专利名称：双冗余工业以太网数据交换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机励磁控制领域，主要涉及一种应用于励磁装置内调节器与整流
柜、灭磁保护柜之间数据交换的双冗余工业以太网数据交换装置。
背景技术：
励磁装置为同步发电机或电动机的运行提供可以调节的励磁电流，装置一般由一 个励磁调节柜、一个或多个励磁整流柜、一个或多个灭磁保护柜组成。励磁调节柜是整个装 置的控制中枢，励磁调节柜内包含有两套结构和功能完全一致的调节器。励磁调节柜要完 成控制信号的采集和预处理、接受外部的控制指令、进行PID计算、完成逻辑判断、发出控 制信号、向就地人机界面和远方控制中心传送实时数据等。励磁装置内的数据交换包括励 磁装置内励磁调节柜与人机界面的数据交换和励磁调节柜与整流柜、灭磁保护柜的数据交 换。 —、励磁装置内励磁调节柜与人机界面的数据交换通常采用RS232串行通讯，在 传输线上只允许一个驱动器和一个接收器，工作模式为单端发送单端接收，最大传输距离 为1Sm，最大数据传输速率20kbps，人机界面设置在就地调节柜的前门，通讯数据线一般在 3米以内，为避免现场干扰一般波特率设置9600bps，通讯协议为MODBUS协议，结构上不采 用冗余结构，通过数据交换控制器的状态信息、故障信息等可以显示在人机界面上，操作者 也可在人机界面上对控制器进行投入、切除等操作。 二、励磁装置内励磁调节柜与整流柜、灭磁保护柜的数据交换一般采用RS485串 行通讯、CAN网、ARCNET局域网和商业以太网等，通过数据交换调节器可以得到整流柜、灭 磁保护柜的模拟量和开关量信息，同时调节器的控制信号可以发送到整流柜和灭磁保护柜 以达到控制的目的。 RS485也是一种串行接口标准，在传输线上最大允许32个驱动器和32个接收器， 工作模式为双端发送双端接收，最大传输距离为1200m，最大数据传输速率10Mbps，传输介 质采用双绞线，通讯速率一般设置为57. 6Kbps，通讯协议为MODBUS协议或ASCII自定义协 议，不采用冗余结构。 CAN网是一种多主的串行通信，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，CAN的 直接通信距离最远可达10Km，传输速率为5kbps，最高通信速率可达1Mbps，传输距离为 40m， CAN网上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分 主从。但是任一时刻只能有一对节点在通信，实际上CAN网是一种改进的点对点通信。
ARCNET局域网通讯采用令牌方式，即令牌所有权工作方式，令牌在网内顺序地传 到每一个节点，当一个节点取得令牌时，它可以向其他节点发送一个数据包，然后再把令牌 送给下一个节点。当网络负载轻时，即使只有一个节点要发送数据，令牌也要在网内每一个 节点上顺序传递。传输速率达2. 5Mbps。 商业以太网采用的CSMA/CD协议，以太网允许任意一个节点在没有其他节点占用 网络时立即向其他节点发送信息，传输速率100M/10Mbps。但商业以太网设备并不是总能满
3足恶劣环境下的高可靠性标准要求，而可靠的工业以太网设备对于工业应用来说已经越来 越重要了。
发明内容
本发明旨在针对现有技术不能使励磁装置内数据通信兼顾高速率和可靠性的缺
点，提供一种可靠性高且传输速度快的双冗余工业以太网数据交换装置。本发明采用具有
双以太网口的主控制器、双以太网交换机、双网络传输线使得励磁装置内数据通讯的可靠
性大大提高，且通讯传输速度快。 本发明通过下述技术方案实现 双冗余工业以太网数据交换装置，包括励磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜，其 特征在于所述励磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜上还串接有双工业以太网交换机，励 磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜分别通过网络传输线与双工业以太网交换机连接。
