一种变电站远动机双机切换装置及其自动切换的方法与流程

本发明涉及变电站远动系统的管理，具体涉及一种变电站远动机双机切换装置及其自动切换的方法。

背景技术：

近年来电力二次系统的建设取得了长足发展，远动系统作为厂站自动化系统的一个重要分支在整个系统中起着承上启下的作用。为保证变电站远端数据能够及时、准确地传送给调度，冗余设计已是必然要求，双远动机的切换模式对于关键时刻保证调度数据传输的完整性、实时性意义重大。

目前，远动机双机切换机制通常是通过串口通道切换装置实现的，但是，该切换装置仅仅能够实现串口通道的切换，而无法实现主辅机的检测与判断，而其主辅机判断和切换的实现是通过远动机之间网络通讯实现的。此外，目前的通道切换装置因其主要作用是实现通道切换功能，因此在系统衔接上存在或多或少的问题，如结构复杂、成本高等。从主辅机判断、切换方面来讲，通过网络通讯线路判断主辅机状态存在实时性差、可靠性低等缺点；另外，一旦网络通讯接口出现问题，则会出现两远动机争抢主机的问题。

技术实现要素：

针对现存的远动机双机切换的问题，本发明提供了一种新的双机切换装置，该装置除具备串口通道切换功能外，同时具有判断及切换主辅机的功能，针对主辅机判断、切换功能，保留通讯线检测方式，并通过合理的设计使软件控制与双机切换装置控制互为冗余，提高系统的可靠性。同时，该切换装置具有逻辑结构简单、可靠性高的特点。

另外，为适应不同控制环境的要求，该双机切换装置具有手动切换、自动切换两种切换方式，通过硬件或者软件实现切换功能。这种双机切换方法具有系统结构简单、使用方便、功能齐全等优点，且具备切换时的高实时性、高可靠性，为远动机的冗余设计提供了可靠保障。

为实现上述目的，该远动机双机切换装置包括：依次连接的信号输入输出模块1、电压转换模块2、逻辑处理模块4、执行机构模块6、通道输入输出模块5；还包括连接于逻辑处理模块4的前面板信号输入输出模块3、为上述模块供电的电源模块7。

信号输入输出模块1：该模块的功能是实现双机切换装置与主、辅远动机之间的通信，比如，使用9条通信线之中5条实现双机切换装置与远动机的通信，这5条通信线分别为DCD、DSR、RTS、CTS、DTR，其应用功能分别为，DCD双机切换装置存在标志，DSR主辅远动机信号，RTS主辅远动机切换信号，CTS双机切换装置自动手动模式信号，DTR远动机主机维持信号。信号输入输出模块1采用基于标准DB9接口的串口线。

电压转换模块2：连接于信号输入输出模块1与逻辑处理模块4之间，用于将逻辑处理模块4输入的标准5V信号转换为RS-232协议所要求的±10V输出电平并输出给信号输入输出模块1、将信号输入输出模块1输入的±10V输出电平转换为标准5V信号并输出给逻辑处理模块4。

前面板信号输入输出模块3：该模块中包含信号调理电路，用于将开关信号调理为标准5V信号传给逻辑处理模块4，同时接收逻辑处理模块4输出的信号并控制前面板指示灯点亮或熄灭。

逻辑处理模块4：该模块用于接收信号输入输出模块1的输出信号和前面板信号输入输出模块3的输入信号，经过逻辑判断后将切机信号输出给执行机构模块6、并把切机后的当前主机信号发送给信号输入输出模块1、前面板信号输入输出模块3。该模块实现双机切换装置内部所有的逻辑控制，该模块由逻辑器件触发器、与非门等逻辑器件组成。当手动信号输入时，逻辑电路闭锁远动机所有控制信号，仅仅给远动机返回主辅机指示信号；当自动信号输入时，此时远动机所有的控制信号参与逻辑运算，根据信号输入输出模块1输出的信号对双机切换装置进行控制。

