多CPU內(nèi)部通信測(cè)試技術(shù)研究及應(yīng)用

韓 悅，張 文，馬全霞，李娟娟，信亞磊

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

在電力系統(tǒng)變電站自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，多CPU協(xié)同控制技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，為了保證數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性，各CPU之間主要通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。同時(shí)以太網(wǎng)通訊技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配合交換機(jī)、路由器等能夠?qū)ν獠客ㄐ沤涌诘母鞣N正常和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證。繼電保護(hù)裝置調(diào)試口和應(yīng)用網(wǎng)口分離，硬件回路、協(xié)議棧在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)分離，提供給應(yīng)用的有站控層接口和過(guò)程層接口，滿足站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的冗余要求。其中裝置調(diào)試口既是管理CPU的調(diào)試口，也可以通過(guò)該調(diào)試口實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)CPU板卡的訪問(wèn)需求，板卡之間的網(wǎng)卡點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。在各種工程應(yīng)用中，由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、內(nèi)部通信數(shù)據(jù)通過(guò)總線直連，對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)驗(yàn)收不充分，實(shí)際運(yùn)行中就會(huì)出現(xiàn)各類小概率事件，無(wú)法有效的進(jìn)行問(wèn)題分析和排查，關(guān)鍵的保護(hù)裝置在內(nèi)部數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致死機(jī)、響應(yīng)能力變差等功能異常，給電網(wǎng)的運(yùn)行安全帶來(lái)隱患。

對(duì)于多CPU內(nèi)部通信測(cè)試，本文針對(duì)繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部CPU之間的數(shù)據(jù)通信，開發(fā)了一種真實(shí)高效的測(cè)試方法，設(shè)置專用內(nèi)部檢測(cè)模塊，加載在各CPU程序運(yùn)行模塊中，該檢測(cè)模塊能夠在不影響各CPU其他功能的情況下，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用的各種正常和異常數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行充分驗(yàn)證，不會(huì)對(duì)正常運(yùn)行的其他數(shù)據(jù)造成任何干擾，可以保證繼電保護(hù)裝置在各種運(yùn)行環(huán)境下數(shù)據(jù)交互的可靠性，提高設(shè)備抗干擾和異常處理性能。

1 檢測(cè)模塊的工作原理及功能

1.1 嵌入式平臺(tái)架構(gòu)

智能變電站保護(hù)裝置通常采用分層、模塊化的嵌入式平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則，主要分為硬件、軟件平臺(tái)和應(yīng)用三層。硬件層有處理器、通信接口等通用模塊組成，能根據(jù)不同需求進(jìn)行配置；軟件平臺(tái)模塊有硬件驅(qū)動(dòng)、嵌入式操作系統(tǒng)、功能塊庫(kù)等組成；其中功能塊庫(kù)為應(yīng)用程序提供人機(jī)接口、通信類等功能塊，為開發(fā)人員調(diào)用；應(yīng)用層是一個(gè)圖形化的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，提供設(shè)置、編譯和在線調(diào)試等所需功能。

1.2 檢測(cè)模塊的工作原理

結(jié)合實(shí)際的嵌入式平臺(tái)架構(gòu)并針對(duì)智能變電站繼電保護(hù)裝置內(nèi)部通信特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測(cè)模塊，嵌入到軟件平臺(tái)內(nèi)部，通過(guò)它可以在不同的互聯(lián)CPU板卡之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文交換。

檢測(cè)模塊抽象、隱藏了各種板卡以及鏈路鏈接端口的多樣性，應(yīng)用程序僅需知道通訊對(duì)端的CPU板卡ID，以及建立通訊的報(bào)文類型，就可以和目標(biāo)板卡對(duì)應(yīng)報(bào)文類型的應(yīng)用程序建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，不用關(guān)心板子間的鏈路層、物理層等底層實(shí)現(xiàn)以及聯(lián)網(wǎng)關(guān)系。

