JP4340918B2 - Digital protection controller - Google Patents
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Description
本発明は、ディジタル保護制御装置に係り、特に、ディジタル保護制御装置を構成する構成要素の拡張性の向上及び監視機構を簡易化するのに好適なディジタル保護制御装置に関する。 The present invention relates to a digital protection control device, and more particularly to a digital protection control device suitable for improving the expandability of components constituting the digital protection control device and simplifying a monitoring mechanism.
従来のディジタル保護制御装置は、例えば、非特許文献1に記載されているように、構成要素として、アナログ入力部と、ヒューマンインタフェース部を備えたディジタル演算処理部と、入出力部と、
事故検出部と、PCM通信などの通信インタフェースを備えて構成されている。また、同様のディジタル保護制御装置が、特許文献1に記載されている。
For example, as described in Non-Patent
An accident detection unit and a communication interface such as PCM communication are provided. A similar digital protection control device is described in
これらのディジタル保護制御装置においては、ディジタル演算処理部が接続されたパラレルのシステムバスに対して、アナログ入力部とPCM通信インタフェース部が並列に接続され、また、入出力部はI/Oバスに並列接続されている。これらのパラレルバスは、ディジタル演算処理部がバスマスタとなってバスコントロールを行い、各構成要素間のデータの転送を行なっている。 In these digital protection control devices, an analog input unit and a PCM communication interface unit are connected in parallel to a parallel system bus to which a digital arithmetic processing unit is connected, and an input / output unit is connected to an I / O bus. Connected in parallel. In these parallel buses, the digital arithmetic processing unit serves as a bus master to perform bus control and transfer data between the components.
しかしながら、従来のディジタル保護制御装置では、各構成要素間のデータ転送にパラレルバスを用いているため、信号線の数が多くなるという問題がある。また、インタフェース回路も多くなり、信号終端のための抵抗等による発熱が大きいなどの課題がある。さらに、各構成要素に故障発生した場合、バスマスタである演算処理部がデータを読み出して確認し、最終的に出力部に異常を出力するようにしている。そのため、各構成要素が自発的に自己の異常を出力できないなどの制約がある。また、ディジタル保護制御装置の機能を拡張するために、拡張に係る構成要素の各プリント基板をパラレルバスに接続する必要があり、ユニットサイズ以上の拡張は困難であることから、別ユニットとして構成する必要があり、システム拡張の柔軟性に制約があった。 However, the conventional digital protection control apparatus has a problem that the number of signal lines increases because a parallel bus is used for data transfer between the components. Further, the number of interface circuits increases, and there is a problem that heat generation due to resistance for signal termination is large. Furthermore, when a failure occurs in each component, the arithmetic processing unit that is a bus master reads and checks the data, and finally outputs an abnormality to the output unit. Therefore, there is a restriction that each component cannot output its own abnormality spontaneously. Also, in order to expand the functions of the digital protection control device, it is necessary to connect each printed circuit board of the components related to the expansion to the parallel bus, and it is difficult to expand beyond the unit size, so it is configured as a separate unit. It was necessary and the flexibility of system expansion was limited.
そこで、パラレルバスをシリアルバスにすることが考えられるが、シリアルバスの場合は異常又は健全性を示す信号線を特別に設けなければならず、省配線化が達成できない。さらに、シリアルバス自体が異常の場合は、演算処理部で異常を検出しても、外部に対して故障情報を発報できないから、ディジタル保護制御装置側で致命的な異常が発生したにもかかわらず、外部に対してはあたかも正常のように振るまい、系統事故に対して誤って不動作となるという問題がある。 Therefore, it is conceivable to use a parallel bus as a serial bus. However, in the case of a serial bus, a signal line indicating abnormality or soundness must be provided specially, and wiring saving cannot be achieved. In addition, if the serial bus itself is abnormal, failure information cannot be issued to the outside even if an abnormality is detected by the arithmetic processing unit. Therefore, even if a fatal abnormality occurs on the digital protection control device side. However, there is a problem that it does not behave as normal to the outside, and malfunctions due to a grid fault.
これに対し、バスマスタに専用のマイクロプロセッサ監視手段、例えばウオッチドッグタイマやフリーランタイマなどの監視手段を設け、その監視結果を専用信号線にてI/Oユニット側へ送出するように構成できるが、省配線化に対応することができない問題がある。また、シリアルバス自体の健全性については考慮されていないという問題がある。 On the other hand, a dedicated microprocessor monitoring means such as a watchdog timer or a free-run timer can be provided in the bus master, and the monitoring result can be sent to the I / O unit side via a dedicated signal line. There is a problem that cannot cope with wiring saving. Another problem is that the soundness of the serial bus itself is not taken into consideration.