执行机构模块6：该模块用于接收逻辑处理模块4输出的切机信号，信号经驱动电路后控制继电器组，用以切换通道。

通道输入输出模块5：该模块用于实现主辅远动机与双机切换装置连接，实现双机的切换；该模块允许主辅远动机各8路串口输入双机切换装置，8路串口从双机切换装置输出。

电源模块7：电源采用双电源热备用冗余设计，任意一块电源工作不正常不影响系统的正常工作。

双机切换装置的工作原理：所述电压转换模块2转换所述信号输入输出模块1和所述逻辑处理模块4的输入输出信号电平，使二者可以正常通信；所述逻辑处理模块4根据所述信号输入输出模块1输出的信号和所述前面板信号输入输出模块3输入的信号经过逻辑判断后将输出信号输出给所述执行机构模块6，所述执行机构模块6通过所述通道输入输出模块5实现双机的切换。

实现远动机双机切换的具体方式有两种：一种是手动方式，即将切换装置设置为手动模式，通过该装置上的切换开关来选择当前主机为A机或者B机，最终实现双机切换功能。

另一种是自动方式，即将切换装置设置为自动模式，由安装在两个远动机中的自动切换模块通过控制信号来实现双机切换功能。实现双机自动切换的方法包括如下步骤：

步骤1：在远动机的主辅机上分别安装自动切换模块，自动切换模块包括用于实现串口的打开与关闭以及初始化默认参数的运行与退出模块、判断当前远动机状态是主机还是辅机的主辅机状态检测模块、实现主辅机切换的切机模块、保持当前机器为主机的主机保持模块、判断双机切换装置是否存在的主机判断模块、检测双机切换装置当前状态为自动模式还是手动模式的双机切换装置运行模式检测模块；

步骤2：运行与退出模块打开串口并初始化上电信号；

步骤3：主机判断模块检测双机切换装置是否存在，如果此时不存在双机切换装置，则重新检测，如果存在，则执行步骤4；

步骤4：主辅机状态检测模块检查当前的主机标识判断当前是否为主机，如果是则通过主机保持模块保持主机状态，如果不是即为辅机；

步骤5：双机切换装置运行模式检测模块判断当前切换模式是自动还是手动，如果当前模式为手动则不进行控制，只接收双机切换装置传来的主辅机状态信号，如果当前模式为自动，远动机检查自身是否工作正常，如果是，则继续进行远动机自身状态的实时检测，如果否，远动机向切机模块发出切机信号，切机模块通过信号输入输出模块1向逻辑处理模块4发出切机命令进行切机。

上述双机切换装置的功能模块全部由硬件逻辑电路实现，切换速度快、安全可靠。

有益效果：该远动机双机切换装置具备检测主辅机状态、切换主辅机、切换串口通道的功能。为增加系统的可靠性，该装置的功能全部由硬件逻辑电路实现，从而避免了因软件问题而带来的故障，硬件实现具有切换速度快，安全可靠等诸多优点。同时，手动和自动两种切换模式的设计，满足了现场控制的应用需求。

附图说明

图1是本发明的硬件功能模块的逻辑框图

图2是本发明的自动切换模式的逻辑图

图3是双机切换装置的前面板示意图

图4是双机切换装置的后面板示意图

图5是远动机双机切换的系统连接图

具体实施方式

下面结合附图，具体说明变电站远动机双机切换装置及其实现自动切换的方法。

如图1所示，远动机双机切换装置包括：依次连接的信号输入输出模块1、电压转换模块2、逻辑处理模块4、执行机构模块6、通道输入输出模块5；还包括连接于逻辑处理模块4的前面板信号输入输出模块3、为上述模块供电的电源模块7。

