得到多臺同步計算機的外部時鐘的製作方法
2023-06-03 04:27:11
專利名稱：得到多臺同步計算機的外部時鐘的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及電氣開關裝置，並且更具體地，涉及一種用於保護、監測和控制該電氣開關裝置的方法和裝置。
背景技術：
在工業配電系統中，將發電公司生產的電力供給工業或商業企業，其中將電力分配給工業或商業企業的各種設備，如，電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設備，以及其他電氣設備。至少某些已知的配電系統包括開關裝置，該開關裝置有助於將電力分成支路，這些支路提供電力給工業企業的各個部分。在每個支路中提供斷路器，從而有助於保護支路中的設備。另外，因為對特殊負載可進行通電或斷電而不影響其他負載，因此每個支路中的斷路器可有助於減小設備故障，從而增加效率及減小操作和製造成本。儘管所使用的開關動作更加複雜，但類似的開關裝置也可用在電業傳輸系統及多個配電變電所中。
除配電系統元件以外，開關裝置一般包括提供配電系統元件的保護、監測和控制的多個設備。例如，至少某些已知的配電系統包括監測配電系統性能的監測設備、控制配電系統運行的控制設備以及當保護設備激活時啟動保護響應的保護設備。
發明內容
在一方面，提供了一種將計算機系統內的多個處理器同步的方法。該計算機系統包括多個處理器，每個處理器通信連接到單獨的網絡上，其中每個網絡與每個其他網絡互相獨立。該方法包括從至少一個信號源接收第一速率的多個輸入信號，將這些輸入信號發送給基準目標，將該輸入信號轉換為公知的時間基準。該裝置構造成從至少一個信號源接收第一速率的多個輸入信號，將輸入信號發送給基準目標，並將輸入信號轉換為公知的時間基準。
在另一方面，提供一種將計算機系統內的多個處理器同步的裝置。該計算機系統包括多個處理器，每一個處理器通信連接到單獨的網絡上，其中每個網絡與每個其他網絡互相獨立。該裝置構造成從至少一個信號源接收第一速率的多個輸入信號，將輸入信號發送給基準目標，並將輸入信號轉換為公知的時間基準。
圖1示出了由例如工業或商業企業使用的配電系統的代表性示意圖；圖2是與圖1所示的配電系統使用的節點配電系統的代表性示意圖；圖3是與圖1所示的配電系統使用的CCPU的代表性示意圖；圖4是與圖1所示的配電系統使用的單個節點電子單元的代表性示意圖；圖5是與圖1所示的配電系統使用的斷路器的代表性示意圖；圖6是圖1所示的配電系統的網絡部分的簡化框圖；圖7是使用在圖6所示的配電系統的網絡部分中的硬體時鐘的代表性實施例的示意框圖；圖8是示出了用於同步圖6所示的多臺冗餘計算機的代表性過程的流程圖；及圖9是示出了用於同步圖6所示的多臺冗餘計算機的過程的代表性實施例的數據流程圖。
具體實施例方式
此處描述的稱作系統數據捕獲的方法和裝置，描述了用於數據捕獲系統收集的數據的有條件記錄，顯示或處理的裝置。在一個實施例中，該方法以實時數據捕獲模式運行。在另一個實施例中，該方法還應用於非實時系統中。當與斷路器控制和保護系統一起使用時，系統數據捕獲使得系統數據進行離線分析。另外，系統數據捕獲有助於從整個系統收集的數據分析，如，電流和電壓測量，以及斷路器狀態，從而有助於識別多種故障類型，並且在合理故障和損壞性跳閘之間進行區分。
圖1示出了例如由工業企業使用的配電系統10的代表性示意圖。在代表性實施例中，系統10包括至少一個主饋電系統12，配電總線14，多個電力電路開關或斷流器，這裡也稱作斷路器(CB)16，以及至少一個負載18，該負載例如但不局限於電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設備，和/或其他電氣設備。
使用中，將電力從能源(未示出)供給主饋電系統12，即，例如開關板。該能源諸如但並不局限於從例如核反應堆，燒煤鍋爐，燃氣輪發電機以及柴油發電機獲得動力的蒸汽渦輪機。供給主饋電系統12的電力使用斷路器16分成多個支路，斷路器16將電力提供給工業企業中的各種負載18上。另外，在各支路中提供斷路器16以有助於保護設備，即，負載18，該負載18連接在各支路中。此外，這是因為可將特殊負載18通電或者斷電而不影響其他負載18，因此斷路器16有助於使設備故障達到最小，從而增加效率，以及減小操作和製造成本。