所述励磁调节柜的主控制器为可编程自动化控制器PAC，包括第一主控制器、第二 主控制器和人机界面，所述励磁调节柜内设置有第一工业以太网交换机和第二工业以太网 交换机，所述励磁调节柜的第一主控制器的网络口 1和网络口 2分别通过网络传输线连接 到第一工业以太网交换机；所述励磁调节柜的第二主控制器的网络口 1和网络口 2分别通 过网络传输线连接到第二工业以太网交换机；所述人机界面的网络口 1通过网络传输线连 接到第一工业以太网交换机，网络口 2通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机。
所述励磁整流柜内置辅助PAC控制器或以太网智能1/0模块，所述辅助PAC控制 器或以太网智能1/0模块的网络口通过网络传输线连接到工业以太网交换机，各网络口与 各工业以太网交换机相对应。 所述灭磁保护柜内置辅助PAC控制器或以太网智能1/0模块，所述辅助PAC控制 器或以太网智能1/0模块的网络口 l通过网络传输线连接到第一工业以太网交换机，网络 口 2通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机。 所述双工业以太网交换机为八端口 10/100Mbps非网管型工业以太网交换机。
所述人机界面为触摸式平板电脑。
本发明具有以下优点 —、 RS232通讯为点对点通讯，由于串行通讯的固有特性决定了通讯速度慢，不能 实现总线式的多点通讯，决定了该通讯方案无法实现多点通讯冗余。RS485通讯虽然可以 实现多点主从式通讯，但是要实现冗余通讯会大大提高成本和通讯处理的复杂性，一般均 不采用冗余通讯结构，同时为避免远距离通讯的高误码率，均采用低波特率通讯，使得通讯 效率很低。CAN总线虽然可以实现冗余通讯，但仍摆脱不了串行通讯的固有特点，在加之最 大1Mbps的通讯速率使其不适用通讯接点较多的场合，否则通讯效率会大大降低。商业以 太网采用的CSMA/CD协议，以太网允许任意一个节点在没有其他节点占用网络时立即向其 他节点发送信息，传输速率100M/10Mbps。但商业以太网设备并不是总能满足恶劣环境下的 高可靠性标准要求。 较以上四种通讯方式，励磁装置中的励磁调节柜、励磁整流柜、灭磁保护柜全面采 用双冗余工业以太网数据交换。双冗余工业以太网数据交换技术实现了网络口冗余、交换 机冗余、通讯线冗余，较现有的普遍采用的通讯方案在可靠性上大大提高，再结合工业以太网独有的MODBUS/TCP通讯协议，大大降低了误码率。且双冗余工业以太网数据交换技术通 讯速率为10/100Mbps，完全满足工业现场高速通讯的要求。 二、 ARCNET局域网通讯虽然较串行通讯有较大的进步，但通讯速率仍无法和工业 以太网相提并论，再有其通讯协议的局限性和不开放，不能实现工业以太网所具有的远程 诊断和远程维护功能。而双冗余工业以太网数据交换技术采用先进的KW-Multiprog软件， 支持多任务功能及自定义功能块，实现复杂的控制能力，支持IEC-61131-3国际编程标准， 支持远程诊断和远程维护功能。 三、双以太网口其中之一发生故障时可以正常通讯，双以太网交换机其中之一发 生故障时可以正常通讯，双网络传输线其中之一发生故障时可以正常通讯，由概率理论可 知相当于可靠性提高了两倍；工业以太网采用Modbus/Tcp通讯协议，带有严格的循环校 验，保证了在恶劣工作环境下的正常通讯，误码率低；且能在线维护，大大的减小了通讯过 程中出现故障的可能性。
图1为励磁整流柜和灭磁保护柜内置辅助PAC控制器的接线图 图2为励磁整流柜和灭磁保护柜内置以太网智能1/0模块的接线图 图中标记1 、励磁调节柜，2、励磁整流柜，3、灭磁保护柜，4、双工业以太网交换机，
5、第一主控制器，6、第二主控制器，7、人机界面，8、第一工业以太网交换机，9、第二工业以
太网交换机，10、辅助PAC控制器，11、以太网智能1/0模块。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，双冗余工业以太网数据交换装置，包括励磁调节柜1、励磁整流柜2、 灭磁保护柜3，所述励磁调节柜1、励磁整流柜2、灭磁保护柜3上还串接有双工业以太网 交换机4，所述双工业以太网交换机4为八端口 10/100Mbps非网管型工业以太网交换机。 拥有一个10/100Mbps以太网口，一个10/100/1000Mbps以太网口，一般采用15寸TFTLCD 屏，低功耗CPU无风扇紧凑设计，丰富的标准I/O支持，提供多种标准通讯功能，方便连接不 同周边设备，带接地保护的DC24V电源，两个USB2. 0接口 ，大容量紧凑型Flash闪存，支持 WindowsXP、 WinPe、 WinCE等操作系统。