基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构的制作方法

本发明涉及一种风机控制系统，特别是涉及一种基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构。

背景技术：

1、风机控制器属于专用可编程控制器，一般包含主处理单元、扩展通信单元、工业通信接口单元和输入输出i/o单元。其中，主处理单元用于数据的处理和运算，扩展通信单元用于主控制站与远程io站之间的通信扩展，i/o单元主要用于数字量和模拟量i/o点的采集和输出；而通信接口单元一般包含开放控制器局域网canopen、分布式过程现场总线profibus dp、串行通信接口rs232、串行通信接口rs485以及以太网控制自动化技术ethercat等通信类型协议，可用于与支持不同协议的设备(如变桨系统，变流系统)通信。

2、由于不同类型总线间通信方式存在差异，目前各类电子通信系统在实现不同总线类型设备间的通信时，大多在收发设备上增加了相应的数据格式转换模块；并且为了降低设备的复杂度，大多数电子通信系统只采用一到两种总线进行通信。这种通信方式受到其选用的总线类型及总线驱动能力的限制，设备间布线数量较多且总线通信带宽的利用效率不高。此外，当接入设备类型或数量变化时，采用上述通信方式的系统需要相应地更换或升级设备，并相应调整布线、接入点数量等，限制了系统的灵活性，使其难以适应复杂多变的各类应用环境。同时，主处理单元作为主控单元，其一方面需要与本站的i/o进行高性能数据交互，另一方面还需要与不同类型的通信单元进行通信。因此需要一种高效的通信网络架构系统，以有助于提升风机控制器的整体通信速度和扩展能力。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构，用于解决现有技术中无法在保证良好扩展能力的前提下保证主处理单元与通信单元和io通信的高带宽、通信网络架构不能支持多cpu共用同一网络实现对io和通信单元的数据交互等问题，以提升通信单元与io通信的带宽和通信可靠性。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构，包括：

3、主控站，所述主控站包括若干个主处理单元(cpu)、第一扩展通信单元以及第一工业通信接口单元，每个所述cpu通过第一通信单元网络(sw_net)分别与所述第一扩展通信单元和所述第一工业通信接口单元通信连接，所述第一扩展通信单元和所述第一工业通信接口单元并行连接到所述第一sw_net，所述第一扩展通信单元通过第一低压差分信号网络(lvds_net)与输入输出模块通信连接；

4、至少一个远程站，所述远程站包括第二扩展通信单元和第二工业通信接口单元，所述第二扩展通信单元通过第二lvds_net与第二输入输出模块通信连接，所述主控站的每个所述cpu通过所述第一sw_net和第二sw_net与所述第二扩展通信单元和所述第二工业通信接口单元通信连接，所述第二工业通信接口单元和所述第二扩展通信单元并行连接到所述第二sw_net。

5、于本发明的一实施例中，所述第一工业通信接口单元和所述第二工业通信接口单元分别通信连接相应的从站设备；若干个所述第一输入输出单元和若干个所述第二输入输出单元分别通信连接到所述第一扩展通信单元和所述第二扩展通信单元。

6、于本发明的一实施例中，所述第一输入输出模块和所述第二输入输出模块分别采用现场可编程门阵列(fpga)芯片，所述fpga芯片配置使得所述第一输入输出模块和所述第二输入输出模块分别并行地与对应的所述第一扩展通信单元和所述第二扩展通信单元通信，实现输入输出数据实时更新。

7、于本发明的一实施例中，所述主控站包括至少三个不同类型的所述cpu。

8、于本发明的一实施例中，还包括双网冗余配置架构和环网冗余配置架构；所述主控站的所述第一扩展通信单元和所述远程站的所述第二扩展通信单元上分别设有至少一个所述fpga芯片。

9、于本发明的一实施例中，所述双网冗余配置架构中，所述主控站还包括冗余cpu，所述冗余cpu和其他所述cpu通过第一千兆通信网络(rnet)分别与第三扩展通信单元和所述第一工业通信接口单元通信连接，所述远程站还包括第四扩展通信单元，所述第四扩展通信单元和所述第二工业通信接口单元通过第二rnet连接到所述主控站的所述第一rnet。

10、于本发明的一实施例中，所述第三扩展通信单元通过第三rnet与所述第一输入输出模块通信连接，所述第四扩展通信单元通过第四rnet与所述第二输入输出模块通信连接。

11、于本发明的一实施例中，所述第一rnet和所述第三rnet为同一个rnet或者不同的rnet，所述第二rnet和所述第四rnet为同一个rnet或不同的rnet。