本発明は、ディジタル保護制御装置の拡張性の向上及び専用信号線を設けることなくシリアルバスを用いて各演算ユニットの異常を通報可能にして監視機構を簡易化するとともに、信頼性の向上を課題とする。 It is an object of the present invention to improve the expandability of the digital protection control device and to make it possible to report abnormality of each arithmetic unit using a serial bus without providing a dedicated signal line , simplify the monitoring mechanism, and improve the reliability. And
上記の課題を解決するため、本発明は、電力系統の電気量を取り込んでディジタル演算により保護制御演算を実行するCPU演算部及び他のユニットとの間のデータ転送を制御する通信制御部を備えた複数の演算ユニットと、系統保護機器を含む外部機器との間でディジタル情報を入出力するI/O部及び他のユニットとの間のデータ転送を制御する通信制御部とを備えたディジタルI/Oユニットと、前記各ユニットに設けられた通信制御部に接続されたシステムバスとを備えたディジタル保護制御装置を対象とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a CPU calculation unit that takes in an electric quantity of a power system and executes a protection control calculation by digital calculation, and a communication control unit that controls data transfer between other units. A digital I / O unit for inputting / outputting digital information to / from an external device including a system protection device and a communication control unit for controlling data transfer with other units A digital protection control device including a / O unit and a system bus connected to a communication control unit provided in each unit is an object.
特に、前記システムバスは、シリアルバスにより形成され、前記各演算ユニットの前記通信制御部は、前記CPU演算部がアクセス可能な前記各ユニットに対応させた記憶領域を有するグローバルメモリを備え、前記各ユニットに設けられた通信制御部は、前記グローバルメモリを介して他のユニットとの間のデータ転送を設定周期ごとに実行し、前記各演算ユニットの前記CPU演算部は、前記ディジタルI/Oユニットに転送する転送データに自己の異常の有無を示す信号を付して前記グローバルメモリに格納し、前記ディジタルI/Oユニットは、前記異常の有無を示す信号を設定時間受信しないときに外部に警報を出力する異常検出手段を有することを特徴とする。 In particular, the system bus is formed by a serial bus, and the communication control unit of each arithmetic unit includes a global memory having a storage area corresponding to each unit accessible by the CPU arithmetic unit, the communication control unit provided in the unit, via said global memory run for each setting cycle data transfer between the other units, the CPU arithmetic unit of the respective arithmetic unit, the digital I / O The transfer data to be transferred to the unit is appended with a signal indicating the presence / absence of its own abnormality and stored in the global memory, and the digital I / O unit externally receives a signal indicating the presence / absence of the abnormality for a set time. An abnormality detecting means for outputting an alarm is provided.
すなわち、システムバスとしてシリアルバスを採用するとともに、グローバルメモリを介して他のユニットとの間のデータ転送を予め定められた順番で実行するようにすることにより、省配線化及び機能の拡張性を満たすことができる。特に、ディジタル保護制御装置を構成する要素のユニットの組み合わせの自由度が増すという効果がある。例えば、システム外部とのデータの送受を行うヒューマンインターフェースユニット、あるいはPCM通信ユニットなどを容易に加えることができる。 In other words, a serial bus is adopted as a system bus, and data transfer with other units is executed in a predetermined order via a global memory, thereby reducing wiring and expanding functions. Can be satisfied. In particular, there is an effect that the degree of freedom of the combination of the unit units constituting the digital protection control device is increased. For example, a human interface unit for transmitting / receiving data to / from the outside of the system or a PCM communication unit can be easily added.
また、グローバルメモリの全ての記憶領域の更新を、演算ユニットの保護制御演算周期によって規定される設定周期ごとに実行することにより、ディジタル保護制御の機能を損なわずにデータ保証を行って信頼性を向上させることができる。 In addition, by updating all storage areas of the global memory at each set cycle defined by the protection control computation cycle of the computation unit, data is guaranteed without impairing the digital protection control function and reliability is improved. Can be improved.
また、各演算ユニットからディジタルI/Oユニットに転送する転送データに自己の異常の有無を示す信号を付して出力するようにし、ディジタルI/Oユニットにより異常の有無を示す信号が設定時間受信されないときに異常を検出するようにしたから、専用の信号線を設けることなく、シリアルバスを用いて各演算ユニットの異常を通報することができる。これにより、省配線化及び監視機構を簡易化でき、かつ信頼性を確保することができる。 Also, the transfer data transferred from each arithmetic unit to the digital I / O unit is output with a signal indicating the presence or absence of its own abnormality, and the signal indicating the presence or absence of abnormality is received by the digital I / O unit for a set time. Since the abnormality is detected when not performed, the abnormality of each arithmetic unit can be reported using the serial bus without providing a dedicated signal line. Thereby, wiring saving and a monitoring mechanism can be simplified, and reliability can be ensured.
本発明の場合において、異常の有無を示す信号を0又は1を交互に繰返す交互信号とし、異常検出手段は交互信号が設定時間以上入力されないときに警報を出力する構成とすることができる。また、CPU演算部は、交互信号を優先度が最も低いタスク処理結果の転送データに付加することが好ましい。 In the case of the present invention, the signal indicating the presence or absence of an abnormality may be an alternating signal that repeats 0 or 1 alternately, and the abnormality detecting means may output an alarm when the alternating signal is not input for a set time or more. Further, it is preferable that the CPU calculation unit adds the alternate signal to the transfer data of the task processing result having the lowest priority.