信号输入输出模块1：该模块的功能是实现双机切换装置与主、辅远动机之间的通信，比如，使用9条通信线之中5条实现双机切换装置与远动机的通信，这5条通信线分别为DCD、DSR、RTS、CTS、DTR，其应用功能分别为，DCD双机切换装置存在标志，DSR主辅远动机信号，RTS主辅远动机切换信号，CTS双机切换装置自动手动模式信号，DTR远动机主机维持信号。信号输入输出模块1采用基于标准DB9接口的串口线。

电压转换模块2：连接于信号输入输出模块1与逻辑处理模块4之间，用于将逻辑处理模块4输入的标准5V信号转换为RS-232协议所要求的±10V输出电平并输出给信号输入输出模块1、将信号输入输出模块1输入的±10V输出电平转换为标准5V信号并输出给逻辑处理模块4，如MAX202就可实现该功能。

前面板信号输入输出模块3：该模块中包含信号调理电路，用于将开关信号调理为标准5V信号传给逻辑处理模块4，同时接收逻辑处理模块4输出的信号并控制前面板指示灯点亮或熄灭。

逻辑处理模块4：该模块用于接收信号输入输出模块1的输出信号和前面板信号输入输出模块3的输入信号，经过逻辑判断后将切机信号输出给执行机构模块6、并把切机后的当前主机信号发送给信号输入输出模块1、前面板信号输入输出模块3。该模块实现双机切换装置内部所有的逻辑控制，该模块由逻辑器件触发器、与非门等逻辑器件组成。当手动信号输入时，逻辑电路闭锁远动机所有控制信号，仅仅给远动机返回主辅机指示信号；当自动信号输入时，此时远动机所有的控制信号参与逻辑运算，根据信号输入输出模块1输出的信号对双机切换装置进行控制。

执行机构模块6：该模块用于接收逻辑处理模块4输出的切机信号，信号经驱动电路后控制继电器组，用以切换通道。

通道输入输出模块5：该模块用于实现主辅远动机与双机切换装置连接，实现双机的切换；该模块允许主辅远动机各8路串口输入双机切换装置，8路串口从双机切换装置输出。

电源模块7：电源采用双电源热备用冗余设计，任意一块电源工作不正常不影响系统的正常工作。

双机切换装置的工作原理：电压转换模块1转换信号输入输出模块2和逻辑处理模块4的输入输出信号电平，使二者可以正常通信；逻辑处理模块4根据信号输入输出模块1输出的信号和前面板信号输入输出模块3输入的信号经过逻辑判断后将输出信号输出给执行机构模块6，执行机构模块6通过通道输入输出模块5实现双机的切换。

实现远动机双机切换的具体方法有两种：一种是手动切换方法，另一种是自动切换方法。

手动切换方法，即将切换装置设置为手动模式，通过该装置上的切换开关来选择当前主机为A机或者B机，最终实现双机切换功能。

附图3是双机切换装置的前面板示意图，实现前面板信号输入输出模块3的功能，其中：手动、自动指示灯指示双机切换装置切换模式；A机、B机指示灯指示当前主机；船型开关1手动、自动选择当前双机切换装置的切换模式，与手动、自动指示灯所显示相对应。当打在手动档时，可以通过船型开关2选择当前主机为A机或者B机；当打在自动档时，船型开关2不起任何作用，由双机切换装置根据切机信号以及主机维持信号通过自动切换模块自动完成主辅机切换；POWER1和POWER2分别指示当前供电电源，且两电源互为热备。

附图4为双机切换装置的后面板示意图，实现信号输入输出模块1、通道输入输出模块5、电源模块7的功能。其中，A、B对应电源模块7，互为热备用，其中1、2端子为失电告警信号。D、E对应信号输入输出模块1，为标准BD9接口，是实现双机切换的通讯线，分别连接远动机的主机和辅机。C、F、G对应通道输入输出模块5，C为标准DB62接口，双机切换装置的8路串口输出；F、G为凤凰端子接口，可分别连接8路串口，与远动主辅机的8路串口相连，作为双机切换装置的串口输入。

