王传启 陈晓苏

     烟台东方电子信息产业股份有限公司（264000）金

     敏 来源：《电子技术应用》

     摘要：针对变电站自动化系统中星形光纤通信网络存在的缺陷，提出了一套适用于该类系统的光纤自愈环网系统结构方案。设计了该方案的网络结构、环网自愈策略及信息编码格式，并给出了基于epld的具体实现方法。实际性能测试表明，该光纤自愈环网在变电站自动化系统中有着广阔的应用前景和推广价值。

     关键词：变电站自动化系统

     光纤 环网 自愈 epld

     近年来，分层分布式体系结构已成为变电站自动化系统的标准结构模式[1]。该体系结构中网络通信于系统的功能与可靠性是影响整个系统的重要因素之一。由于变电站现场电磁环境恶劣，为提高通信可靠性，光纤通信技术越来越多地被应用于该类系统中。

     目前在变电站自动化系统中应用的光纤通信网络多为星形拓扑结构。星形拓扑结构网络需要星形耦合器作为核心单元。该单元发生故障将导致整个通信网络的瘫痪，而光纤的特点又决定了星形耦合器不易进行双重化配置，无法满足新型变电站自动化系统为提高可靠性而提出的重要节点需双机双网配置的要求[3]。因此支持主节点双重化配置且具有自愈功能的光纤双环网将是变电站自动化系统通信网络的一个较好选择。

     变电站自动化系统对各装置（节点）间的时间统一性有着较高的要求[3]。为了提高时间同步精度，很多该类系统都通过设置一套对时专用网络(采用irig-b码或秒脉冲)来解决[4]。这种方案在以铜缆为传输介质的场合不会增加太大的成本，但在采用光纤介质时，对时专用网络的过高成本就令人难以接受了。利用光纤通道时分复用方式，开辟复用通道进行对时，可方便地解决这个问题。

     基于变电站自动化系统通信网络的上述特点，本文提出了一套适用于该类系统的光纤自愈环网系统结构方案，设计了该方案的网络结构、环网自愈策略及信息编码格式，并给出了基于epld的具体实现方法。

     1 系统总体设计

     1.1 光纤环网结构

     光纤环网结构如图1所示。

     整个网络为主、从式结构。在变电站自动化系统中，主节点一般是通过处理机，从节点为各种测控置或自动装置。为了确保通信的可靠性，主节点一般要求双重化配置，但同时只能有一个主节点处于网络主控状态，另外的主节点工作于从节点状态，工作状态的转换由两主节间的一套双机切换逻辑来控制。处于网络主控状态的主节点（简称主控节点，下同）产生网络工作时钟，从节点以这个网络工作时钟同步工作。每个节点发送数据均从顺时针和逆时针两个方向传输，自发送节点开始，主控节点终止，因此每次数据传输，目的节点均可从两个方面接收到数据。为了保证数据收质量及速度，要优先选择最先到达目的节点的相就通道进行数据接收。

     1.2 环网自愈策略

     当网络的双环者畅通时，正反两个光纤通道的数据各自独立传输，互不影响，如图2(a)所示。当右侧接收不到工作时钟进（右侧节点故障或光纤故障），则将左侧所接收的数据环绕从左侧发送出去，构成左侧自环，如图2（b）所示。反之，如果左侧节点故障，则将右侧接收的信息从右侧发送出去，构成右侧自环，如图2（c）所示，保证从节点发送的数据总线能够传输到主节点，此时网络工作于单环运行状态。当故障区段的故障消除后，节点将自动恢复到如图2（a）所示的双环运行状态。节点单元的光纤自愈控制由epld自动完成，无需mpu控制。

     1.3 光纤通道数据编码格式

     系统设计为同步工作方式，在光纤通道中传输的信息编码格式如图3所示。

     每帧由8位组成。首先是一个帧起始标志位（1），依次是irig-b通道、主通道、辅助通道，接下来是连续4位“0”，然后是下一帧的起始标起位。irig-b通道用于进行广播方式全网