配電系統10包括斷路器控制保護系統19，控制保護系統19包括多個節點電子單元20，並且每個節點電子單元20電連接到數字網絡22上。斷路器控制保護系統19還包括至少一個中央控制處理單元(CCPU)24，該中央控制處理單元24通過開關23電連接到數字網絡22上，該開關23例如但並不局限於乙太網(Ethernet)開關23。在使用中，每個單獨的節點電子單元20電連接到各自的斷路器16上，這樣CCPU24通過數字網絡22並通過相應的節點電子單元20電連接到每個斷路器16上。
在代表性實施例中，數字網絡22為快速乙太網(Fast Ethernet)協議網絡。在另一實施例中，數字網絡22包括，例如，至少一個區域網(LAN)或廣域網(WAN)，撥號連接(dial-in-connection)，電纜數據機，以及專用高速ISDN線。數字網絡22還包括能互連到Internet上的任何設備，這些設備包括基於網絡的電話機，個人數字助理(PDA)，或其他基於網絡的連接設備。值得注意的是數字網絡22網絡可基於IEEE 802.3(u)及其後繼標準(successor)的未來修改進行升級。還應該注意的是數字網絡22構造成例如星形拓撲。
在一個實施例中，CCPU24是計算機，並包括設備26，例如軟盤驅動器或者CD-ROM驅動器，從而有助於讀取來自計算機可讀媒介28的指令和/或數據，計算機可讀媒介28如軟盤或CD-ROM。在另一個實施例中，CCPU24執行存儲在固件(未示出)中的指令。將CCPU24進行編程以實現在此描述的功能，但其他可編程電路可同樣進行編程。因此，如此處所使用的，術語計算機並不局限於現有技術中稱作計算機的那些集成電路，而是廣泛地指計算機，處理器，微控制器，微機，可編程邏輯控制器，專用集成電路及其他可編程電路。另外，儘管描述在配電設備中，也可考慮本發明對包括工業系統的所有配電系統產生有益之處，例如，但不局限於安裝在辦公樓中的配電系統。
圖2是示出了與配電系統10(示於圖1)並尤其與斷路器控制保護系統19(示於圖1)使用的節點配電系統29的代表性示意圖。節點配電系統29包括電源30，該電源30通過節點配電總線32電連接到節點電子單元20上。在代表性實施例中，電源30是不間斷電源(UPS)。在一個實施例中，電源30接收來自配電系統10的電能並且然後將該電能通過節點配電總線32分配給節點電子單元20。在可替換實施例中，不將電能供給電源30，而是，電源30採用內部電源將電能提供給節點電子單元20，該內部電源例如但不局限於多個電池(未示出)。在另一個可替換實施例中，節點電子單元20由從電流傳感器82和/或電壓傳感器84得到的二次電流提供電能。在該實施例中，斷路器控制保護系統19不包括節點配電系統29，電源30或節點配電總線32。
圖3是CCPU24的代表性示意圖。CCPU24包括至少一個存儲器裝置40，該存儲器裝置例如但不局限於只讀存儲器(ROM)42，快速存儲器44，和/或隨機存取存儲器(RAM)46。CCPU24還包括中央處理器單元(CPU)48，該中央處理器單元48電連接到至少一個存儲器裝置40上，還連接到內部總線50，通信接口52以及通信處理器54上。在代表性實施例中，CCPU24是印刷電路板，並且包括電源56，從而提供電能給印刷電路板上的多個設備。
此外，在代表性實施例中，內部總線50包括地址總線，數據總線，以及控制總線。在使用中，地址總線構造成使CPU48對多個內部存儲器位置或輸入/輸出接口進行訪問，該輸入/輸出接口例如但不局限於通過通信處理器54的通信接口52，以及通過網關處理器58的網關接口57。該數據總線構造成在CPU48和至少一個輸入/輸出之間發送指令和/或數據，並且控制總線構造成在多個設備之間發送信號從而有助於確保這些設備同步運行。在代表性實施例中，內部總線50是雙向總線，這樣使得信號可在內部總線50上的任何一個方向上發送。CCPU24還包括至少一個存儲裝置60，存儲裝置60構造成存儲多個通過內部總線50發送的信息。
在使用中，網關接口57通過網際網路連結62或內聯網62與遠程工作站(未示出)進行通信。在代表性實施例中，遠程工作站是包括網絡瀏覽器的個人計算機。儘管描述了單個工作站，此處描述的這種功能可在與網關接口57連接的多臺個人計算機的一臺上實現。例如，網關接口57可通信連接到各種單機上並連接到第三方上，單機包括本地操作機，第三方如通過ISP網際網路連接的遠程系統操作機。在該代表性實施例中的通信示出為通過網際網路實現，然而，任何其他廣域網(WAN)型的通信可在其他實施例中使用，其他實施例即，系統和方法不限於通過網際網路實現。在一個實施例中，信息在網關接口57上接收並通過CCPU24和數字網絡22發送給節點電子單元20。在另一個實施例中，從節點電子單元20發送的信息在通信接口52上接收並通過網關接口57發送給網際網路62。
