蔣文

摘 要：本文介紹了IHCS電除塵器智能熱備冗余通訊系統(tǒng)的基本原理，闡述了采用基于ARM微處理器的嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)智能熱備冗余通訊系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，以及該系統(tǒng)在國(guó)能諫壁電廠的工程應(yīng)用，有效提升了電除塵通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。

關(guān)鍵詞： 電除塵器（ESP）;ARM微處理器;智能熱備冗余通訊系統(tǒng)（IHCS）

Abstract： This paper introduces the principle and progress of intelligent hot-standby redundant communication system of ESP， and the method of exploiting intelligent hot-standby redundant communication system based on embedded device of ARM microprocessor， and the engineering application of the system in Guoneng Jianbi Power Plant， which effectively improves the stability of electrostatic precipitator communication system.

Key words： ESP， ARM Microprocessor， Intelligent Hot-Standy redundant System communication system（IHCS）

引言

電除塵器作為燃煤電廠煙氣治理過(guò)程中最重要的粉塵環(huán)保裝置，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響粉塵排放濃度。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，電除塵器相關(guān)配套設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作調(diào)節(jié)以適應(yīng)運(yùn)行工況的變化。此外，環(huán)保部門對(duì)除塵設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，更是對(duì)電除塵器尤其是其通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高要求。

國(guó)能諫壁電廠目前有#11、#12、#13、#14共四臺(tái)在役機(jī)組。四臺(tái)機(jī)組原有的電除塵高低壓設(shè)備及通訊配件全部采用單機(jī)、單網(wǎng)的通訊架構(gòu)，很容易因單個(gè)設(shè)備或線路異常導(dǎo)致整套系統(tǒng)通訊故障，系統(tǒng)穩(wěn)定性弱、可靠性低，存在安全生產(chǎn)隱患。針對(duì)這種情況，我廠配合電除塵設(shè)備廠家設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套電除塵智能熱備冗余通訊系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)中任何一處或多處通訊鏈路或通訊設(shè)備故障的冗余容錯(cuò)能力，有效提升電除塵器運(yùn)行的穩(wěn)定性，為煙塵達(dá)標(biāo)排放及環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定上傳保駕護(hù)航。

1 ?系統(tǒng)概述

電除塵器智能熱備冗余通訊系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱IHCS系統(tǒng)（Intelligent hot-standby communication system）。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)高壓設(shè)備采用兩路獨(dú)立總線分別接入兩臺(tái)智能冗余服務(wù)器，兩臺(tái)服務(wù)器間通過(guò)“熱備BUS總線”互連，并利用熱備交互機(jī)制實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享、狀態(tài)在線跟蹤及自動(dòng)診斷運(yùn)算。

每臺(tái)智能冗余服務(wù)器均內(nèi)嵌了總線級(jí)冗余算法和網(wǎng)絡(luò)級(jí)冗余算法，總線級(jí)冗余算法用于實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備兩路總線數(shù)據(jù)的篩選上傳，網(wǎng)絡(luò)級(jí)冗余算法用于實(shí)現(xiàn)冗余服務(wù)器的主、從機(jī)切換。智能冗余服務(wù)器采用“主機(jī)令牌競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制”向后臺(tái)系統(tǒng)傳送底層設(shè)備數(shù)據(jù)，另一臺(tái)服務(wù)器時(shí)刻保持熱備監(jiān)護(hù)狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)某種異常，如主機(jī)失電、主機(jī)故障、網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)等情況，備用服務(wù)器會(huì)即刻接管主機(jī)令牌，主動(dòng)連接并恢復(fù)后臺(tái)系統(tǒng)通訊功能。IHCS系統(tǒng)框架如圖1所示。

從圖1可以看出，該系統(tǒng)主要分成四個(gè)部分：設(shè)備總線的冗余、智能冗余服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)鏈路的冗余和后臺(tái)系統(tǒng)。

（1）設(shè)備總線的冗余：將位于電除塵器頂部每臺(tái)高頻電源設(shè)備的第2路通訊串口（原調(diào)試口，用于就地檢修聯(lián)機(jī)）串聯(lián)形成設(shè)備總線B，通過(guò)RS485雙絞線或光纖轉(zhuǎn)換后接入智能冗余服務(wù)器B。與原有的設(shè)備總線A相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與就地設(shè)備側(cè)的總線級(jí)通訊鏈路冗余。

（2）智能冗余服務(wù)器：采用基于ARM微處理器的嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)服務(wù)器分別接入不同的設(shè)備總線并完成對(duì)底層設(shè)備的通訊采集，兩臺(tái)服務(wù)器之間采用熱備BUS總線互連，并通過(guò)自定義HotStb熱備機(jī)制完成服務(wù)器間的數(shù)據(jù)快速交換共享以及主從機(jī)的令牌競(jìng)爭(zhēng)，完成與后臺(tái)系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)交互。

（3）網(wǎng)絡(luò)鏈路的冗余：兩臺(tái)智能冗余服務(wù)器各自有LAN1、LAN2兩個(gè)網(wǎng)口，采用相互交錯(cuò)方式接入A、B兩路交換機(jī)，形成網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B，最終接入后臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與后臺(tái)系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)級(jí)通訊鏈路冗余。

（4）后臺(tái)系統(tǒng)：后臺(tái)系統(tǒng)包括DCS、SIS、MIS及各類組態(tài)監(jiān)控軟件等?？筛鶕?jù)不同工程項(xiàng)目實(shí)際需要將智能冗余服務(wù)器中的通訊數(shù)據(jù)采集接入不同的后臺(tái)系統(tǒng)。

2 ?智能冗余服務(wù)器的設(shè)計(jì)

2. 1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能冗余服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)由以下部分組成：ARM系列微處理器、存儲(chǔ)器單元、串行通訊單元、以太網(wǎng)通訊單元、Console接口、USB、時(shí)鐘單元及看門狗等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2. 2 操作系統(tǒng)的選擇

智能冗余服務(wù)器采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)可靈活裁剪及移植，兼容性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，因此一直引領(lǐng)著嵌入式的發(fā)展[1-2]。

2.3 熱備總線及協(xié)議

智能冗余服務(wù)器設(shè)有專用的熱備通訊端口。兩臺(tái)服務(wù)器的熱備端口利用專用的BUS總線連接，并采用自定義的HotStb協(xié)議完成所有數(shù)據(jù)交換共享及熱備狀態(tài)判定等。如圖3所示為智能冗余服務(wù)器A獲得主機(jī)令牌時(shí)的熱備冗余機(jī)制數(shù)據(jù)交互流程示意圖。

2.4 程序開(kāi)發(fā)

智能冗余服務(wù)器采用模塊化編程方法，按照不同的事務(wù)功能進(jìn)行劃分，每個(gè)事務(wù)功能對(duì)應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)線程，以確保事務(wù)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。我們共建立了串口通訊處理、以太網(wǎng)通訊處理、熱備冗余處理、網(wǎng)絡(luò)偵測(cè)處理、LED指示燈處理及WatchDog看門狗處理共6個(gè)線程，并統(tǒng)一由事務(wù)調(diào)度模塊協(xié)調(diào)控制。