虹科為電力部門提供低成本無縫集成解決方案

虹科RELY-SYNC-HSR/RPR-PCIe在AP Sensing公司的應用案例體現了第三方技術供應商在時間感知高可靠性基礎設施中引入新監(jiān)控系統(tǒng)方面的復雜性，而虹科RELY-SYNC-HSR/RPR-PCIe能夠克服這一難題，并為電力部門提供具有成本效益且符合標準的無縫集成解決方案。

案例背景

AP Sensing是光學傳感技術(分布式溫度、聲學和震動傳感)領域的領導者，2007年它從惠普/安捷倫公司獨立出來，目前在光纖測量方面有著超過25年的經驗，并在光學傳感(DTS, DAS, DVS)方面有著高質量和精心設計的解決方案，這些方案的應用領域之一便是電力部門，特別是發(fā)電站和變電站方面。 如今，當前設備的最高處理能力是推進數字化轉型的一個重要方面，這意味著需要以合理的成本來進行高級分析，還可以基于真實世界的諸多因素創(chuàng)建一個數字模型并根據具體的輸入數據預測未來的反應。所有的新型人工智能(AI)應用于操作系統(tǒng)不同方面，并允許為這些系統(tǒng)創(chuàng)建基于垂直領域的新應用。 在電力領域，如今的電網需要在盡可能高的安全容量水平上運行。為了保護基礎設施，通常會采用高安全系數的應用，而這可能會限制對電力電纜基礎設施的有效利用。實時熱監(jiān)測平衡了對資產保護和網絡性能優(yōu)化的需求。

行業(yè)知識分享

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分布式溫度感應(DTS)能夠持續(xù)監(jiān)測大功率電纜的溫度、檢測熱點、提供運行狀態(tài)、條件評估和電力電路額定數據(實時熱額定-RTTR，動態(tài)電纜額定-DCR)。DTS利用Raman effect來測量溫度。通過光纖發(fā)送的光學激光脈沖導致一些散射光反射回發(fā)送端，并在那里進行分析。

Raman scattering的強度是對光纖沿線溫度的測量。Raman anti-Stokes signal的振幅會隨著溫度的變化而發(fā)生明顯變化，而Raman Stokes signal則相對穩(wěn)定。

溫度讀數的位置是通過測量返回的光脈沖的到達時間來確定 ，類似于雷達回波。這種方法被稱為OTDR(光學時域反射儀)。

另一方面，分布式聲學傳感(DAS)提供故障檢測以及TPI(第三方干擾)保護，如陸地(挖掘和鉆探)和海底(錨桿落和拖曳)的應用中。這有助于優(yōu)化傳輸和分配網絡，并降低運營成本。這些系統(tǒng)檢測振動并捕獲沿著光纖的聲能，該光纖的功能就像安裝了數以千計的麥克風，而分類算法則用來檢測和定位，例如入侵活動。

案例中的難題與挑戰(zhàn)

2017年，AP Sensing在沙特阿拉伯實施了新的監(jiān)測系統(tǒng)，用于當地的5個數字化變電站。其客戶已經在其控制和站內總線上實施了高可靠性的網絡，而承包商必須將其通信適應現有網絡。此外，市場上使用了多樣化的DAS/DVS技術，根據不同的應用和項目要求，AP Sensing需要能夠提供最合適的技術，并將其完全整合到納入AP Sensing的軟件套件。

如今，關鍵系統(tǒng)使用高可靠性網絡是必須的，從技術角度看，最先進的解決方案可以確保在單一網絡故障和 "即插即用 "操作的情況下不丟失數據包。此外，客戶需要可互操作的的標準化解決方案，以避免因采用廠商專有的方法而受到限制。

基于現實需要，國際電工委員會(IEC)已加緊發(fā)布基于高可靠性以太網的解決方案，其中包括高可靠無縫冗余(HSR,IEC 62439-3-Clause 5)和并行冗余協(xié)議(PRP, IEC 62439-3-Clause 4)這兩種實現網絡故障時保證零延遲恢復時間的協(xié)議。

PRP的冗余是在節(jié)點中而不是在網絡中實現的，特別是適應的節(jié)點(Dual Attached Nodes DANs)被連接到兩個獨立的以太網網絡(LAN A和LAN B)，并發(fā)送相同的幀在兩個網絡上發(fā)送。

該變電站項目提出的要求之一是使用基于硬件的PRP通信，而不是基于協(xié)議實現的軟件。使用硬件PRP方案的好處是實現低延遲、高吞吐量，最重要的是，該解決方案獨立于設備的CPU可以帶來更強的穩(wěn)定性。此外，基于硬件的PRP方案避免了在主機CPU上以軟件的方式實現IEEE 1588標準，因為這種軟件將被要求用于Transparent Clock操作，且交換的IEEE 1588幀也需要這種軟件，從而成為PRP軟件方案的一個顯著風險。 目前，這5個變電站已部署了一個高質量的硬件PRP網絡，并且希望所有終端設備的性能在同一水平上。另一方面，AP Sensing必須處理復雜的通信，否則可能會影響其應用的性能。

虹科RELY-SYNC-HSR/RPR-PCIe解決方案

在對虹科RELY-SYNC-HSR/PRP-PCIe卡進行全面測試后，AP Sensing驗證了該解決方案是該變電站項目中的最佳解決方案。虹科RELY-SYNC-HSR/PRP-PCIe方案的主要好處之一是它獨立于其所在計算機中的操作系統(tǒng)。這一特點簡化了新項目所需的整合工作，從而節(jié)約成本。此外，客戶能夠在其網絡中集成和監(jiān)控新設備。

該案例中使用的設備配置基于單個RELY-SYNC-HSR/PRP-PCle 卡，提供三個可配置的 SFP 端口。其中一個端口通過一個1000 Base X光纖SFP連接到光纖傳感器，允許從光纖傳感器高速接收數據。另外兩個 SFP 端口用于通過100 Base FX 光纖 SFP 將處理器單元連接到 PRP 網絡，轉換變電站網絡的雙連接節(jié)點中的處理器單元，并避免需要額外的網絡設備。

虹科RELY系列設備的核心基于多核可編程 SoC 電子架構，能夠滿足邊緣數據采集、計算和網絡應用中最苛刻的需求。嵌入式 CPU 是 ARM 處理器，與領先的 FPGA 共享同一硅芯片。這種可重新配置的邏輯支持用于低延遲安全網絡和并行數據預處理的臨時硬件核心，以及其他液體硬件微服務。因此，這項技術的另一個關鍵優(yōu)勢是能夠進行遠程升級，以實施新的標準版本。

原文標題：虹科方案 | 在數字化的變電站中低成本實現無縫集成的獨特解決方案

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審核編輯：湯梓紅