檢測(cè)模塊通訊服務(wù)承載于以太網(wǎng)鏈路層之上，和TCP/IP通訊共享以太網(wǎng)接口，通過(guò)使用不同的以太網(wǎng)報(bào)文類型來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流，和TCP/IP之間互不影響，沒(méi)有耦合。TCP/IP主要是用于板子和外部進(jìn)行通訊，如和各種后臺(tái)、各種調(diào)試工具之間的通訊等。檢測(cè)模塊是設(shè)計(jì)在程序內(nèi)部的私有通訊服務(wù)模塊，TCP/IP協(xié)議棧各種運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)裝置內(nèi)部基于檢測(cè)模塊之上的通訊不會(huì)產(chǎn)生任何影響，如圖1所示。

圖1 以太網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)流示意圖

在檢測(cè)模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)ID表，類似于交換機(jī)內(nèi)部的MAC表，用于記錄不同ID的板卡所在的通訊接口，該表是在系統(tǒng)初始化時(shí)創(chuàng)建的，工作機(jī)制和交換機(jī)的MAC表相同。

通訊報(bào)文類型為16位數(shù)，類似于TCP/IP中的端口，CPU之間的應(yīng)用程序如果需要進(jìn)行通訊，需指定相同的報(bào)文類型，即兩端的程序必須在相同的端口號(hào)上收發(fā)數(shù)據(jù)。發(fā)送報(bào)文可以指定優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)定義為0～3，其中優(yōu)先級(jí)0最低。優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文會(huì)被優(yōu)先發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)和處理；優(yōu)先級(jí)高會(huì)搶占優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文的處理流程，從而保證實(shí)時(shí)性高的報(bào)文的通訊需求。

檢測(cè)模塊設(shè)置TTL參數(shù)，根據(jù)需求缺省值設(shè)置為4，報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)一次，其生成周期會(huì)減1，變?yōu)?時(shí)如果還沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)板卡，報(bào)文會(huì)被丟棄，從而避免了風(fēng)暴是回環(huán)報(bào)文的形成。

檢測(cè)模塊內(nèi)部傳輸層報(bào)文頭記錄目標(biāo)板卡ID、源板卡ID、TTL、報(bào)文類型、報(bào)文優(yōu)先級(jí)等信息。鏈路層頭部記錄目的MAC地址、源MAC地址等信息。檢測(cè)模塊報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 檢測(cè)模塊報(bào)文結(jié)構(gòu)示意圖

多CPU板卡內(nèi)部通信均是通過(guò)背板直連，CPU間的內(nèi)部交互通過(guò)專用數(shù)據(jù)表進(jìn)行交互，通過(guò)調(diào)試工具對(duì)測(cè)試狀態(tài)進(jìn)行控制和設(shè)置。設(shè)置在CPU內(nèi)部的專用檢測(cè)模塊能夠根據(jù)不同應(yīng)用下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)識(shí)別內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，從而按照測(cè)試需要對(duì)各CPU的通信交互數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，不會(huì)對(duì)正常運(yùn)行的其他數(shù)據(jù)造成任何干擾。

CPU專用檢測(cè)模塊由調(diào)試工具進(jìn)行使能，能夠重新初始化各種內(nèi)部數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)連接方式等，每個(gè)CPU檢測(cè)模塊對(duì)收發(fā)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝，然后根據(jù)調(diào)試工具預(yù)設(shè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，最后傳遞給調(diào)用接口進(jìn)行發(fā)送。如圖3為一個(gè)管理CPU、兩個(gè)應(yīng)用CPU的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

圖3 各CPU內(nèi)部通信圖

各CPU通過(guò)管理CPU進(jìn)行統(tǒng)一控制，通過(guò)對(duì)外通信接口與PC端專用調(diào)試工具進(jìn)行連接，測(cè)試時(shí)通過(guò)專用調(diào)試工具對(duì)各CPU內(nèi)部通信數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和驗(yàn)證。專用調(diào)試工具通過(guò)加載檢測(cè)模塊對(duì)應(yīng)程序獲取內(nèi)部CPU號(hào)識(shí)別板卡信息，根據(jù)起始函數(shù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)表識(shí)別具體數(shù)據(jù)字段。每個(gè)CPU具備唯一的ID，每個(gè)管理CPU最多可以管理8個(gè)應(yīng)用CPU板。每個(gè)應(yīng)用CPU板可以處理32種報(bào)文類型，發(fā)送報(bào)文時(shí)可以指定其優(yōu)先級(jí)，兩個(gè)板卡之間通過(guò)訂閱的報(bào)文類型和通信端口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