また、本発明は、上記の異常検出手段に加えて、ディジタルI/Oユニットの通信制御部に、シリアルバスを介して受信されるシリアルデータの通信異常の頻度が設定頻度を超えたときに外部に警報を出力する第2の異常検出手段を設けることができる。これにより、専用の信号線を設けることなく、シリアルバスの通信機構の健全性をも含めたCPU演算機能の健全性を容易に確認できるため、省配線化及び高信頼度化が図れる。 Further, the present invention is external when pressurized forte to the above abnormality detecting means, the communication control unit of the digital I / O unit, the communication abnormality in the frequency of the serial data received via the serial bus exceeds the set frequency The second abnormality detecting means for outputting an alarm can be provided. As a result, the soundness of the CPU operation function including the soundness of the serial bus communication mechanism can be easily confirmed without providing a dedicated signal line, so that wiring saving and high reliability can be achieved.
本発明によれば、ディジタル保護制御装置のシステムバスとしてシリアルバスを用いても、機能の拡張性の向上、監視機構の簡易化、及び信頼性を向上することができる。 According to the present invention, even if a serial bus is used as the system bus of the digital protection control device, it is possible to improve the expandability of functions, simplify the monitoring mechanism, and improve the reliability.
以下、本発明のディジタル保護制御装置を、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a digital protection control device of the present invention will be described based on examples.
図1に、本発明のディジタル保護制御装置の一実施例のブロック構成図を示す。図示のように、本実施例のディジタル保護制御装置は、主リレー演算ユニット1と、事故検出演算ユニット2と、主リレー演算ユニット1用の複数のディジタル入出力ユニット3i(i=1、・・・、n)と、事故検出演算ユニット2用のディジタル入出力ユニット4と、ヒューマンインターフェースユニット5と、PCM通信ユニット6とを備え、それらの各ユニットはリアルタイムのシリアルバス7を介して相互にリアルタイムでデータ転送可能に構成されている。
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the digital protection control apparatus of the present invention. As shown in the figure, the digital protection control device of this embodiment includes a main relay
主リレー演算ユニット1は、電圧及び電流などの状態量を入力変換器8から取り込み、予め定めた演算処理に従って主検出演算を実行するようになっている。また、主リレー演算ユニット1は、ディジタル入出力ユニット3iから、外部の遮断器などの保護機器の接点情報、及びディジタル保護制御装置に関係する表示器などの外部機器の状態信号を入力するとともに、外部機器等に対して操作信号を出力するようになっている。
The main
事故検出演算ユニット2は、入力変換器8から電力系統の状態量を取り込み、予め定めた演算処理に従ってフェールセーフ用の事故検出演算を実行するようになっている。また、事故検出演算ユニット2は、ディジタル入出力ユニット4を介して、外部の遮断器などの保護機器の接点情報を取り込むとともに、保護機器に対し操作信号を出力するようになっている。
The accident
ヒューマンインターフェースユニット5は、通信ハブ(HUB)9と外部ネットワーク10を経由して、可搬形のヒューマンインターフェース11と接続して通信を行うと共に、操作パネル12から操作情報を取り込むようになっている。また、PCM通信ユニット6は、光モジュール13を介して、保護専用の通信ネットワークである図示していないPCM通信網に接続されている。
The
各ユニット1、2、5、6内には、それぞれグローバルメモリ(共有メモリ)14が設けられている。また、ディジタル入出力ユニット3、4内には、共有I/O部15と、それぞれアナログ又はディジタル回路で構成したウオッチドッグタイマ16が備えられている。
A global memory (shared memory) 14 is provided in each
ここで、図1に示すディジタル保護制御装置の基本動作について説明する。まず、主リレー演算ユニット1と事故検出演算ユニット2は、入力変換器8を介してアナログの状態量データを一定の電気角(例えば、7.5°)刻みで取り込み、アナログディジタル変換した後、フィルタ処理を施して、フィルタ処理された状態量データを用いて、一定の電気角(例えば、30°)刻みで保護演算処理及び保護シーケンス処理を定周期的に行う。
Here, the basic operation of the digital protection control apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the main relay
主リレー演算ユニット1による演算の結果、系統に事故が発生したことを検出した場合は、シリアルバス7を経由してディジタル入出力ユニット3iに対して、遮断指令及び外部機器への操作信号を出力する。事故検出演算ユニット2においても同様に、シリアルバス7を経由してディジタル入出力ユニット4に対して、遮断指令及び外部機器への操作信号を出力する。主リレー演算ユニット1と事故検出演算ユニット2から出力された遮断指令は、パワーリレー17により論理積(AND)を取って、最終的な遮断指令として遮断器に出力される。
