一种用于大科学装置设备联锁保护方法及系统与流程

本发明涉及联锁保护领域，尤其涉及一种用于大科学装置设备联锁保护方法及系统。

背景技术：

大科学装置是指通过较大规模投入和工程建设来完成的大型设施，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动来实现重要科学技术目标，如大型粒子加速器、高能物理探测器、聚变装置和大型天文望远镜等。大科学装置往往体积庞大、设备众多，其控制系统是基于网络的分布式控制系统。快速联锁保护系统作为控制系统的一个重要组成部分，需要在某些场合下为设备提供us量级的快速联锁保护。

快速联锁保护系统收集并处理来自大科学装置中每个子系统的联锁信号，经过联锁逻辑处理后，输出信号来保护关键设备。目前用于大科学装置的快速联锁保护系统大多采用plc为控制器，控制器之间的通信基于实时以太网等通用技术或者自主设计的专用通信技术。这些设计方案的实时性大多是100ms量级，且开发成本较高。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对目前存在的技术问题，本发明提出一种用于大科学装置设备联锁保护方法及系统，该系统基于采用whiterabbit(wr)技术开发，用于解决现有技术中设备联锁保护的实时性只能达到100ms量级，不能达到us量级的问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种用于wr主节点的设备联锁保护方法，该wr主节点基于wr网络搭建，wr主节点包预处理模块及全局联锁算法模块，wr主节点连接至少一个wr从节点，通过wr网络与至少一个wr从节点进行数据通信，至少一个wr从节点基于wr网络搭建，方法包括：s1，通过wr网络接收至少一个wr从节点采集的大科学装置设备的联锁信号；s2，预处理模块对联锁信号进行预处理，全局联锁算法模块对预处理后的联锁信号进行处理，得到全局联锁执行信号；s3，将全局联锁执行信号通过wr网络传输给至少一个wr从节点，wr从节点根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作。

可选地，对联锁信号进行预处理包括：对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态；对联锁信号进行旁路预处理，以解除对部分联锁信号的联锁响应。

本发明另一方面提供一种用于wr从节点的设备联锁保护方法，该wr从节点基于wr网络搭建，多个wr从节点通过wr网络连接至一个wr主节点，通过wr网络与wr主节点进行数据通信，wr主节点基于wr网络搭建，方法包括：s101，采集的大科学装置设备的联锁信号，通过wr网络同步发送至wr主节点；s102，接收wr主节点发送的全局联锁执行信号，根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作，其中，全局联锁执行信号为wr主节点对联锁信号进行预处理，对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理得到。

可选地，wr从节点包括i/o模块、预处理模块及本地保护算法模块，s101还包括：通过i/o模块采集大科学装置设备的本地保护信号；通过预处理模块对本地保护信号进行预处理；通过本地保护算法模块对预处理后的本地保护信号进行本地保护算法处理，得到本地保护执行信号，通过i/o模块将本地保护执行信号发送至大科学装置设备，实现大科学装置设备的本地保护。

可选地，在s102中，wr主节点对联锁信号进行预处理包括：对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态；对联锁信号进行旁路预处理，以解除对部分联锁信号的联锁响应。

本发明另一方面还提供一种设备联锁保护系统，用于大科学装置设备的联锁保护，包括：基于wr网络搭建的wr主节点、至少一个wr交换机及至少一个wr从节点；至少一个wr交换机用于wr主节点与至少一个wr从节点进行数据通信，wr交换机为添加有wr功能支持，提供有qos支持，链路冗余及快速切换的交换机，至少一个wr从节点分布于大科学装置设备；wr主节点用于接收至少一个wr从节点采集的大科学装置设备的联锁信号，对联锁信号进行处理得到全局联锁执行信号；至少一个wr从节点用于根据全局联锁执行信号对大科学装置设备执行联锁保护动作。

可选地，wr主节点包括第一预处理模块及全局联锁算法模块；第一预处理模块用于对联锁信号进行预处理；全局联锁算法模块用于对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理，得到全局联锁执行信号。

可选地，第一预处理模块用于对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态；第一预处理模块用于对联锁信号进行旁路预处理，以解除对部分联锁信号的联锁响应。