圖4是單個節點電子單元20的代表性示意圖。在該代表性實施例中，節點電子單元20是遠離CCPU24和斷路器16安裝的單一設備。在代表性實施例中，節點電子單元20與斷路器16隔開，但靠近斷路器16。在代表性實施例中，節點電子單元20是印刷電路板。
在一個實施例中，節點電子單元20接收從多個設備輸入的信號，這些設備例如但並不局限於電流傳感器82，電壓傳感器84，和/或斷路器16。來自斷路器16的狀態信號包括與斷路器的一個或多個狀態相關的信號，例如但並不局限於輔助開關狀態，以及彈簧裝載開關狀態。另外，節點電子單元20至少發送信號給斷路器16以便控制斷路器的一個或多個狀態。
在使用中，信號通過節點電子單元20發送到CCPU24和數字網絡22上。節點電子單元20接收該信號並將數字消息打包，該數字消息包括信號和與節點電子單元20的質量(health)和狀態相關的附加數據。該質量和狀態數據可包括信息，該信息基於由內部診斷程序發現的問題和自測程序的狀態，自測程序在節點電子單元20內本地運行。CCPU24使用一個或多個保護算法，監測算法以及其任意組合處理數字消息。響應數字消息的處理，CCPU24通過數字網絡22將數字消息返還給節點電子單元20。在代表性實施例中，節點電子單元20通過響應從CCPU24接收的數字消息的信號來激勵斷路器16。在一個實施例中，響應僅由CCPU24發送的命令來激勵斷路器16，即，斷路器16不受節點電子單元20本地控制，而是基於從網絡22上的節點電子單元20接收的數字消息從CCPU24遠程操作。
圖5是電連接到節點電子單元20上的斷路器16的代表性示意圖。在該代表性實施例中，斷路器16包括開關組件，該開關組件包括可動和/或固定觸頭，抑弧裝置，以及跳閘和操作機構。斷路器16僅包括一個跳閘線圈100，閉合線圈102，輔助開關104，彈簧裝載開關106，以及電動機108。斷路器16不包括跳閘單元。斷路器16的各種元件(如，跳閘線圈100，閉合線圈102，輔助開關104，彈簧裝載開關106，電動機108)可由節點電子單元20提供電能。可替換地，斷路器16可由從電流傳感器82和/或電壓傳感器84得到的二次電流提供電能。
斷路器16與節點電子單元20通過線束電氣通信，其中該線束可包括銅導線，通信管道，及其任一組合。電流傳感器82，以及電壓傳感器84與節點電子單元20通過電纜進行電氣通信，該電纜可包括銅導線，通信管道，及其任一組合。在代表性實施例中，斷路器16是靠近節點電子單元20，電流傳感器82，以及電壓傳感器84安裝的單一設備。
在使用中，將來自節點電子單元20的激勵信號發送給斷路器16，從而激勵斷路器16中的多個功能，例如，但並不局限於，操作跳閘線圈100，操作閉合線圈102，以及影響斷路器閉鎖特徵。輔助開關104和操作彈簧裝載開關106提供斷路器參數的狀態指示給節點電子單元20。電動機108構造成對工作彈簧進行再裝載，當斷路器16閉合後構造成為閉合彈簧(未示出)。值得注意的是電動機108可包括，例如，彈簧裝載開關，能對跳閘彈簧進行再裝載的螺線管和其他任一種電子-機械裝置。為了閉合斷路器16，閉合線圈102由來自激勵電源模塊(未示出)的關斷信號通電。閉合線圈102激勵閉合機構(未示出)，該閉合機構將至少一個可動電氣觸頭(未示出)連接到相應的固定電氣觸頭(未示出)上。斷路器16的閉合機構鎖定在閉合位置，這樣使得當閉合線圈102斷電時斷路器16保持閉合。當斷路器16閉合時，輔助開關104的「a」觸頭也將閉合併且輔助開關104的「b」觸頭將打開。「a」和「b」觸頭的位置由節點電子單元20進行檢測。為了打開斷路器16，節點電子單元20向跳閘線圈(TC)100通電。TC100直接作用於斷路器16上以釋放保持斷路器16閉合的鎖定機構。當鎖定機構釋放時，斷路器16將打開，打開輔助開關104的「a」觸頭並閉合輔助開關104的「b」觸頭。然後跳閘線圈100由節點電子單元20斷電。在斷路器16打開後，與由電動機108進行再裝載的閉合彈簧一起，斷路器16為下一個工作周期作準備。在代表性實施例中，每個節點電子單元20以一對一的對應關係連接到斷路器16上。例如，每個節點電子單元20僅與一個斷路器16直接通信。在可替換實施例中，節點電子單元20可與多個斷路器16進行通信。