1.3 檢測(cè)模塊接口設(shè)計(jì)

檢測(cè)模塊由軟件平臺(tái)負(fù)責(zé)初始化，相關(guān)接口不開放給應(yīng)用層，應(yīng)用層看到的是一個(gè)已經(jīng)可用的通訊系統(tǒng)。該模塊提供了兩組應(yīng)用層可用的API(Application Programming Interface)接口，分為基于回調(diào)模式的接口和基于句柄模式的接口，兩者接收?qǐng)?bào)文的機(jī)制不同。

基于回調(diào)模式的API。當(dāng)本地收到報(bào)文后，對(duì)于已注冊(cè)處理函數(shù)的報(bào)文類型，其處理函數(shù)會(huì)被直接調(diào)用，這樣做的優(yōu)點(diǎn)就是能以最快的速度完成報(bào)文的接收處理，適合對(duì)實(shí)時(shí)性有很高要求報(bào)文處理。

基于句柄模式的API。該模式的API基于回調(diào)模式的API工作，每創(chuàng)建一個(gè)句柄會(huì)添加一個(gè)對(duì)應(yīng)類型報(bào)文處理函數(shù)回調(diào)接口，收到報(bào)文時(shí)回調(diào)接口把報(bào)文取出放到句柄對(duì)應(yīng)的報(bào)文緩沖區(qū)中，然后應(yīng)用程序可以從緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)取走。

兩種通訊模式的選擇?；诨卣{(diào)模式處理的報(bào)文主要用于實(shí)時(shí)性能要求比較高的場(chǎng)合?；卣{(diào)函數(shù)要求要有盡量少的處理時(shí)間，否則會(huì)影響相同優(yōu)先級(jí)后續(xù)報(bào)文的處理。由于目前采用的CPU一般已經(jīng)比較強(qiáng)勁，這個(gè)過(guò)程幾乎可以忽略不計(jì)，報(bào)文處理的實(shí)時(shí)性主要取決于調(diào)用這些接口的任務(wù)優(yōu)先級(jí)以及報(bào)文創(chuàng)建時(shí)的指定的報(bào)文優(yōu)先級(jí)，基于句柄的報(bào)文傳輸基本上能夠滿足大部分環(huán)境實(shí)時(shí)報(bào)文交互的需求。這種工作模式由于每個(gè)創(chuàng)建的句柄都有獨(dú)立的緩沖區(qū)，所以相同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文不會(huì)相互影響。

1.4 檢測(cè)模塊的功能

檢測(cè)模塊對(duì)CPU間的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，模擬各種應(yīng)用工況下各CPU對(duì)數(shù)據(jù)處理的正確性。正常情況下測(cè)試各CPU間的心跳報(bào)文、突發(fā)機(jī)制、狀態(tài)數(shù)據(jù)和非狀態(tài)數(shù)據(jù)等，異常情況下測(cè)試數(shù)據(jù)風(fēng)暴、寫字段被誤改、連接狀態(tài)不穩(wěn)定等。在正常測(cè)試時(shí)，各CPU應(yīng)能正確處理交互信息并進(jìn)行存儲(chǔ)應(yīng)用，在異常測(cè)試時(shí)，各CPU應(yīng)能對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行正確識(shí)別，不影響正常通信數(shù)據(jù)，同時(shí)不出現(xiàn)誤發(fā)信號(hào)或誤存儲(chǔ)的情況。

2 多CPU通信機(jī)制及數(shù)據(jù)交互流程

2.1 通信數(shù)據(jù)類型及通信方式

為了保證數(shù)據(jù)處理的快速和高效，多CPU通信數(shù)據(jù)僅設(shè)置了兩種類型，一種為狀態(tài)量，一種為非狀態(tài)量，兩者的通信上送方式不同，狀態(tài)量數(shù)據(jù)需要在變化時(shí)突發(fā)，非狀態(tài)量數(shù)據(jù)為定時(shí)發(fā)送。狀態(tài)量數(shù)據(jù)變位時(shí)連發(fā)3次，間隔2 ms，正常時(shí)的心跳報(bào)文間隔為5 s，非狀態(tài)量數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行控制。