As a result of computation by the main
このように、本実施例によれば、シリアルバス7経由でデータ及び信号を送受できるから、大幅な省配線化が図れる。また、ディジタル保護制御装置の機能を拡張するために、拡張に係る構成要素(ユニット)の各プリント基板は、容易にシリアルバス7に接続することができるから、拡張の自由度が大幅に向上する。
As described above, according to the present embodiment, data and signals can be transmitted and received via the
図2を用いて、本実施例の通信制御に係る構成について説明する。図2に示すように、各ユニット1、2、5、6のハードウエアの構成は、ほぼ同一に形成されている。すなわち、各ユニットは、CPU演算部21と、グローバルメモリ14と、通信機構22と、パルストランス23とを備えて構成されている。グローバルメモリ14は、各ユニットに対応させて領域が分けられている。つまり、主リレー演算ユニット1用のM−RY領域、事故検出演算ユニット2用のFD−RY領域、ヒューマンインターフェースユニット5用のHI領域、PCM通信ユニット6用のPCM通信領域、ディジタル入出力ユニット3用のM−I/O領域が設定されている。
A configuration related to communication control according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the hardware configurations of the
CPU演算部21は、自己に対応するグローバルメモリ14の領域とM−I/O領域については読み書きが可能になっており、他の領域については読出しのみが可能になっている。グローバルメモリ14の全領域は、通信機構22によって書込み及び読出しが可能になっている。つまり、グローバルメモリ14の各領域は、各ユニットからアクセス可能であるが、書込み操作については、自局宛に定めた領域しか書込みができないようにして、書き込みデータの保証をしている。また、グローバルメモリ14のM−I/O領域においても、各通信機構22が任意に読出し可能になっている。しかし、書込みについては、主リレー演算ユニット1のM−I/O領域には、主リレー演算ユニット1用のCPU演算部21のみが書込み可能に、事故検出演算ユニット2のM−I/O領域には、事故検出演算ユニット2用のCPU演算部21のみが書込み可能になっている。これは、主リレー演算ユニット1と事故検出演算ユニット2を別基板で構成し、これ対応させてディジタル入出力ユニット3iとディジタル入出力ユニット4の基板を分けておき、単一部品の故障で不要動作が発生しないようにするためである。
The
通信機構22は、パルストランス23を介してシリアルバス7に接続され、シリアルバス7から入力される送信データをグローバルメモリ14の指定された領域に格納するとともに、グローバルメモリ14の指定された領域のデータをシリアルバス7に出力するようになっている。各通信機構22は、各グローバルメモリ14に対し、予め定めた周期でアクセスして、データを順次更新するように動作する。パルストランス23は、各ユニット及びディジタル入出力ユニット3n、4の電気的な絶縁をとるために設けられている。これにより、通信機構22が故障しても、シリアルバス7の信号に影響を及ぼさないようにしている。また、通信機構22には、時間管理手段24が設けられている。
The
また、図2に示すように、ディジタル入出力ユニット3i、4には、時間管理手段24を有する通信機構22と、パルストランス23と、複数のウオッチドッグタイマ16i(i=1、・・・、N)と、OR回路26と、補助リレードライバ27、29と、補助リレー28、30と、絶縁入力部31を備えて構成されている。主リレー演算ユニット1又は事故検出演算ユニット2から外部機器に出力される操作指令等は、シリアルバス7からパルストランス23と通信機構24を介して取り込まれ、補助リレードライバ29と補助リレー30を介して対応する外部機器に出力される。また、外部からの状態信号は、絶縁入力部31を介して取り込まれる。
2, the digital input /
複数のウオッチドッグタイマ16iは、いわゆるフリーランタイマにより構成され、それぞれ各ユニット1、2、5、6等に対応して設けられている。ウオッチドッグタイマ16iは、各ユニット1、2、5、6等から通信機構22を介して入力される健全性を示す2値信号(以下、健全信号という。)を受けて再トリガ(リトリガ)されるようになっている。つまり、健全信号は、HからL、又はLからHへ交互に切り替わる交互信号であり、ウオッチドッグタイマ16iに印加される交互信号が、予め定めた時間以上変化しない場合に、異常信号(タイムアウト信号)を出力する。いずれかのウオッチドッグタイマ16iから異常信号が出力されると、OR回路26と補助リレードライバ27を介して補助リレー28から外部に警報が出力される。
The plurality of watchdog timers 16i are constituted by so-called free-run timers, and are provided corresponding to the
ここで、本実施例のシリアルバス7の構成、各ユニット1〜6間におけるデータ伝送の仕組みについて説明する。シリアルバス7は、伝送時間の最大遅延時間を保証した条件で動作させる。この最大遅延時間は、伝送速度とシリアルバス7に接続された構成要素(ユニット)の数で決定される最大の遅延時間のことを指す。一般には、通信手段としてイーサネット(登録商標)通信を用い、プロトコルとしてTCP/IPを用いるが、通信上のデータの衝突を許容しているが、最大遅延時間については保証されていない。本実施例においては、各ユニット1〜6に対して、シリアルバス7を占有する時間を順番に割当てて、シリアルバス7の伝送線路上でデータ衝突がないようにしてデータ送信すること特徴とする。
Here, the configuration of the
ところで、省配線化したシリアルバス7に、各ユニットの健全性もしくは異常を示す信号を伝送する専用信号線を設けることは得策ではない。そこで、本実施例では、省配線化を維持しつつ、シリアルバス7自体及び各ユニットの健全性を容易に確認できる仕組みを講じている。
By the way, it is not a good idea to provide a dedicated signal line for transmitting a signal indicating the soundness or abnormality of each unit in the reduced