圖6是示於圖1的配電系統10的網絡部分600的簡化框圖。與圖1所示的元件相同的圖6中的元件在圖6中採用與圖1中相同的附圖標記進行標記。因此，配電系統10的網絡部分600包括多個節點電子單元20，每個節點電子單元20通過專門用於每個網絡22的通信接口602通信連接到雙冗餘網絡22上。在代表性實施例中，網絡22是雙冗餘的。在可替換實施例中，網絡22可冗餘到由用戶的需要所預定的水平上。每個網絡22通信連接到網絡開關23上，該網絡開關通信連接到每個CCPU24上。每個CCPU24通信連接到硬體時鐘604上。在代表性實施例中，每個CCPU24的並行埠用於接收來自硬體時鐘604的輸出信號。硬體時鐘604可冗餘到由用戶的需要所預定的水平上。
在操作上，硬體時鐘604發送輸出信號給所有的CCPU24，這些信號包括在正則區間上的中斷脈衝。指定每個中斷脈衝一個序號。在代表性實施例中，序號為16位長。在另一個實施例中，序號可在4位長和64位長之間。將每個中斷脈衝和序號發送給每個CCPU24並行埠上，這樣使得每個中斷可由其單獨的序號來連續識別。在每個中斷脈衝上，硬體時鐘604將序號遞增從而使得新的連續的序號與每個接著產生的中斷脈衝一起發送。當處理器48接收中斷脈衝時，處理器48根據其程序指令服務於中斷。在代表性實施例中，處理器48發送交叉基準(transreference)信號給網絡22上所有的節點電子單元20，該交叉基準信號包括基準序號。為了保持基準號，處理器48在每次接收來自時鐘604的輸出信號時遞增內部64位寄存器。
另外，處理器48檢測誤差的引入中斷脈衝。處理器48估計將要接收的下一個中斷脈衝的時間。在代表性實施例中，監視定時器用於估計下一個輸入信號或中斷脈衝的期望時間。如果中斷脈衝在期望時窗內接收，處理器48採用脈衝從而將它本身的時鐘與硬體時鐘604脈衝同步。如果中斷脈衝在期望時窗之外，處理器48確定中斷脈衝是否丟失，該丟失意味著中斷脈衝沒有由處理器48接收。脈衝的斷續或不可靠接收可顯示硬體時鐘604和/或互連電纜的老化，並且可導致CCPU24和節點電子單元20失步。當中斷脈衝丟失時，處理器48通過採用其內部時鐘以確定丟失的中斷脈衝的個數並由已經確定丟失的脈衝的個數遞增基準號來試圖恢復該基準號。通過這種方法，基準號保持與開始點相關的合適時間遞增，該開始點與其他計時系統一致。在代表性實施例中，配電系統10事件可與採用該基準號的公用事業公司信號源一致。當處理器48確定硬體時鐘406的中斷脈衝故障，可採用穩定脈衝的可替換信號源。在代表性實施例中，當硬體時鐘604故障時，處理器604時鐘用作提供中斷脈衝。在可替換實施例中，與網絡22連接的一個CCPU24可互連到每個其他的處理器48上，從而當硬體時鐘604故障時提供穩定脈衝的可替換信號源。
節點電子單元20通過網絡22接收來自CCPU24的交叉基準信號。每個節點電子單元20接收來自每個CCPU24的交叉基準信號。在代表性實施例中，網絡22為雙冗餘，同樣地，每個節點電子單元20接收包括辨別序號的兩個交叉基準信號。為了將來自與節點電子單元20相關的多個傳感器的數據的採集進行恰當的同步，節點電子單元20使用校正器功能程序以將它的時鐘與引入的交叉基準信號同步。在一個實施例中，節點電子單元20誤差檢測期望定時輸入的交叉基準信號。如果連接到網絡的任何一個CCPU24正在發送期望時窗外的交叉基準信號，該CCPU24將作為潛在故障進行標記，並且將忽略來自該CCPU24的交叉基準信號。如果所有的CCPU24正在發送處於期望時窗內的交叉基準信號，節點電子單元20確定校正器程序以將節點電子單元20的時鐘與CCPU24的時鐘同步。在代表性實施例中，節點電子單元20採用將節點電子單元的時鐘與其時鐘同步的預定優選CCPU24。只要優選CCPU24發送在期望時窗內的交叉基準信號，節點電子單元20將使其時鐘與該優先CCPU時鐘同步。如果主CCPU24時鐘發送期望時窗外的交叉基準信號，基於優先權的順序，節點電子單元20可轉換到與預定CCPU24同步，直到該優選CCPU24返回到發送在期望時窗內的交叉基準信號為止。在可替換實施例中，節點電子單元20將接收來自每個CCPU24的對應交叉基準信號的時間進行平均，並使其時鐘與該平均值同步。注意，節點電子單元20採用與軟體鎖相環結合的交叉基準信號以調節節點電子單元時鐘與CCPU24同步。
圖7是硬體時鐘604的代表性實施例的示意框圖，該硬體時鐘使用在圖6所示的配電系統10的網絡部分600中。在代表性實施例中，硬體時鐘604包括晶體振蕩器606，該晶體振蕩器電連接到分頻器電路608上。分頻器電路608的輸出連接到現場可編程門陣列(FPGA)裝置610的輸入上。FPGA610的輸出連接到三態緩衝器612上。緩衝器612的輸出連接到並行埠總線上，該並行埠總線連接到與配電系統10連接的每個CCPU24的並行埠上。