雙CPU交互狀態(tài)量通過(guò)數(shù)據(jù)表進(jìn)行交互。在無(wú)變化時(shí)，檢測(cè)模塊定時(shí)(5 s)發(fā)送數(shù)據(jù)把要發(fā)送的狀態(tài)量狀態(tài)刷新到數(shù)據(jù)表，發(fā)送接口檢測(cè)到數(shù)據(jù)表變化時(shí)突發(fā)3次數(shù)據(jù)；檢測(cè)模塊接收到另一塊CPU發(fā)送的數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)刷新到數(shù)據(jù)表，后續(xù)保護(hù)裝置的應(yīng)用在數(shù)據(jù)表獲取數(shù)據(jù)。

雙CPU交互非狀態(tài)量數(shù)據(jù)功能由檢測(cè)模塊通過(guò)兩個(gè)元件完成，一個(gè)元件為數(shù)據(jù)發(fā)送元件，一個(gè)元件為數(shù)據(jù)接收元件。數(shù)據(jù)發(fā)送元件定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)給另一塊CPU，時(shí)間間隔通過(guò)元件的屬性進(jìn)行設(shè)置，屬性為空，則認(rèn)為間隔為0；數(shù)據(jù)接收元件連續(xù)獲取另一塊CPU的數(shù)據(jù)，刷新到數(shù)據(jù)表。

通信異常判斷是通過(guò)元件接收數(shù)據(jù)量進(jìn)行判別，CPU在接收元件連續(xù)10 s未收到對(duì)端CPU的數(shù)據(jù)且無(wú)心跳報(bào)文時(shí)，置通信異常標(biāo)志，收到報(bào)文后立即返回。

2.2 多CPU內(nèi)部通信的數(shù)據(jù)處理特征

多CPU內(nèi)部通信的數(shù)據(jù)處理，存在兩個(gè)特征，一是在交互數(shù)據(jù)方面，內(nèi)部通信數(shù)據(jù)僅在各板卡間進(jìn)行交互，外部不可見；二是在空間和安全方面，各CPU通過(guò)背板直連，僅對(duì)通信數(shù)據(jù)內(nèi)存進(jìn)行安全高效處理，不會(huì)對(duì)CPU的其他功能和性能造成影響。

根據(jù)這兩個(gè)特征，專用檢測(cè)模塊通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)識(shí)別通信數(shù)據(jù)所屬內(nèi)存，對(duì)內(nèi)存中所有通信數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和修改，從而按照測(cè)試需要對(duì)各CPU的通信交互數(shù)據(jù)的每個(gè)字段進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，理論上存在裝置收到干擾后，數(shù)據(jù)被干擾導(dǎo)致誤改或數(shù)據(jù)丟失的情況，所以需要對(duì)內(nèi)部通信數(shù)據(jù)的每個(gè)字段進(jìn)行正常和異常測(cè)試，保證在內(nèi)部通信出現(xiàn)異常時(shí)，不影響保護(hù)裝置的其他功能。

2.3 內(nèi)部數(shù)據(jù)的收發(fā)流程

內(nèi)部數(shù)據(jù)的收發(fā)測(cè)試是在發(fā)送CPU加載檢測(cè)模塊后，通過(guò)內(nèi)部通信數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行內(nèi)存的自動(dòng)解析和識(shí)別，確定每個(gè)數(shù)據(jù)字段定位對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址。