可选地，wr从节点包括i/o模块、第二预处理模块及本地保护算法模块；i/o模块用于采集联锁信号及大科学装置设备的本地保护信号；第二预处理模块用于对本地保护信号进行预处理；本地保护算法模块用于对预处理后的本地保护信号进行本地保护算法处理，得到本地保护执行信号，并通过i/o模块将本地保护执行信号发送至大科学装置设备，实现本地保护。

可选地，至少一个wr从节点之间通过光纤连接。

(三)有益效果

本发明提供的一种设备联锁保护方法及系统，可用于大科学装置设备联锁保护，该系统基于采用wr技术开发。其中，wr从节点负责采集每个子系统的联锁信号，wr主节点负责系统联锁逻辑的处理。基于该系统的联锁保护方法既可以满足快速联锁保护系统us量级的实时性需求，又节省了成本和开发时间。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本发明实施例用于wr主节点的设备联锁保护方法的流程图。

图2示意性示出了根据本发明实施例用于wr从节点的设备联锁保护方法的流程图。

图3示意性示出了根据本发明实施例设备联锁保护系统的硬件架构示意图。

图4示意性示出了根据本发明实施例wr主节点软件架构示意图。

图5示意性示出了根据本发明实施例wr从节点软件架构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明实施例提出一种用于wr主节点的设备联锁保护方法，用于对大科学装置设备进行快速联锁保护，该wr主节点连接有至少一个wr从节点，两者均基于wr网络搭建，wr网络技术是综合了同步以太网、精密时钟协议(ptp)和数字相位测量技术而发展的分布式同步授时技术。wr主节点通过wr网络与至少一个wr从节点进行数据通信，wr主节点包括预处理模块和全局联锁算法模块，其方法流程图如图1所示，包括：

s1，通过wr网络同步接收至少一个wr从节点采集的大科学装置设备的联锁信号。

大科学装置设备在实际的运行过程中，需要对各个设备实施快速联锁保护，比如当存在设备误操作，实际工作条件超过或低于设备额定工作条件(超温、超压、真空泄漏等)时，wr主节点就会接收到wr从节点采集的联锁保护信号。

s2，预处理模块对联锁信号进行预处理，全局联锁算法模块对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理，得到全局联锁执行信号。

在上述操作s2中，预处理模块对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态，预处理模块对联锁信号进行旁路预处理，以在特殊情况下临时解除对部分联锁信号的联锁响应。全局联锁算法模块再对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理，得到全局联锁执行信号。

s3，将全局联锁执行信号通过wr网络传输至至少一个wr从节点，wr从节点根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作。

由于上述方法基于wr网络技术的实现大科学装置个设备ns精度的时间同步，从而实现对大科学装置设备us量级的快速联锁保护。

本发明实施例提出一种用于wr从节点的设备联锁保护方法，wr从节点基于wr网络搭建，多个wr从节点通过wr网络连接至一个wr主节点，通过wr网络与wr主节点进行数据通信，wr主节点基于wr网络搭建，其方法流程图如图2所示，包括：

s101，采集的大科学装置设备的联锁信号，通过wr网络同步发送至wr主节点。

wr从节点包括i/o模块、预处理模块及本地保护算法模块。当大科学装置设备在实际的运行过程中，存在设备误操作，实际工作条件超过或低于设备额定工作条件(超温、超压、真空泄漏等)时，wr从节点通过i/o模块采集联锁信号及本地保护信号，将采集的联锁信号通过wr网络发送至wr主节点。

针对于采集的本地保护信号，wr从节点的预处理模块首先对本地保护信号进行预处理，本地保护算法模块对预处理后的本地保护信号进行本地保护算法处理，得到本地保护执行信号，通过i/o模块将本地保护执行信号发送至大科学装置需要本地保护的设备，实现大科学装置设备的本地保护。

s102，接收wr主节点发送的全局联锁执行信号，根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作，其中，全局联锁执行信号为wr主节点对联锁信号进行预处理，对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理得到。

具体地，wr主节点的预处理模块对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态；对联锁信号进行旁路预处理，以在特殊情况下临时解除对部分联锁信号的联锁响应。全局联锁算法模块再对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理，得到全局联锁执行信号，wr从节点接收wr主节点向发送全局联锁执行信号，wr从节点根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作。