在使用中，FPGA608用作將從晶體振蕩器606得到的時鐘脈衝分成中斷信號的期望頻率。在代表性實施例中，晶體振蕩器606工作在近1.832MHz的頻率上。分頻器608將振蕩器606的頻率向下分成近4.0kHz。FPGA608也用作得到8或16位的序號。在代表性實施例中，中斷信號，低/高字節信號，以及2×8位序號(一次給1個字節的16位值)由所有CCPU24的並行埠讀取。
圖8是示出了用於同步圖6所示的多臺冗餘計算機的代表性過程的流程圖800。在配電系統10上運行的每個CCPU24通過它的每個並行埠從硬體時鐘604接收802中斷脈衝流。儘管中斷脈衝描述為通過每個並行接口由每個CCPU24接收，但是每個CCPU24可通過任何一個方便的埠和/或硬體時鐘604的硬體連接接收中斷脈衝。CCPU24還接收804與每個脈衝相關的序號。該序號由硬體時鐘604產生。在代表性實施例中，序號為在8位總線上以兩個字節發送給所有的CCPU24的16位號。
每個中斷脈衝使得每個CCPU處理器48讀取由硬體時鐘604提供的序號。該中斷脈衝由處理器48用於控制所有內部計算的執行時鐘。當接收每個中斷時，處理器48發送804包括序號的輸入信號給基準目標，該基準目標遞增計算所接收的每個中斷脈衝的內部基準號計數器並允許通過變換806輸入信號到公知的時間基準而重建並與外部系統的數據一致。處理器48產生多點傳送消息，該多點傳送消息是通過網絡22發送給所有的節點電子單元20的廣播通信。每個消息包括交叉基準信號和與該脈衝相關的序號。
在網絡22上運行的每個節點電子單元20接收來自網絡22上運行的每個CCPU24的多點傳送消息。每個節點電子單元20使用預定程序以判斷出消息定時之間的任何區別。在一個實施例中，節點電子單元20將一個CCPU24認為是優選的，並且節點電子單元20使用來自該CCPU24的交叉基準信號和序號，直到節點電子單元20確定該CCPU24是不可靠的。在另一個實施例中，節點電子單元20可使用平均技術或表決技術來確定哪個CCPU交叉基準信號為所使用的最正確的脈衝。
節點電子單元20採用交叉基準信號和序號將來自每個傳感器的收集數據進行同步，從而採樣傳感器和內部電子元件寄存器，使得配電系統10的狀態可在CCPU24中精確重建。在大配電系統10中，每個節點電子單元20可在不同的實時採樣傳感器和數據寄存器，這是因為在節點電子單元20之間系統中固有時間滯後。採樣許多電氣參數將產生不精確的結果，但當每一個所採樣的參數與交叉基準信號和序號相關時，CCPU24可解決當每個採樣進行時實時上的改變，其中電氣參數相對甚至很小區別的實時上的時間經常改變。
節點電子單元20包括軟體鎖相環，該軟體鎖相環使用廣播消息、交叉基準信號和序號，從而將其時鐘與CCPU時鐘同步。
每個CCPU24進行編程，以實現輸入的中斷脈衝的誤差檢測。每個CCPU處理器48確定何時期望從硬體時鐘604到達的下一個中斷信號的估計時窗。如果下一個中斷脈衝在期望窗內接收，處理器48假定硬體時鐘604和互連電纜正在正確運行，不進行校正行為。如果至少一個中斷脈衝在期望窗外到達，處理器48執行確定校正行為的誤差處理程序，從而保持配電系統10同步。在代表性實施例中，處理器48在激勵該誤差處理程序之前等待四個丟失的脈衝。在另一個實施例中，周期處理器48等待從零丟失脈衝(處理器唯一地採用脈衝的可替換信號源)到最大數量所配置的用戶，最大數量顯示處理器48從不使用脈衝的可替換信號源。在一個實施例中，當檢測中斷脈衝已經停止到達時，切換到中斷脈衝的可替換信號源，如處理器時鐘，可替換CCPU處理器時鐘，或另一個可替換脈衝源。處理器48然後估計多少個脈衝丟失並遞增基準號寄存器，通過該基準號從而將該基準號寄存器返回到儘可能接近其恰當時刻。當中斷脈衝恢復時，處理器48執行程序從而恢復同步到硬體時鐘604。
圖9是示出了過程900的代表性實施例的數據流程圖，該過程用於同步圖6所示的多臺冗餘計算機。依據預定的需求，多個CCPU24可包括在配電系統10中。每個CCPU24包括類似的數據結構，但僅僅是包括在一個CCPU中的數據結構在此進行描述。另外，類似的數據流程圖在每個節點電子單元20中實施，數據流程圖以此處描述的類似方式運行。CCPU24從外部定時源904接收外部輸入定時信號902，該外部定時源904位於遠離CCPU24的地方。此處使用的定時信號指的是定時時鐘脈衝以及信號，該信號的到達顯示定時事件並且包括消息中的定時部分。例如，定時信號可為64位長的消息，該64位長包括顯示序號的第一組位，以及顯示相關時間戳(timestamp)的第二組位。接收定時信號的元件或數據結構可記錄接收定時信號的本地時間，分析定時信號內的信息，以及基於在定時信號中接收的定時信息來鑑別它本身的時鐘運行。另外，元件或數據結構可從多個信號源接收多個定時信號，並使用一個算法來確定它本身的時鐘或其它接收輸入信號的時鐘的質量及狀態。在代表性實施例中，外部定時源904可包括硬體時鐘，另一個CCPU24，以及系統10外部的輔助電源，在硬體時鐘中輸入信號902可包括6位長到16位長的序號。