まず、リアルタイムのシリアルバス7については、主リレー演算ユニット1と事故検出演算ユニット2のリアルタイム処理として必要な電気角(例えば、30°=1.38ms又は1.66ms)以内に、各ユニット間でデータ転送できれば、本実施例のディジタル保護制御装置としての性能を損なうことはない。
First, for the real-time
また、各ユニットが健全であることを、シリアルバス7を介してディジタル入出力ユニット3、4の共有I/O部15に伝えるようにする。具体的には、各ユニット間で伝送する伝送データのフォーマット中に、特定の情報ビットを予め設け、各ユニットの動作の度にそのビット情報をH又はLに交互に書き換えて伝送する。共有I/O部15では、通信データからそのビット情報を抽出し、抽出したビット情報の内容に合わせて、予め設けたウオッチドッグタイマ16iをリトリガする。このウオッチドッグタイマ16iは、トリガされなければカウントアップし、予め定めた設定時間を経過すると、異常信号を出力するように動作する。この異常信号により共有I/O部15に備えた補助リレーを駆動して、外部に警報を発するようになっている。
Further, the fact that each unit is healthy is transmitted to the shared I /
したがって、専用信号線を設けなくても、主リレー演算ユニット1や事故検出演算ユニット2などのユニットが異常となって健全信号が出力されないとき、共有I/O部15のウオッチドッグタイマ16が自ずとタイムアップするので、異常が発生したことを容易に認識できる。また、シリアルバス7に異常が発生した場合においても同様に、ウオッチドッグタイマ16がタイムアップするのでシステムとして異常であることを容易に認識できる。
Therefore, even if a dedicated signal line is not provided, when units such as the main relay
各通信機構22の通信制御は、図3に示すように、グローバルメモリ14と接続されたユニット1、2、5、6の各通信機構22に対して、例えばユニット1、2、5、6の順番で周期TLAN毎にシリアルバス7をアクセスできる権利が与えられる。シリアルバス7へのアクセス権が与えられた通信機構22は、シリアルバス7にアクセスしてグローバルメモリ14へのデータ書込みを行う。シリアルバス7へのアクセス権がない通信機構22はアクセス権が廻ってくるのを待機する。一つの通信機構22の動作が完了すると、シリアルバス7をアクセスできる権利を次の通信機構22に渡す。アクセス可能になった通信機構22は、シリアルバス7にアクセスしてグローバルメモリ14へのデータを書き込む。このような動作を順番に実施し、再度、通信機構22にアクセス権を廻すようにする。これら一連の動作を時間TCPU毎の一定時間で行うようにしてリアルタイム性を保証する。すなわち、データ転送の最大遅延時間を保証する。
As shown in FIG. 3, the communication control of each
図4に、シリアルバス7のリアルタイム通信制御の詳細動作のタイムチャートを示す。同図は、各ユニットのCPU演算部21と、グローバルメモリ14及び通信機構22と、シリアルバス7側間における動作手順を時系列的に示したものである。まず、各CPU演算部21は、定周期TCPU周期毎(例えば、電気角30°毎)に、情報部及びデータ部からなる自局データをグローバルメモリ14に書込む。この書込む信号の中に、健全性を示す健全信号を1ビット確保し、健全信号の内容を正常であれば、現在のH(又はL)の状態から逆の状態L(又はH)へ変化させて送出する。
FIG. 4 shows a time chart of the detailed operation of the real-time communication control of the
通信機構22では一定間隔にアクセスする権利であるトークンを、他の通信機構22との間で順番に回しながら送信動作を行う。通信機構22では、自局宛のトークンを検出し、グローバルメモリ14内の自局データをシリアルバス7側に送信し、応答信号を待ち、応答信号確認後、送信終了情報を送出する。
The
その後、トークンを次局に渡し、一連のサイクルを終了する。この一連のサイクルは当然ながら、TCPU周期より短くなければリアルタイム性が保証できないため、十分短い間隔とする。しかも、全ての局の転送動作時間についても、TCPU周期より短くする。 Thereafter, the token is passed to the next station, and the series of cycles is completed. As a matter of course, this series of cycles is set to a sufficiently short interval since real-time performance cannot be guaranteed unless it is shorter than the T CPU cycle. Moreover, the transfer operation time of all stations is also made shorter than the T CPU cycle.
このようにすることで、シリアルバス7にてリアルタイムに情報を送受することができる。当然ながら、シリアル信号であるため、冗長符号をつけることで、通信不良の検出や、データ訂正することも可能であり、高信頼化できることは言うまでもない。
In this way, information can be sent and received in real time via the
図5〜図7を参照して、本実施例の動作タイミングを説明する。図5において、CPU演算部は周期TOP毎に割込み信号が入力され、この割込み信号に対応した割込み処理、例えば、リアルタイム処理となるディジタルフィルタ演算処理、保護演算処理、シーケンス処理などを実行する。 The operation timing of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, CPU calculating section an interrupt signal is input every period T OP, interrupt process corresponding to the interrupt signal, for example, a digital filter operation as a real-time processing, protection processing is executed and the sequence processing.