查看當(dāng)前內(nèi)存中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)記錄修改前后的3組數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，能夠完成記錄單次內(nèi)存修改的數(shù)據(jù)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)類型是否為狀態(tài)量，狀態(tài)量需要突發(fā)時(shí)按照2 ms間隔連續(xù)發(fā)送3幀測(cè)試數(shù)據(jù)，若為非開關(guān)量則按照設(shè)定的周期要求進(jìn)行發(fā)送。接收CPU收到內(nèi)部數(shù)據(jù)后，根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)定要求進(jìn)行判別是否為需要的應(yīng)用數(shù)據(jù)。當(dāng)判定接收數(shù)據(jù)為需要的接收數(shù)據(jù)時(shí)，開始按照內(nèi)部協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，同時(shí)將收到的數(shù)據(jù)刷新到應(yīng)用數(shù)據(jù)表，接收CPU總接收數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行累加。如果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)判別，數(shù)據(jù)類型或格式與需要的數(shù)據(jù)不一致，則丟棄該通信數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)累加，同時(shí)總接收幀數(shù)累加。如果接收到的數(shù)據(jù)為周期發(fā)送數(shù)據(jù)初步判別后屬于需要數(shù)據(jù)時(shí)，總接收幀數(shù)累加，同時(shí)更新接收數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。內(nèi)部數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖如圖4所示。

圖4 內(nèi)部數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖

3 多CPU通信驗(yàn)證結(jié)果及分析

以智能變電站線路保護(hù)裝置為例，使用專用調(diào)試工具對(duì)雙CPU內(nèi)部通信狀況、通信數(shù)據(jù)、通信中斷閉鎖及雙CPU之間的通信機(jī)制進(jìn)行測(cè)試。檢查CPU之間的通信狀況是否正常、通信數(shù)據(jù)是否正確、CPU異常導(dǎo)致發(fā)送中斷后，是否會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)及CPU之間的通信機(jī)制是否符合設(shè)計(jì)。

3.1 通信狀態(tài)測(cè)試

檢查雙CPU之間的通信機(jī)制是否符合設(shè)計(jì)及通信狀況是否正常。通過(guò)調(diào)試變量檢查發(fā)送端發(fā)送計(jì)數(shù)與接收端接收計(jì)數(shù)是否一致，采用增量判斷，統(tǒng)計(jì)10分鐘內(nèi)發(fā)送計(jì)數(shù)的增量與接收計(jì)數(shù)的增量差不超過(guò)1%。

首先使用專用調(diào)試工具同時(shí)連接CPU1和CPU2的平臺(tái)程序，輸入變量CExchange，該變量下面的RxdMsgCount為接收?qǐng)?bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，TxdMsgCount為發(fā)送報(bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 CPU變量收發(fā)數(shù)據(jù)

分別記錄CPU1和CPU2當(dāng)前的接收?qǐng)?bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和發(fā)送報(bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；

10分鐘后再次統(tǒng)計(jì)CPU1和CPU2的接收?qǐng)?bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和發(fā)送報(bào)文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

計(jì)算10分鐘內(nèi)測(cè)試通信數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計(jì)，查看10分鐘后CPU1的接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)增加是否與CPU2在10分鐘內(nèi)發(fā)送報(bào)文增加數(shù)據(jù)相等，CPU1在10分鐘的發(fā)送報(bào)文是否與CPU2在10分鐘內(nèi)接收?qǐng)?bào)文的增加數(shù)據(jù)相等。

將驗(yàn)證數(shù)據(jù)計(jì)入表1中，并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，10分鐘后CPU1的接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)增加(7 575-6 975=600)，發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)增加(7 557-6 958=599)。CPU2的接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)增加(11 549-10 950=599)，發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)增加(11 783-11 183=600)。從計(jì)算結(jié)果可以得出結(jié)論：CPU1在10分鐘內(nèi)的接收?qǐng)?bào)文數(shù)量等于CPU2在10分鐘內(nèi)的發(fā)送報(bào)文數(shù)量；CPU1在10分鐘內(nèi)的發(fā)送報(bào)文數(shù)量等于CPU2在10分鐘內(nèi)接收?qǐng)?bào)文數(shù)量，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可以看出雙CPU之間的通信機(jī)制符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)送端發(fā)送計(jì)數(shù)與接收端接收計(jì)數(shù)增量差相同及通信狀況正常，滿足10分鐘內(nèi)發(fā)送計(jì)數(shù)的增量與接收計(jì)數(shù)的增量差不超過(guò)1%的要求。若10分鐘內(nèi)CPU1接收?qǐng)?bào)文數(shù)據(jù)與發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)與CPU2數(shù)據(jù)增量不同，則說(shuō)明CPU1和CPU2通信狀態(tài)異常。