CCPU24還接收來自內部定時源908的內部定時信號906，該內部定時源位於CCPU24內部，例如，但不局限於處理器時鐘。至少一個選擇器910的每一個接收輸入定時信號902和906，以及多個選擇參數912。選擇參數912由選擇器910使用，以確定輸入信號902和906的哪個用作產生輸出信號的原始信號源。在代表性實施例中，選擇參數912可用於確定電源904和908的優先順序，以及所使用的標準，該標準用於確定期望時窗內的輸入信號902和906的存在，確定輸入信號902和906的丟失，確定無效輸入信號902和906，以及確定噪聲輸入信號902和906。為了確定期望時窗，選擇器910可採用監視定時器。如果選擇器910確定輸入信號902和906中的一個不滿足由選擇參數912所指示的標準，選擇器910可產生並發送校正發生器信號916，該信號916輸入到校正器函數918中。校正器函數918基於校正發生器信號916和輸入信號k922確定定時誤差信號920。輸入信號k922與選擇參數912相關，使得選擇器910和校正器函數918協調運行。誤差信號920發送到信號源902和906中與輸入信號誤差相關的單獨一個信號源上。每個單獨的信號源902和906基於誤差信號920調節其單獨的輸入信號。
輸入信號902和906還由基準目標924進行接收，該基準目標基於輸入信號902和906以及內部算法將輸入信號902和906轉換為基準信號，該內部算法將基準維持在絕對時間上。例如，輸入信號902和906可包括6位長的序號。每一個輸入信號902和906可在例如200和60微秒的周期到達。隨著每個輸入信號902和906中的每個序號從每個在前輸入信號902和906的序號遞增，序號將在相對短的時間周期內翻轉。維持唯一的定時系統的一個方案是增加每個序號使用的位數。該方案具有的缺點是增加了輸入信號902和906的長度。在代表性實施例中，序號是6位長。在可替換實施例中，序號為16位長。基準目標924接收輸入信號902和906，並將它們轉換為交叉基準信號928，該交叉基準信號928包括基準序號，該基準序號包括足夠的位數，使得維持唯一的時間基準。在代表性實施例中，基準序號是64位長。交叉基準信號928在CCPU24內本地使用以驅動本地處理930以及在網絡22上發送到節點電子單元20，在節點電子單元20中交叉基準信號928用作每個節點電子單元20定時處理的輸入信號。
上述的配電多臺同步冗餘計算機方法和系統是節省成本的並且可靠性高。每個系統包括中央控制處理單元(CCPU)和網絡設備，從而有助於保護一組開關裝置。多臺冗餘計算機採用具有各種備份的外部硬體時鐘進行同步，這些備份用於在設備故障和維護期間保持同步。每個斷路器本地的設備監測來自傳感器的電壓和電流信號，該傳感器位於每個斷路器附近。CCPU從高速網絡上的所有設備接收所有的監測信號。為了確保在一個節點電子單元上測得的參數與在另一個節點電子單元上測得的參數一致，配電系統內所有的CCPU和所有的節點電子單元與初始時鐘進行同步。然後CCPU可基於全局電壓和電流信號對每個斷路器節點電子單元執行保護和優化算法。因此，配電系統硬體時鐘有助於以節約成本和可靠的方式運行的電源系統的保護和優化。
配電系統元件的代表性實施例在上面進行了詳細描述。但這些元件並不局限於在此描述的特定實施例，而是，每個系統的元件可單獨並與在此描述的其他元件分開使用。每個配電系統元件也可與其他配電系統元件結合使用。
儘管本發明已經依據各種特定實施例進行描述，本領域的技術人員知道本發明可用落入權利要求的精神和範圍內的改變來實施。
權利要求
1.一種用於同步計算機系統內的多個處理器的方法，其中所述計算機系統包括多個處理器，每一個處理器通信連接到單獨的網絡上，所述單獨的網絡與每個其他網絡互相獨立，所述方法包括從至少一個信號源接收第一速率的多個輸入信號；將所述輸入信號發送到基準目標；以及將所述輸入信號轉換成公知的時間基準。
2.根據權利要求1的方法，其中所述接收多個輸入信號包括接收來自所述處理器內部的信號源及所述多個處理器中任何其他處理器內部的信號源中至少一個的多個輸入信號。
3.根據權利要求1的方法，其中所述接收多個輸入信號包括接收多個輸入序號。
4.根據權利要求3的方法，其中所述接收多個輸入序號包括接收至少6位長的多個輸入序號。
