox数据流向图。
具体实施方式
16.下面结合附图进一步说明本实用新型的实施方式：
17.(1)硬件布置图
18.本实用新型的环网装置，由硬件和软件构成，软件嵌入在硬件系统中。装置主要由主板、电源板、前面板接口板及机箱组成。主板包括arm核心板、 fpga核心板和底板。前面板接口板包括指示灯板和usb板。
19.(2)主板原理框图
20.如图2所示，环网装置采用“主板载板 arm核心板 fpga核心板”的方案实现主板设计，如图1所示。
21.arm核心板集成了arm处理器、ddr3、qspi、emmc、pmic等高速和关键部分的设计，通过两个2mm的双排插针与底板连接。
22.fpga核心板集成xlinx的k7系列fpga芯片、qspi、ddr3内存、pmic 电源管理电路，通过4个高速连接器与底板连接。
23.底板集成了4个电口、4个百兆网口、1个千兆网、1个usb接口、1个调试串口、rtc电路以及电源转换电路和复位电路。
24.arm与fpga之间通过pcie总线进行通信，arm板主要负责实现人机交互配置工作，fpga模块用于实现hsr协议功能，底板用于对外提供物理接口。
25.(3)电源板
26.电源采用双层板设计，为ac/dc自适应电源，输入电压范围:85
‑ꢀ
264vac/100
‑
370vdc。该系列电源具有输入电压范围宽、交直流两用、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔离等优点。
27.(4)redbox数据流向图
28.如图3所示，a和b是冗余装置接入环内的两个以太网/光纤接口，tx_c、 rx_c是用
于跨环互联的fpga内部总线。其中“1”表示进环的数据；“2”表示出环的数据；“3”表示转发的数据。
29.1)数据接收与转发流程：
30.从端口a或端口b输入的数据经过缓存之后送入demux模块，得到两路相同的数据，通过总线2和3，分别将数据送给tx_c口的发送缓存和tx_a 或tx_b的发送缓存。tx_c口的接收数据和tx_a或tx_b的转发数据，经过缓存之后送入mux模块。数据在mux模块中完成了重复帧判断及丢弃功能，从而决定接收缓存和转发缓存数据的有效性。如redbox连接的为目的设备，经mux模块处理后的数据会送给filter及丢弃hsr标识模块，由filter及丢弃hsr标识模块完成hsr标识的丢弃后将数据上传至上层模块；如redbox 连接的为非目的设备，则会将报文转发至另一个端口，由另一个端口转发到环网中。
31.2)数据发送流程：
32.rx_c口接收到上层模块的数据帧后发送给hsr标识模块，hsr标识模块为数据帧添加hsr标识后分成两路分别送给tx_a和tx_b的发送缓存。经缓存之后的数据帧送入mux模块。数据在mux模块中完成了重复帧判断及丢弃功能，在由端口a和端口b将数据发送到hsr环。
33.上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。