支持全双工/半双工流量控制，支持MDI/MDI-X自 动跨接，提供广播风暴保护，嵌有一个转换控制器，支持自协商，嵌有一个存储缓冲，支持存 储转发，支持电压为3000V的DC电源线浪涌保护，支持电压为4000V的DC以太网ESD保 护，支持双24V电源输入。励磁调节柜1、励磁整流柜2、灭磁保护柜3通过双工业以太网交 换机4进行通讯，实现以太网数据交换的冗余。所述励磁调节柜1的主控制器为可编程自 动化控制器PAC，包括第一主控制器5、第二主控制器6和人机界面7，所述人机界面7为触 摸式平板电脑。所述励磁调节柜l内设置有第一工业以太网交换机8和第二工业以太网交 换机9，所述励磁调节柜1的第一主控制器5的网络口 1和网络口 2分别通过网络传输线 连接到第一工业以太网交换机8 ;所述励磁调节柜1的第二主控制器6的网络口 1和网络 口 2分别通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机9 ;所述人机界面7的网络口 1通 过网络传输线连接到第一工业以太网交换机8，网络口 2通过网络传输线连接到第二工业
5以太网交换机9。第一主控制器5、第二主控制器6采用高性能低功耗双CPU,并带有丰富 的控制功能。如看门狗定时器、电池备份RAM和强大的I/O支持；PAC支持Wince 5. 0下的 5种标准IEC61131-3编程语言，提供双10/lOOMbps以太网口， PAC采用强大的Multiprog KW软件和稳定的ProCon OS可以保证1ms的确定性1/0，确保I/O采集和控制级的响应速 度，支持Modbus/RTU主站和Modbus/TCP协议，支持远程诊断和远程维护。所述励磁整流柜 2内置辅助PAC控制器10，所述辅助PAC控制器IO的网络口通过网络传输线分别与第一工 业以太网交换机8和第二工业以太网交换机9连接，各网络口与与第一工业以太网交换机 8和第二工业以太网交换机9相对应。所述灭磁保护柜3内置辅助PAC控制器10，所述辅 助PAC控制器10的网络口 1通过网络传输线连接到第一工业以太网交换机8，网络口 2通 过网络传输线连接到第二工业以太网交换机9。双冗余工业以太网数据交换技术的编程软 件采用Multiprog KW软件，符合IEC61131-3编程语言标准，采用多任务机制，支持五种编 程语言，采用图形化用户界面，调试功能强大，可在线编辑、PLC仿真、重写与强制、断点、观 察窗口与处方、逻辑分析仪和交叉引用。
实施例2 如图2所示，双冗余工业以太网数据交换装置，包括励磁调节柜1、励磁整流柜2、 灭磁保护柜3，所述励磁调节柜1、励磁整流柜2、灭磁保护柜3上还串接有双工业以太网 交换机4，所述双工业以太网交换机4为八端口 10/100Mbps非网管型工业以太网交换机。 拥有一个10/100Mbps以太网口，一个10/100/1000Mbps以太网口，一般采用15寸TFTLCD 屏，低功耗CPU无风扇紧凑设计，丰富的标准1/0支持，提供多种标准通讯功能，方便连接不 同周边设备，带接地保护的DC24V电源，两个USB2.0接口，大容量紧凑型Flash闪存，支持 WindowsXP、WinPe、WinCE等操作系统。支持全双工/半双工流量控制，支持MDI/MDI-X自动
跨接，提供广播风暴保护，嵌有一个转换控制器，支持自协商，嵌有一个存储缓冲，支持存储 转发，支持电压为3000V的DC电源线浪涌保护，支持电压为4000V的DC以太网ESD保护， 支持双24V电源输入。励磁调节柜1、励磁整流柜2、灭磁保护柜3通过双工业以太网交换 机4进行通讯，实现以太网数据交换的冗余。所述励磁调节柜1的主控制器为可编程自动 化控制器PAC，包括第一主控制器5、第二主控制器6和人机界面7，所述人机界面7为触摸 式平板电脑。所述励磁调节柜l内设置有第一工业以太网交换机8和第二工业以太网交换 机9，所述励磁调节柜1的第一主控制器5的网络口 1和网络口 2分别通过网络传输线连 接到第一工业以太网交换机8 ;所述励磁调节柜1的第二主控制器6的网络口 1和网络口 2 分别通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机9 ;所述人机界面7的网络口 1通过网 络传输线连接到第一工业以太网交换机8，网络口 2通过网络传输线连接到第二工业以太 网交换机9。第一主控制器5、第二主控制器6采用高性能低功耗双CPU，并带有丰富的控制 功能。如看门狗定时器、电池备份RAM和强大的1/0支持；PAC支持Wince 5. 