5.根據權利要求3的方法，其中所述接收多個輸入序號包括接收16位長的多個輸入序號。
6.根據權利要求1的方法，進一步包括基於所轉換的輸入信號在每個處理器中產生基準信號，其中每個基準信號與每個其他處理器中的基準信號為公知的時間關係；以及基於每個單獨的基準信號在每個處理器中執行多個處理。
7.根據權利要求6的方法，其中所述產生基準信號包括產生包括基準序號的基準信號。
8.根據權利要求7的方法，其中所述產生基準信號包括產生包括六十四位長的基準序號的基準信號。
9.根據權利要求6的方法，其中所述計算機系統包括多個節點電子單元，所述多個節點電子單元中的每一個通信連接到至少一個網絡上，並且其中所述方法進一步包括在網絡上發送交叉基準信號，所述交叉基準信號基於所述基準信號。
10.根據權利要求9的方法，其中所述節點電子單元包括至少一個時鐘，並且其中所述方法進一步包括基於第一時鐘執行節點電子單元內部處理；在所述節點電子單元上接收所述交叉基準信號；以及當接收所述交叉基準信號時執行基準處理。
11.根據權利要求10的方法，其中執行基準處理進一步包括基於所述第一時鐘確定所述交叉基準信號的狀態；基於所述第一時鐘記錄所述交叉基準信號的接收時間；基於所述第一時鐘時間，所述交叉基準信號，所確定的交叉基準信號的狀態，以及接收所述交叉基準信號的處理器的優先權順序中的至少一種確定第一時鐘誤差；基於所述誤差計算調節所述第一時鐘；基於所調節的第一時鐘同步節點電子單元處理。
12.根據權利要求11的方法，其中執行基準處理包括採用內部時鐘，及外部時鐘的至少一種執行基準處理。
13.根據權利要求12的方法，其中執行基準處理包括基於所述交叉基準信號作為所述時鐘執行基準處理。
14.根據權利要求11的方法，其中基於所述誤差計算調節所述第一時鐘包括採用鎖相環(PLL)調節所述第一時鐘。
15.根據權利要求11的方法，其中基於所述誤差計算調節第一時鐘包括從所述交叉基準信號設定所述時鐘。
16.根據權利要求11的方法，進一步包括基於所確定的誤差確定第一失步情況；將所述第一失步信號發送給每個處理器。
17.根據權利要求16的方法，其中發送所述第一失步信號給每個處理器包括發送包括至少一個時鐘值的所述第一失步信號。
18.根據權利要求16的方法，進一步包括基於所述第一失步信號和每一個處理器基準信號中的至少一種確定每個節點電子單元的失步信號。
19.根據權利要求11的方法，其中每個時鐘包括時鐘序號，並且其中基於所述交叉基準信號確定第一時鐘誤差包括基於其中所述交叉基準信號包括交叉基準序號的所述交叉基準信號確定第一時鐘誤差。
20.根據權利要求6的方法，其中每個處理器包括校正器函數，並且其中所述方法進一步包括基於所述第一輸入信號和每一個其他輸入信號確定第一輸入信號的狀態。
21.根據權利要求20的方法，其中確定第一輸入信號的狀態包括確定所述第一輸入信號在期望時窗內存在，確定沒有所述第一輸入信號，確定無效第一輸入信號以及確定噪聲第一輸入信號中的至少一個。
22.根據權利要求21的方法，其中確定沒有所述第一輸入信號包括採用監視定時器以確定沒有所述第一輸入信號。
23.根據權利要求20的方法，進一步包括基於所述第一輸入信號和每一個其他輸入信號確定輸入信號誤差，以及發送誤差信號給每個信號源；以及基於所發送的誤差信號調節每個輸入信號。
24.根據權利要求23的方法，其中調節每個輸入信號包括在輸入信號源上採用鎖相環調節每個輸入信號。
25.根據權利要求23的方法，其中調節每個輸入信號包括通過設定採用另一個所述輸入信號的所述信號源來調節每個輸入信號。
26.根據權利要求20的方法，進一步包括基於所轉換的輸入信號產生基準信號，其中當出現第一事件和出現至少一個輸入信號轉變到不合適狀態中的至少一種時改正所述轉換。
27.根據權利要求26的方法，其中產生基準信號包括基於所述輸入信號的優先權順序用提供的輸入信號取代每個不合適的輸入信號。
28.根據權利要求26的方法，其中產生基準信號包括產生其中所述第一事件為至少一個輸入信號丟失的基準信號。
29.根據權利要求20的方法，進一步包括基於所轉換的輸入信號產生基準信號，其中當出現第二事件和出現至少一個輸入信號轉變到不合適狀態中的至少一種時改正所述轉換。
30.根據權利要求29的方法，其中產生基準信號包括基於所述輸入信號的優先權順序用合適的輸入信號取代所提供的輸入信號。
31.根據權利要求29的方法，其中產生基準信號包括產生其中所述第二事件為至少一個輸入信號的恢復的基準信號。
32.根據權利要求29的方法，其中產生基準信號包括基於由所述校正器函數產生的誤差信號產生基準信號。