表1 10分鐘內(nèi)CPU1和CPU2接收/發(fā)送數(shù)據(jù)

3.2 通信中斷閉鎖測(cè)試

檢查當(dāng)單個(gè)CPU異常導(dǎo)致發(fā)送中斷后，是否會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，驗(yàn)證該項(xiàng)目時(shí)可通過(guò)插拔CPU插件模擬單個(gè)CPU異常，驗(yàn)證通信中斷閉鎖正確性。

測(cè)試步驟如下：投入差動(dòng)保護(hù)硬壓板，差動(dòng)保護(hù)軟壓板，差動(dòng)保護(hù)控制字，變化量啟動(dòng)電流定值0.1 A，差動(dòng)動(dòng)作電流定值0.2 A，通道自環(huán)。兩個(gè)CPU均正常運(yùn)行，施加A相電流0.11 A，通過(guò)查看裝置差動(dòng)保護(hù)是否動(dòng)作，檢查裝置是否可正常跳閘出口，驗(yàn)證通信中斷閉鎖功能正確性。

測(cè)試時(shí)，在保護(hù)CPU1與啟動(dòng)CPU2通信中斷前后，分別模擬啟動(dòng)CPU2異常(如拔掉該插件)，查看裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況及裝置是否跳閘出口；模擬保護(hù)CPU1異常，查看裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況及裝置跳閘出口是否異常。

拔掉CPU2插件，在CPU1報(bào)出CPU2通信中斷前，施加A相電流0.11 A，測(cè)試正確結(jié)果應(yīng)為CPU1報(bào)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，CPU2應(yīng)不啟動(dòng)跳閘，裝置不應(yīng)跳閘出口。

拔掉CPU2，在CPU1報(bào)出CPU2通信通斷后，施加A相電流0.11 A，測(cè)試結(jié)果應(yīng)為CPU1應(yīng)報(bào)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，測(cè)試正確結(jié)果應(yīng)為CPU2不啟動(dòng)跳閘，裝置不應(yīng)跳閘出口。

拔掉CPU1，施加A相電流0.11 A，測(cè)試正確結(jié)果應(yīng)為差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，跳閘不出口。

若模擬以上測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果與上述結(jié)果不一致，則說(shuō)明該裝置通信中斷閉鎖功能有問(wèn)題。正確測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 通信中斷閉鎖測(cè)試

3.3 通信數(shù)據(jù)測(cè)試

檢查CPU之間的通信數(shù)據(jù)是否正確，通過(guò)修改一個(gè)CPU的數(shù)據(jù)，檢查另外一個(gè)CPU對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)是否有效。下面以CPU1傳給CPU2數(shù)據(jù)和CPU2傳CPU1狀態(tài)為例驗(yàn)證CPU之間數(shù)據(jù)通信正確性。

3.3.1 CPU1傳給CPU2數(shù)據(jù)內(nèi)容測(cè)試

CPU1傳給CPU2數(shù)據(jù)主要用于CPU的啟動(dòng)邏輯判斷，具體數(shù)據(jù)的內(nèi)容如表3所示，CPU1傳給CPU2數(shù)據(jù)測(cè)試步驟為：

1)修改CPU1的CT一次額定值為2 500 A，CT二次額定值為1 A，PT一次額定值220 kV，施加三相正常電壓，1 A電流，查看CPU2的采樣值，同時(shí)查看CPU2的錄波文件中的采樣數(shù)據(jù)是否正確。

2)修改突變量啟動(dòng)定值，施加電流突變量大于突變量啟動(dòng)定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。施加電流突變量小于突變量啟動(dòng)定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。

3)修改零序啟動(dòng)定值，施加零序電流大于零序啟動(dòng)定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。施加零序電流小于零序啟動(dòng)定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。

4)修改振蕩閉鎖過(guò)流定值，施加三相正序電流大于振蕩閉鎖過(guò)流定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。施加三相正序電流小于振蕩閉鎖過(guò)流定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。