由于上述方法基于wr网络技术的实现大科学装置个设备ns精度的时间同步，从而实现对大科学装置设备us量级的快速联锁保护。

本发明实施例提供一种设备联锁保护系统，用于大科学装置设备的联锁保护，包括：基于wr网络搭建的wr主节点、至少一个wr交换机及至少一个wr从节点，节点之间通过光纤相连，其硬件架构图如图3所示。

wr主节点位于wr网络的顶层，它包括了预处理模块(第一预处理模块)和全局联锁算法模块，wr主节点的软件架构如图4所示。

wr从节点分布于整个大科学装置，wr从节点的软件架构如图5所示，包括：i/o模块、预处理模块(第二预处理模块)及本地保护算法模块。

wr主节点通过wr交换机连接于wr从节点，wr交换机用于wr主节点与至少一个wr从节点的数据通信，该wr交换机为在普通交换机上添加有wr功能支持，提供有qos支持，链路冗余及快速切换等特性的交换机。该系统通过wr网络技术搭建该联锁保护系统，实现大科学装置中各子系统ns精度的时间同步，从而实现对大科学装置设备us量级的快速联锁保护。

该设备联锁保护系统的具体工作过程为：

当大科学装置设备在实际的运行过程中，存在设备误操作，实际工作条件超过或低于设备额定工作条件(超温、超压、真空泄漏等)时，wr从节点通过i/o模块采集联锁信号及本地保护信号，将采集的联锁信号通过wr网络发送至wr主节点，wr主节点的第一预处理模块对联锁信号进行锁存预处理，使联锁信号持续保持报警状态；对联锁信号进行旁路预处理，以在特殊情况下临时解除对部分联锁信号的联锁响应。全局联锁算法模块再对预处理后的联锁信号进行全局联锁算法处理，得到全局联锁执行信号，wr主节点向wr从节点发送全局联锁执行信号，wr从节点根据全局联锁执行信号对设备执行联锁保护动作。

wr从节点的第二预处理模块首先对本地保护信号进行预处理，本地保护算法模块对预处理后的本地保护信号进行本地保护算法处理，得到本地保护执行信号，通过i/o模块将本地保护执行信号发送至大科学装置需要本地保护的设备，实现大科学装置设备的本地保护。

在本发明一实施例中，以同步辐射光源为例，采用本发明的设备联锁保护方法及系统对其进行了联锁保护。同步辐射光源作为一种大科学装置，为用户提供高品质、高稳定性的同步光是主要任务。储存环是同步辐射光源的核心部分，由磁铁及支架、注入、电源、真空、高频、束测和控制等系统组成。储存环的快速联锁保护系统的实时性要求在us量级，一般用于束流丢失的机器保护或者真空泄漏的快保护。例如，储存环出现真空度预警时，快速联锁保护系统响应措施：禁止高频功率输出以打掉束流；禁止储存环注入；禁止电子枪触发。

基于wr网络技术，搭建一个储存环快速联锁保护系统，此系统由一个wr主节点，若干wr交换机以及若干wr从节点组成，各节点之间通过光纤相连。wr主节点负责处理整个系统的联锁逻辑，wr从节点分布于整个储存环，它负责收集附近的真空、温度等信号和执行关键设备保护动作。

当储存环某处的wr从节点检测到附近真空度泄漏时，wr从节点会将真空度泄漏的联锁信号通过wr网络传输给wr主节点，wr主节点将通过wr网络输出全局联锁保护信号到wr从节点，wr从节点通过执行禁止高频功率输出、禁止储存环注入以及禁止电子枪触发保护动作，以此来打掉束流来保护关键设备。

综上所述，本发明提供一种用于大科学装置设备快速联锁保护的方法及系统，该系统基于采用wr技术开发。其中，wr从节点负责采集每个子系统的联锁信号，wr主节点负责系统联锁逻辑的处理，基于该系统的联锁保护方法既可以满足快速联锁保护系统us量级的实时性需求，又节省了成本和开发时间，为大科学装置的设备保护提供了一种可行方案。

尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但在不背离所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行形式和细节上的多种改变。因此，本发明的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。