次に、リアルタイムOSのタスク処理として登録した優先度付きのタスク処理を実行する。この実施例では、タスク1から順に優先度が高いものとして説明する。割込処理が終了すると、タスク処理2が起動され、その後、優先度が高いタスク1が起動され、処理がタスク1に移行する。タスク1の処理中に割込みが発生し、タスク処理よりも優先度が高い割込み処理を実行する。
Next, task processing with priority registered as task processing of the real-time OS is executed. In this embodiment, description will be made assuming that the priority is in order from
割込み処理が終了すると、タスク1が先ほどの続きの処理を実行する。タスク1処理終了後、処理中であったタスク2の処理を再開し処理する。その後、タスク3の処理を実行する。このタスク3の処理の中で、ウオッチドッグタイマ(WDT)16iをクリアするための健全信号を書く。例えば、始めに1(=H)を書込む。次のタスク3の処理が実行する際に、WDT16iをクリアするための0(=L)を書く。このようにして、WDT16iがタイムアップする時間内に、1と0を交互に書くように動作する。
When the interrupt process is completed,
ディジタル入出力ユニット3i、4では、通信周期毎にデータの受信を行うが、WDTクリアの健全信号を受信するとWDTクリア処理を実行する。WDT16iのフリーランタイマは図のように一定周期で増加する動作をし、健全信号にてフリーランタイマを初期状態の0に戻す。このケースでは、正常に健全信号を受信しているため、故障出力は発報されない。
The digital input /
図6は、図5に示した正常な状態から、CPU演算部21が停止した異常ケースのタイミング例である。図において、タスク3を起動した状態でCPUが停止したケースである。最初は健全信号によりWDTクリアを正常にできたが、次の健全信号が受信できないため、WDT16iのフリーランタイマは増加し続け、タイムアップレベルを超えたところで、WDTタイムアウトとなり、故障出力を発報する。このようにして、本実施例によれば、CPUの異常をシリアルバス7の信号として適用することで、特別な監視信号を持たずに実現できる。
FIG. 6 is a timing example of an abnormal case in which the
図7は、CPU演算部21は正常であるが、シリアルバス7が異常になったときのタイミング例を示すものである。CPU演算部21は正常に動作できるため、割込み処理や、タスク処理が実行できる。しかし、シリアルバス7が異常になり、健全信号がディジタル入出力ユニット3、4に入力されないため、WDT16iのフリーランタイマのリクリアができない。したがって、WDT16iのフリーランタイマが増加し続け、タイムアップレベルを超えたところでWDTタイムアウトになり、故障出力が発報される。
FIG. 7 shows an example of timing when the
本実施例によれば、シリアルバス7に特別な監視信号線を設ける必要がないから、シリアルバス7に非常に適した構成がとれ、高信頼度化を図ることができる。
According to this embodiment, since it is not necessary to provide a special monitoring signal line on the
ここで、本実施例の主リレー演算ユニット1(又は、事故検出演算ユニット2)の内部構成の例を図8に示し、ヒューマンインタフェース5の内部構成例を 図9に示す。図8に示すように、主リレー演算ユニット1は、電力系統から入力変換器8により電圧変換した複数の状態量を取り込み、サンプリングによる折返し誤差を防止するために、それぞれアナログフィルタ31によりフィルタリングする。マルチプレクサ32により、アナログフィルタ31の出力信号を順次切替えて、A/D変換器33にてディジタル信号に変換してメモリ34に格納する。マイクロコントローラ35は、ローカルバス36を介してメモリ34からディジタル信号に変換された状態量を取り込み、系統事故時に発生する低次高調波成分を除去するディジタルフィルタ処理を行うとともに、保護演算及びシーケンス処理を実行する。マイクロコントローラ35内には、演算実行するCPUコアと、浮動小数点演算機構FPUと、フィルタ演算プログラム及び通信処理プログラムを予め格納しておくROMと演算用RAM、並びに周辺回路と割込制御機構が備えられている。タイミング制御回路37は、定周期毎の通信周期を管理するものであり、電気角30°毎のCPUへの割込み信号の発行や、マルチプレクサ32へのチャンネル切替信号、A/D変換器33へのA/D変換タイミング指令、メモリ34への書込み信号などの信号を出力する。通信機構22は、グローバルメモリ14を内部に有しており、通信機構22はパルストランス23を経由してシリアルバス7に接続されている。通信機構22は、マイクロコントローラ35から書き込まれたデータをグローバルメモリ14に蓄積し、このデータを定周期に各ユニットに分配するように動作する。
Here, an example of the internal configuration of the main relay arithmetic unit 1 (or the accident detection arithmetic unit 2) of this embodiment is shown in FIG. 8, and an internal configuration example of the
一方、ヒューマンインタフェース5は、図9に示すように、シリアルバス7とイーサネット(登録商標)41の2つの通信ネットワークに対応するようになっている。図において、ヒューマンインタフェース5は、マイクロコントローラ42及びコントローラバス43を備え、このコントローラバス43に演算・処理用のワークRAM44、データセーブ用メモリ45、通信機構22、通信機構22に内蔵されたグローバルメモリ14、及びLAN通信機構46が密結合されている。コントローラ42は図8のマイクロコントローラ35と同じ機能を有するが、格納されているプログラムが異なる。LAN通信機構46は、パルストランス47を経由して、外部のネットワーク41に出力すると共に、外部のネットワーク41からの信号を取り込む。つまり、LAN通信機構46は、図1に示した通信ハブ9を経由して、外部イーサネット(登録商標)ワーク10に接続し、可搬式のヒューマンインタフェース12との通信情報を授受することで遠隔対応化が図られている。また、通信機構22は、図8に示した通信機構22と同様にパルストランス23を介してシリアルバス7に接続されている。
On the other hand, the
図10に、本発明のディジタル保護制御装置の主要部の他の実施例の構成図を示す。本実施例が、実施例1と相違する点は、ディジタル入出力ユニット3i、4の構成が異なることにある。すなわち、図10に示すように、本実施例のディジタル入出力ユニット3i、4は、通信機構22にCRC(Cyclic Redundancy Check)検定回路54を設け、CRCエラーを検出した場合に異常検出信号48をCRC異常頻度検出部49に出力する。
FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the main part of the digital protection control apparatus of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that the configuration of the digital input /
ここで、CRC検定方法は、一般的に知られている検定方法であり、送信側で送信データに対してCRC検定のために予め決定した多項式により生成したデータ(冗長データ)を求め、この冗長データを送信データに付加して送信する。 Here, the CRC test method is a generally known test method. Data (redundant data) generated by a polynomial determined in advance for CRC test is obtained for transmission data on the transmission side, and this redundancy is obtained. Data is added to the transmission data and transmitted.