5)修改過(guò)電壓定值，施加相電壓大于過(guò)電壓定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。施加相電壓小于過(guò)電壓定值，同時(shí)施加故障，查看保護(hù)跳閘是否出口。

6)修改過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，施加相電壓大于過(guò)電壓定值，時(shí)間大于過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，查看裝置是否啟動(dòng)；施加相電壓大于過(guò)電壓定值，時(shí)間小于過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，查看裝置是否啟動(dòng)。

7)投入過(guò)壓遠(yuǎn)跳保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)有效，施加遠(yuǎn)傳1開入，查看裝置是否收信啟動(dòng)，遠(yuǎn)傳是否出口。

8)投入過(guò)負(fù)荷、過(guò)負(fù)荷跳閘，施加相電流大于過(guò)負(fù)荷定值，查看裝置是否過(guò)負(fù)荷跳閘；施加相電流小于過(guò)負(fù)荷定值，查看裝置是否過(guò)負(fù)荷跳閘。

9)投入重合閘，三相或單相啟重合，單相跳位啟重合閘，三相跳位啟重合閘，采用跳位啟重合閘，查看裝置重合閘是否出口。

10)施加一相電流小于0.04 A，時(shí)間13 s，裝置報(bào)出CT斷線，查看裝置零序電流是否啟動(dòng)。

由于以上測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)較多，具體驗(yàn)證結(jié)果可通過(guò)專用調(diào)試工具查看。在此不再詳述。

表3 CPU1傳給CPU2數(shù)據(jù)內(nèi)容

3.3.2 CPU2傳給CPU1狀態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試

CPU2傳給CPU1的狀態(tài)數(shù)據(jù)主要用于觸發(fā)裝置自檢，如FLASH自檢出錯(cuò)、開出擊穿、開入擊穿、開出斷線、保護(hù)程序校驗(yàn)出錯(cuò)、通信中斷等，此類功能對(duì)于裝置異常重要，其中部分功能在裝置運(yùn)行中不易出現(xiàn)，驗(yàn)證該項(xiàng)目時(shí)可利用專用裝置調(diào)試分析工具加載相應(yīng)平臺(tái)程序，通過(guò)修改變量，模擬平臺(tái)自檢位發(fā)生改變來(lái)驗(yàn)證CPU2傳給CPU1狀態(tài)數(shù)據(jù)的正確性以及裝置自檢功能正確性。模擬裝置FLASH自檢出錯(cuò)、保護(hù)程序校驗(yàn)出錯(cuò)等自檢功能后，如圖6所示，查看裝置是否彈出裝置故障報(bào)告，后臺(tái)是否有裝置故障報(bào)文，自檢報(bào)文，運(yùn)行是否燈滅。當(dāng)裝置出現(xiàn)自檢出錯(cuò)時(shí)，說(shuō)明裝置裝置已經(jīng)有故障，裝置運(yùn)行燈應(yīng)熄滅，相關(guān)自檢出錯(cuò)報(bào)文在裝置界面彈出，并將自檢出錯(cuò)報(bào)文上送后臺(tái)。

圖6 CPU2傳給CPU1狀態(tài)數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

多CPU協(xié)同工作是常見的應(yīng)用模式，對(duì)多CPU內(nèi)部通信管理、數(shù)據(jù)異常處理需要進(jìn)行充分驗(yàn)證，才能保證多CPU裝置或系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文設(shè)計(jì)的在CPU內(nèi)部設(shè)置的專用檢測(cè)模塊，不依賴外部設(shè)備，不改變?cè)薪泳€布局，測(cè)試方法簡(jiǎn)單，可以模擬CPU間各類數(shù)據(jù)通信及對(duì)異常數(shù)據(jù)的處理，使用該專用檢測(cè)模塊能夠及早發(fā)現(xiàn)和解決智能變電站相關(guān)產(chǎn)品在可靠性和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下可能存在的問(wèn)題，改進(jìn)了測(cè)試方法，提高了測(cè)試效率，保證了智能變電站繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行可靠性，在許繼電氣股份有限公司智能變電站繼電保護(hù)產(chǎn)品的質(zhì)量保障過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。