12、于本发明的一实施例中，所述环网冗余配置架构中，包括若干个通过光纤或通信网络串连连接的所述远程站，所述主控站与若干个所述远程站通过光纤或通信网络串连连接组成环网架构；所述fpga芯片监测所述主控站和所述远程站上的报文数据、并通过内部逻辑运算截留所述输入输出模块环路报文数据。

13、于本发明的一实施例中，所述主控站的各个所述cpu通过系统网络(sys_net)分别与外部数据采集和监控系统(scada)、人机交互界面(hmi)及运行有风机控制系统的工程师站通信连接，所述主控站和所述远程站之间通过光纤或通信网络连接。

14、如上所述，本发明的基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构，具有以下

15、有益效果：

16、本发明的风机控制器网络采用了工业以太网交换网交换网络和点对点通信融合的网络架构。其中，主处理单元与通信单元之间采用高速交换以太网络实现，方便与不同类型的工业通信接口单元通信，且具备良好的扩展性。架构中设置了扩展通信单元，一方面可用于扩展远程io站，另一方面基于lvds实现主处理单元与io模块之间的通信。同时，使用fpga芯片配置网络架构，当风机控制器设置为环网冗余配置时，可有效地过滤环回报文，以避免网络风暴。并且利用fpga芯片，可实现io模块并行地与扩展通信单元通信，实现io数据的实时更新到主处理单元。

技术特征：

1.一种基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述第一工业通信接口单元和所述第二工业通信接口单元分别通信连接相应的从站设备；若干个所述第一输入输出单元和若干个所述第二输入输出单元分别通信连接到所述第一扩展通信单元和所述第二扩展通信单元。

3.根据权利要求1所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述第一输入输出模块和所述第二输入输出模块分别采用现场可编程门阵列(fpga)芯片，所述fpga芯片配置使得所述第一输入输出模块和所述第二输入输出模块分别并行地与对应的所述第一扩展通信单元和所述第二扩展通信单元通信，实现输入输出数据实时更新。

4.根据权利要求1所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述主控站包括至少三个不同类型的所述cpu。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的风机控制器网络架构，其特征在于：还包括双网冗余配置架构和环网冗余配置架构；所述主控站的所述第一扩展通信单元和所述远程站的所述第二扩展通信单元上分别设有至少一个所述fpga芯片。

6.根据权利要求5所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述双网冗余配置架构中，所述主控站还包括冗余cpu，所述冗余cpu和其他所述cpu通过第一千兆通信网络(rnet)分别与第三扩展通信单元和所述第一工业通信接口单元通信连接，所述远程站还包括第四扩展通信单元，所述第四扩展通信单元和所述第二工业通信接口单元通过第二rnet连接到所述主控站的所述第一rnet。

7.根据权利要求6所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述第三扩展通信单元通过第三rnet与所述第一输入输出模块通信连接，所述第四扩展通信单元通过第四rnet与所述第二输入输出模块通信连接。

8.根据权利要求7所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述第一rnet和所述第三rnet为同一个rnet或者不同的rnet，所述第二rnet和所述第四rnet为同一个rnet或不同的rnet。

9.根据权利要求5所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述环网冗余配置架构中，包括若干个通过光纤或通信网络串连连接的所述远程站，所述主控站与若干个所述远程站通过光纤或通信网络串连连接组成环网架构；所述fpga芯片监测所述主控站和所述远程站上的报文数据、并通过内部逻辑运算截留所述输入输出模块环路报文数据。

10.根据权利要求1所述的风机控制器网络架构，其特征在于：所述主控站的各个所述cpu通过系统网络(sys_net)分别与外部数据采集和监控系统(scada)、人机交互界面(hmi)及运行有风机控制系统的工程师站通信连接，所述主控站和所述远程站之间通过光纤或通信网络连接。

技术总结
本发明提供一种基于交换以太网和高速并行网络的风机控制器网络架构，包括主控站和至少一个远程站。主控站包括若干个主处理单元CPU、第一扩展通信单元以及第一工业通信接口单元，每个CPU通过第一通信单元网络SW_Net与第一扩展通信单元和第一工业通信接口单元通信连接，第一扩展通信单元和第一工业通信接口单元并行连接到第一SW_Net，第一扩展通信单元通过第一低压差分信号网络LVDS_Net与输入输出模块通信连接。远程站包括第二扩展通信单元和第二工业通信接口单元，第二扩展通信单元通过第二LVDS_Net与第二输入输出模块通信连接。本发明改善现阶段通信网络架构不能支持多CPU共用同一网络实现对IO和通信单元的数据交互的同时，提升通信单元与IO通信的带宽和通信可靠性。

技术研发人员：史雄伟,程康,王家兴,王贺,高阳,方垚,王祎辰,安文杰
受保护的技术使用者：中广核数字科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16