生成多項式としては、P(X)=X16+X12+X5+1などの、CRC−CCITTなどが知られており、ハイレベル手順に属するHDLCのプロトコルに採用されている。送信データを上記の生成多項式で除算し、除算した結果の余りがチェックコードとなる。一般には、割り算ではなく、桁上がりのないXOR演算にて実施する。 As the generator polynomial, CRC-CCITT, such as P (X) = X 16 + X 12 + X 5 +1, is known, and is adopted in the HDLC protocol belonging to the high level procedure. The transmission data is divided by the above generator polynomial, and the remainder of the division result is a check code. In general, it is not a division but an XOR operation with no carry.
受信側では、冗長データを含んで受信したデータを生成多項式で除算して余りがあるか否かをチェックする。余りが0の場合は誤りなし、0でないときは誤りありと判定する。この判定を、1伝文ごとに行うため、毎通信時ごとにチェックできる。例えば、一過性的なデータ欠落などにより発生する伝送異常は、次の送信タイミングには回復する可能性がある。このため、頻度監視を行い、一過性的なデータ欠落が多発するようであれば、永久故障の事前現象と見て、早期に故障確定とする。 On the receiving side, the received data including redundant data is divided by the generator polynomial to check whether there is a remainder. When the remainder is 0, it is determined that there is no error, and when it is not 0, it is determined that there is an error. Since this determination is performed for each message, it can be checked for each communication. For example, a transmission abnormality that occurs due to a temporary loss of data may be recovered at the next transmission timing. For this reason, frequency monitoring is performed, and if transient data loss frequently occurs, it is regarded as a prior phenomenon of permanent failure, and failure is determined early.
つまり、CRC異常頻度検出部49は、CRC異常検出信号48の頻度を検出し、頻度が設定値を超えたときに補助リレードライバ51及び補助リレー52を経由して、外部に異常状態の警報を出力するようになっている。例えば、10sタイマ50が10sカウントする間にCRC異常検出信号48が2回以上発生した場合に警報信号を出力する。また、10sタイマ50は、10sカウント信号ごとに、CRC異常頻度検出部49の記憶内容を消去するクリア信号53を出力するようになっている。
That is, the CRC abnormality frequency detection unit 49 detects the frequency of the CRC
すなわち、一般的な通信LSIはCRC異常を検出する機能は有しているが、その異常情報はホストコントローラがないと読み出すことはできない。本実施例では、ホストコントローラがなくても、異常信号を積極的に出力するように構成したものである。 That is, a general communication LSI has a function of detecting a CRC abnormality, but the abnormality information cannot be read out without a host controller. In this embodiment, an abnormal signal is positively output without a host controller.
特に、実施例1の場合において、何らかの通信異常が正常に戻らないケースの場合、WDT16iがクリアされないから、最終的に装置の故障信号が外部に出力される。その通信異常が一過性の場合、通信品質が悪いことが懸念される。具体的には、保護リレーユニット内の伝送が、外乱ノイズの影響や通信ICが壊れかけている現象により影響を受けていることがある。このような状況において、WDTによって異常確定するまでの間の不安定な期間の動作においても、頻度監視にて故障検出することができ、外部警報できる。すなわち、CRC検定は毎回の通信が正常か異常かの判定が可能であるため、一過性の異常が長く続く場合、監視の盲点をなくすことができる。したがって、CRC異常信号をモニタリングすれば、ディジタル保護制御装置内の通信品質の良悪を把握することが可能であり、この監視結果より、通信機構の監視が可能である。 In particular, in the case of the first embodiment, in the case where some communication abnormality does not return to normal, the WDT 16i is not cleared, so that a device failure signal is finally output to the outside. If the communication abnormality is transient, there is a concern that the communication quality is poor. Specifically, transmission in the protection relay unit may be affected by disturbance noise or a phenomenon that the communication IC is being broken. In such a situation, even in an unstable period of operation until an abnormality is determined by WDT, a failure can be detected by frequency monitoring, and an external alarm can be issued. That is, since the CRC test can determine whether each communication is normal or abnormal, it is possible to eliminate the blind spot of monitoring when a transient abnormality continues for a long time. Therefore, if the CRC abnormality signal is monitored, it is possible to grasp the quality of the communication quality in the digital protection control apparatus, and the communication mechanism can be monitored from the monitoring result.
