虹科RELY-SYNC-HSR/RPR-PCIe在AP Sensing公司的應(yīng)用案例體現(xiàn)了第三方技術(shù)供應(yīng)商在時(shí)間感知高可靠性基礎(chǔ)設(shè)施中引入新監(jiān)控系統(tǒng)方面的復(fù)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(biāo)準(zhǔn)的無縫集成解決方案。

案例背景

AP Sensing是光學(xué)傳感技術(shù)(分布式溫度、聲學(xué)和震動(dòng)傳感）領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，2007年它從惠普/安捷倫公司獨(dú)立出來，目前在光纖測(cè)量方面有著超過25年的經(jīng)驗(yàn)，并在光學(xué)傳感（DTS, DAS, DVS）方面有著高質(zhì)量和精心設(shè)計(jì)的解決方案，這些方案的應(yīng)用領(lǐng)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(dāng)前設(shè)備的最高處理能力是推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方面，這意味著需要以合理的成本來進(jìn)行高級(jí)分析，還可以基于真實(shí)世界的諸多因素創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字模型并根據(jù)具體的輸入數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來的反應(yīng)。所有的新型人工智能（AI）應(yīng)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(lǐng)域的新應(yīng)用。 在電力領(lǐng)域，如今的電網(wǎng)需要在盡可能高的安全容量水平上運(yùn)行。為了保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施，通常會(huì)采用高安全系數(shù)的應(yīng)用，而這可能會(huì)限制對(duì)電力電纜基礎(chǔ)設(shè)施的有效利用。實(shí)時(shí)熱監(jiān)測(cè)平衡了對(duì)資產(chǎn)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的需求。

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分布式溫度感應(yīng)（DTS）能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)大功率電纜的溫度、檢測(cè)熱點(diǎn)、提供運(yùn)行狀態(tài)、條件評(píng)估和電力電路額定數(shù)據(jù)（實(shí)時(shí)熱額定-RTTR，動(dòng)態(tài)電纜額定-DCR）。DTS利用Raman effect來測(cè)量溫度。通過光纖發(fā)送的光學(xué)激光脈沖導(dǎo)致一些散射光反射回發(fā)送端，并在那里進(jìn)行分析。

Raman scattering的強(qiáng)度是對(duì)光纖沿線溫度的測(cè)量。Raman anti-Stokes signal的振幅會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生明顯變化，而Raman Stokes signal則相對(duì)穩(wěn)定。

如上圖所示, 溫度讀數(shù)的位置是通過測(cè)量返回的光脈沖的到達(dá)時(shí)間來確定 ，類似于雷達(dá)回波。這種方法被稱為OTDR（光學(xué)時(shí)域反射儀）。

另一方面，分布式聲學(xué)傳感(DAS)提供故障檢測(cè)以及TPI(第三方干擾）保護(hù)，如陸地（挖掘和鉆探）和海底（錨桿落和拖曳）的應(yīng)用中。這有助于優(yōu)化傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)，并降低運(yùn)營(yíng)成本。這些系統(tǒng)檢測(cè)振動(dòng)并捕獲沿著光纖的聲能，該光纖的功能就像安裝了數(shù)以千計(jì)的麥克風(fēng)，而分類算法則用來檢測(cè)和定位，例如入侵活動(dòng)。

案例中的難題與挑戰(zhàn)

2017年，AP Sensing在沙特阿拉伯實(shí)施了新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于當(dāng)?shù)氐?個(gè)數(shù)字化變電站。其客戶已經(jīng)在其控制和站內(nèi)總線上實(shí)施了高可靠性的網(wǎng)絡(luò)，而承包商必須將其通信適應(yīng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。此外，市場(chǎng)上使用了多樣化的DAS/DVS技術(shù)，根據(jù)不同的應(yīng)用和項(xiàng)目要求，AP Sensing需要能夠提供最合適的技術(shù)，并將其完全整合到納入AP Sensing的軟件套件。

如今，關(guān)鍵系統(tǒng)使用高可靠性網(wǎng)絡(luò)是必須的，從技術(shù)角度看，最先進(jìn)的解決方案可以確保在單一網(wǎng)絡(luò)故障和 "即插即用 "操作的情況下不丟失數(shù)據(jù)包。此外，客戶需要可互操作的的標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)實(shí)需要，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）已加緊發(fā)布基于高可靠性以太網(wǎng)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)保證零延遲恢復(fù)時(shí)間的協(xié)議。

● PRP的冗余是在節(jié)點(diǎn)中而不是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的，特別是適應(yīng)的節(jié)點(diǎn)（Dual Attached Nodes DANs）被連接到兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（LAN A和LAN B），并發(fā)送相同的幀在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送。

該變電站項(xiàng)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(shí)現(xiàn)的軟件。使用硬件PRP方案的好處是實(shí)現(xiàn)低延遲、高吞吐量，最重要的是，該解決方案獨(dú)立于設(shè)備的CPU可以帶來更強(qiáng)的穩(wěn)定性。此外，基于硬件的PRP方案避免了在主機(jī)CPU上以軟件的方式實(shí)現(xiàn)IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@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(gè)顯著風(fēng)險(xiǎn)。 目前，這5個(gè)變電站已部署了一個(gè)高質(zhì)量的硬件PRP網(wǎng)絡(luò)，并且希望所有終端設(shè)備的性能在同一水平上。另一方面，AP Sensing必須處理復(fù)雜的通信，否則可能會(huì)影響其應(yīng)用的性能。

虹科RELY-SYNC-HSR/RPR-PCIe解決方案

在對(duì)虹科RELY-SYNC-HSR/PRP-PCIe卡進(jìn)行全面測(cè)試后，AP Sensing驗(yàn)證了該解決方案是該變電站項(xiàng)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(dú)立于其所在計(jì)算機(jī)中的操作系統(tǒng)。這一特點(diǎn)簡(jiǎn)化了新項(xiàng)目所需的整合工作，從而節(jié)約成本。此外，客戶能夠在其網(wǎng)絡(luò)中集成和監(jiān)控新設(shè)備。

該案例中使用的設(shè)備配置基于單個(gè)RELY-SYNC-HSR/PRP-PCle 卡，提供三個(gè)可配置的 SFP 端口。其中一個(gè)端口通過一個(gè)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(shù)據(jù)。另外兩個(gè) SFP 端口用于通過100 Base FX 光纖 SFP 將處理器單元連接到 PRP 網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換變電站網(wǎng)絡(luò)的雙連接節(jié)點(diǎn)中的處理器單元，并避免需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

虹科RELY系列設(shè)備的核心基于多核可編程 SoC 電子架構(gòu)，能夠滿足邊緣數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中最苛刻的需求。嵌入式 CPU 是 ARM 處理器，與領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)和并行數(shù)據(jù)預(yù)處理的臨時(shí)硬件核心，以及其他液體硬件微服務(wù)。因此，這項(xiàng)技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，以實(shí)施新的標(biāo)準(zhǔn)版本。