0下的5种标 准IEC61131-3编程语言，提供双10/100Mbps以太网口 ，PAC采用强大的Multiprog KW软件 和稳定的ProCon 0S可以保证lms的确定性1/0，确保1/0采集和控制级的响应速度，支持 Modbus/RTU主站和Modbus/TCP协议，支持远程诊断和远程维护。所述励磁整流柜2内置以 太网智能1/0模块ll，所述以太网智能1/0模块11的网络口通过网络传输线分别与第一工 业以太网交换机8和第二工业以太网交换机9连接，各网络口与与第一工业以太网交换机 8和第二工业以太网交换机9相对应。所述灭磁保护柜3内置以太网智能1/0模块11，所述以太网智能I/0模块11的网络口 l通过网络传输线连接到第一工业以太网交换机8，网 络口 2通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机9。双冗余工业以太网数据交换技术 的编程软件采用Multiprog KW软件，符合IEC61131-3编程语言标准，采用多任务机制，支 持五种编程语言，采用图形化用户界面，调试功能强大，可在线编辑、PLC仿真、重写与强制、 断点、观察窗口与处方、逻辑分析仪和交叉引用。 本发明不限于以上实施例，但均应落入本发明权利要求保护范围之内。
权利要求
双冗余工业以太网数据交换装置，包括励磁调节柜(1)、励磁整流柜(2)和灭磁保护柜(3)，其特征在于所述励磁调节柜(1)、励磁整流柜(2)和灭磁保护柜(3)上还串接有双工业以太网交换机(4)，励磁调节柜(1)、励磁整流柜(2)和灭磁保护柜(3)分别通过网络传输线与双工业以太网交换机(4)连接。
2. 根据权利要求1所述双冗余工业以太网数据交换装置，其特征在于所述励磁调节 柜(1)的主控制器为可编程自动化控制器PAC，包括第一主控制器(5)、第二主控制器(6) 和人机界面(7)，所述励磁调节柜(1)内设置有第一工业以太网交换机(8)和第二工业以太 网交换机(9)，所述励磁调节柜(1)的第一主控制器(5)的网络口 l和网络口 2分别通过网 络传输线连接到第一工业以太网交换机(8);所述励磁调节柜(1)的第二主控制器(6)的 网络口 l和网络口 2分别通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机(9);所述人机界 面(7)的网络口 l通过网络传输线连接到第一工业以太网交换机(8)，网络口 2通过网络传 输线连接到第二工业以太网交换机(9)。
3. 根据权利要求1所述双冗余工业以太网数据交换装置，其特征在于所述励磁整流 柜(2)内置辅助PAC控制器(10)或以太网智能I/0模块(ll)，所述辅助PAC控制器(10) 或以太网智能I/0模块(11)的网络口通过网络传输线连接到工业以太网交换机，各网络口 与各工业以太网交换机相对应。
4. 根据权利要求1所述双冗余工业以太网数据交换装置，其特征在于所述灭磁保护 柜(3)内置辅助PAC控制器(10)或以太网智能I/0模块(ll)，所述辅助PAC控制器(10)或 以太网智能I/0模块(11)的网络口 l通过网络传输线连接到第一工业以太网交换机(8)， 网络口 2通过网络传输线连接到第二工业以太网交换机(9)。
5. 根据权利要求1所述双冗余工业以太网数据交换装置，其特征在于所述双工业以 太网交换机(4)为八端口 10/100Mbps非网管型工业以太网交换机。
6. 根据权利要求2所述双冗余工业以太网数据交换装置，其特征在于所述人机界面 (7)为触摸式平板电脑。
全文摘要
本发明公开了一种双冗余工业以太网数据交换装置，包括励磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜，其特征在于所述励磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜上还串接有双工业以太网交换机，励磁调节柜、励磁整流柜和灭磁保护柜分别通过网络传输线与双工业以太网交换机连接。本发明采用双以太网口、双以太网交换机、双网络传输线使得励磁装置内数据通信的可靠性大大提高，且通信传输速度快。
文档编号H04L12/04GK101789867SQ20101012527
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者周平 申请人:东方电气集团东方电机有限公司;东方电机控制设备有限公司