図11に、図10図に示した実施例の動作のタイミング例を示す。図示のように、CRCチェックが正常であれば、異常信号は出力されないため、当然ながら、外部に対して異常出力は出力されない。また、CRC異常を検出した場合、このように構成したディジタル入出力ユニット3、4は、コントローラを実装しなくても、継続した通信異常の状態を外部に報告することが可能である。
FIG. 11 shows a timing example of the operation of the embodiment shown in FIG. As shown in the figure, if the CRC check is normal, an abnormal signal is not output, so that no abnormal output is output to the outside. In addition, when a CRC abnormality is detected, the digital input /
すなわち、本実施例のような省配線化したシステムでは、シリアル通信の状態監視が非常に重要になるため、このような手段を実装することで、高信頼度なシステムを構築することができる。 That is, in the system with reduced wiring as in the present embodiment, the status monitoring of serial communication becomes very important, and by implementing such means, a highly reliable system can be constructed.
また、本発明によれば、ディジタル保護制御装置の複数の構成要素間で送受するデータをシリアルバスで伝送可能に構成できるから、CPU演算部、入力部及び出力部が同一ユニット内でなく、離れた位置に設置しても構成ができる。その結果、分散配置したI/O機器制御用途にも適用できる。 In addition, according to the present invention, since data transmitted / received between a plurality of components of the digital protection control device can be transmitted via a serial bus, the CPU calculation unit, the input unit, and the output unit are not in the same unit, but are separated. Can be configured even if installed in a different position. As a result, it can also be applied to I / O device control applications that are distributed.
1 主リレー演算ユニット
2 事故検出演算ユニット
3i ディジタル入出力ユニット
4 ディジタル入出力ユニット
5 ヒューマンインタフェースユニット
6 PCM通信ユニット
7 シリアルバス
14 グローバルメモリ
15 共有I/O部
16 ウォッチドッグタイマ
22 通信機構
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記システムバスは、シリアルバスにより形成され、
前記各演算ユニットの前記通信制御部は、前記CPU演算部がアクセス可能な前記各ユニットに対応させた記憶領域を有するグローバルメモリを備え、
前記各ユニットに設けられた通信制御部は、前記グローバルメモリを介して他のユニットとの間のデータ転送を設定周期ごとに実行し、
前記各演算ユニットの前記CPU演算部は、前記ディジタルI/Oユニットに転送する転送データに自己の異常の有無を示す信号を付して前記グローバルメモリに格納し、
前記ディジタルI/Oユニットは、前記異常の有無を示す信号を設定時間受信しないときに外部に警報を出力する異常検出手段を有することを特徴とするディジタル保護制御装置。 Includes a CPU operation unit that captures the amount of electricity in the power system and executes a protection control operation by digital operation and a plurality of operation units including a communication control unit that controls data transfer between other units, and a system protection device A digital I / O unit having an I / O unit for inputting / outputting digital information to / from an external device and a communication control unit for controlling data transfer with other units, and provided in each of the units In a digital protection control device comprising a system bus connected to a communication control unit,
The system bus is formed by a serial bus,
The communication control unit of each arithmetic unit includes a global memory having a storage area corresponding to each unit accessible by the CPU arithmetic unit,
The communication control unit provided in each unit executes data transfer with other units via the global memory for each set period,
The CPU arithmetic unit of each arithmetic unit attaches a signal indicating the presence or absence of its own abnormality to transfer data to be transferred to the digital I / O unit and stores it in the global memory,
The digital protection control device, wherein the digital I / O unit has an abnormality detecting means for outputting an alarm to the outside when the signal indicating the presence / absence of the abnormality is not received for a set time.
前記異常の有無を示す信号は、0又は1を交互に繰返す交互信号であり、
前記異常検出手段は前記交互信号が設定時間以上入力されないときに警報を出力することを特徴とするディジタル保護制御装置。 In claim 1,
The signal indicating the presence or absence of abnormality is an alternating signal that repeats 0 or 1 alternately,
The digital protection control device according to claim 1, wherein the abnormality detection means outputs an alarm when the alternating signal is not input for a set time or longer.
前記CPU演算部は、前記交互信号を優先度が最も低いタスク処理結果の転送データに付加することを特徴とするディジタル保護制御装置。 In claim 2,
The CPU operation unit adds the alternate signal to transfer data of a task processing result having the lowest priority.
前記ディジタルI/Oユニットの通信制御部は、前記シリアルバスを介して受信されるシリアルデータの通信異常の頻度が設定頻度を超えたときに外部に警報を出力する第2の異常検出手段を有することを特徴とするディジタル保護制御装置。 In claim 1,
The communication control unit of the digital I / O unit has second abnormality detection means for outputting an alarm to the outside when the frequency of communication abnormality of serial data received via the serial bus exceeds a set frequency. A digital protection control device.
前記異常検出手段は、前記各演算ユニットに対応して設けられ、前記交互信号が入力されたときに再トリガされ、前記交互信号が前記設定時間以上入力されないときに異常信号を出力する複数のウオッチドッグタイマを備え、該複数のウオッチドッグタイマの異常信号のOR回路出力により警報を出力することを特徴とするディジタル保護制御装置。 In claim 2,
The abnormality detection means is provided corresponding to each arithmetic unit, and is re-triggered when the alternating signal is input, and outputs a plurality of watches when the alternating signal is not input for the set time or more. A digital protection control device comprising a dog timer and outputting an alarm by an OR circuit output of an abnormality signal of the plurality of watchdog timers.
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