当将切换装置设置为自动切换模式时，由安装在两个远动机中的自动切换模块通过远动机发送控制信号来实现双机自动切换功能，自动切换模块中各子模块的功能如下：

运行与退出模块：该模块实现串口的打开与关闭以及初始化默认参数。具体包括以下步骤：打开切换用串口、初始化上电信号、检查双机切换装置是否存在&主机标识、通知退出信号、关闭切换用串口。

主辅机状态检测模块：该模块判断当前远动机状态，为主机还是辅机。具体包括以下步骤：切换装置是否存在&找到主机、找到第一个双机切换装置标识的主机状态来判断本机是否主机、只要存在一个双机切换装置就认为双机切换装置存在。

切机模块：通过该模块实现主辅机的切换。

主机保持模块：该模块用于保持当前机器为主机。具体包括以下步骤：维护模块的主辅状态、修改模块的主辅状态。

主机判断模块：判断双机切换装置是否存在，若存在，以双机切换装置的主机标识为准。

双机切换装置运行模式检测模块：用于检测双机切换装置当前状态为自动模式还是手动模式。

如图2所示，利用双机切换装置和上述安装在远动机中的自动切换模块实现双机切换的步骤如下：

步骤1：在远动机的主辅机上分别安装自动切换模块；

步骤2：所述运行与退出模块打开串口并初始化上电信号；

步骤3：所述主机判断模块检测双机切换装置是否存在，如果此时不存在双机切换装置，则重新检测，如果存在，则执行步骤4；

步骤4：所述主辅机状态检测模块检查当前的主机标识判断当前是否为主机，如果是则通过主机保持模块保持主机状态，如果不是即为辅机；

步骤5：所述双机切换装置运行模式检测模块判断当前切换模式是自动还是手动，如果当前模式为手动则不进行控制，只接收双机切换装置传来的主辅机状态信号，如果当前模式为自动，远动机检查自身是否工作正常，如果是，则继续进行远动机自身状态的实时检测，如果否，远动机向切机模块发出切机信号，切机模块通过信号输入输出模块1向逻辑处理模块4发出切机命令进行切机。

以下是实现部分主要功能的程序代码段的实例：

1、主辅机状态检测模块：

2、切机模块：

附图5是本发明的系统连接示意图，图中除调度主站外，其余均为变电站内的设备。系统中，调度主站通过远动机实现对站内IED设备的数据采集以及控制功能。IED设备通过网络连接与远动机通信；远动机A机、B机的DB9接口B分别与双机切换装置的D、E接口相连接，实现远动机与双机切换装置的通讯功能；远动机A机、B机的串口C分别与双机切换装置的F、G接口相连接，经双机切换装置后，只有一台远动机的8路串口通过双机切换装置的C接口输出；为方便现场接线以及适应数字及模拟通道，设计了串口辅助设备，同时将DB62接口转换为凤凰端子接口，此外还增加防雷保护功能；调度主站的串口通道以及串口设备可直接连接串口辅助设备。

系统上电，两台远动机均安装远动机程序并运行通信服务，该服务实现远动机与调度主站的通信，运行后，远动机对应的串口指示灯会闪烁，表示有收发数据。查看双机切换装置电源指示灯是否敞亮，如果敞亮说明供电正常，将双机切换装置打在手动挡模式，进行A、B机切换，此时可以听到继电器动作的声音。

当远动机通讯服务程序运行，可以看到双机切换装置前面板指示出当前的主辅机状态。将双机切换装置切换至手动挡位，此时可以通过双机切换装置面板上的切换开关切换主辅机及串口通道；将双机切换装置切换至自动挡位，此时可以通过软件监控界面的切换按钮切换主辅机状态及串口通道，此外，由于主机故障或异常等多种原因引起的主机服务运行异常时，双机切换装置会自动地将问题机器切换为辅机，同时切换串口通道，因硬件切换具有切换速度快的特点，因此在切换过程中不会出现数据丢失的情况。