33.一種用於將計算機系統內的多個處理器同步的裝置，所述計算機系統包括多個處理器，每個所述處理器通信連接到單獨的網絡上，所述單獨的網絡與每個其他網絡相互獨立，所述裝置包括用於從至少一個信號源接收第一速率的多個輸入信號的裝置；用於發送所述輸入信號給基準目標的裝置；以及用於將所述輸入信號轉換成公知的時間基準的裝置。
34.根據權利要求33的裝置，進一步包括用於從所述處理器內部的信號源以及所述多個處理器的任何其他處理器內部的信號源中的至少一個接收多個輸入信號的裝置。
35.根據權利要求33的裝置，進一步包括用於接收多個輸入序號的裝置。
36.根據權利要求35的裝置，進一步包括用於接收多個至少6位長的輸入序號的裝置。
37.根據權利要求35的裝置，進一步包括用於接收多個16位長的輸入序號的裝置。
38.根據權利要求33的裝置，進一步包括用於基於所轉換的輸入信號在每個處理器中產生基準信號的裝置，其中每個基準信號與每個其他處理器中的基準信號為公知的時間關係；以及用於基於每個單獨的基準信號在每個處理器中執行多個處理的裝置。
39.根據權利要求38的裝置，進一步包括用於產生包括基準序號的基準信號的裝置。
40.根據權利要求39的裝置，進一步包括用於產生包括64位長的基準序號的基準信號的裝置。
41.根據權利要求38的裝置，其中所述計算機系統進一步包括多個節點電子單元，每個所述多個節點電子單元通信連接到至少一個網絡上，並且其中所述裝置進一步包括用於發送交叉基準信號到網絡上的裝置，所述交叉基準信號基於所述基準信號。
42.根據權利要求41的裝置，其中每個所述節點電子單元包括至少一個時鐘，並且其中所述裝置進一步包括用於基於第一時鐘執行節點電子單元內部處理的裝置；用於接收節點電子單元上的所述交叉基準信號的裝置；以及用於當接收所述交叉基準信號時執行基準處理的裝置。
43.根據權利要求42的裝置，進一步包括用於基於所述第一時鐘確定所述交叉基準信號的狀態的裝置；用於基於所述第一時鐘記錄所述交叉基準信號的接收時間的裝置；用於基於所述第一時鐘時間，所述交叉基準信號，所確定的交叉基準信號的狀態以及接收所述交叉基準信號的處理器的優先權順序中的至少一種確定第一時鐘誤差的裝置；用於基於所述誤差計算調節所述第一時鐘的裝置；用於基於所調節的第一時鐘同步節點電子單元處理的裝置。
44.根據權利要求43的裝置，進一步包括採用內部時鐘，及外部時鐘的至少一種執行基準處理的裝置。
45.根據權利要求44的裝置，進一步包括基於作為所述時鐘的所述交叉基準信號執行基準處理的裝置。
46.根據權利要求43的裝置，進一步包括採用鎖相環(PLL)調節所述第一時鐘的裝置。
47.根據權利要求43的裝置，進一步包括用於從所述交叉基準信號設定所述時鐘的裝置。
48.根據權利要求43的裝置，進一步包括基於所確定的誤差確定第一失步情況的裝置；以及用於發送所述第一失步信號給每個處理器的裝置。
49.根據權利要求48的裝置，進一步包括用於發送所述第一失步信號的裝置，其中所述第一失步信號包括至少一個時鐘值。
50.根據權利要求48的裝置，進一步包括基於所述第一失步信號以及每個處理器基準信號的至少一種確定每個節點電子單元的失步信號的裝置。
51.根據權利要求43的裝置，其中每個時鐘包括時鐘序號，並且其中所述裝置進一步包括用於基於其中所述交叉基準信號包括交叉基準序號的所述交叉基準信號確定第一時鐘誤差的裝置。
52.根據權利要求38的裝置，其中每個處理器包括校正器函數，並且其中所述裝置進一步包括基於所述第一輸入信號和每個其他輸入信號確定第一輸入信號的狀態的裝置。
53.根據權利要求52的裝置，進一步包括從由用於確定所述第一輸入信號在期望時窗內存在的裝置，用於確定沒有所述第一輸入信號的裝置，用於確定無效第一輸入信號以及確定噪聲第一輸入信號的裝置所組成的組中選擇的至少一種。
54.根據權利要求53的裝置，進一步包括採用監視定時器以確定沒有所述第一輸入信號的裝置。
55.根據權利要求52的裝置，進一步包括基於所述第一輸入信號和每個其他輸入信號確定輸入信號誤差的裝置，以及用於發送誤差信號給每個信號源的裝置；以及用於基於所發送的誤差信號調節每個輸入信號的裝置。
56.根據權利要求55的裝置，進一步包括在輸入信號源上採用鎖相環調節每個輸入信號的裝置。
57.根據權利要求55的裝置，進一步包括通過採用一個其他輸入信號設定所述信號源而調節每個輸入信號的裝置。
58.根據權利要求52的裝置，進一步包括基於所轉換的輸入信號產生基準信號的裝置，其中當出現第一事件和出現至少一個輸入信號轉換成不合適狀態中的至少一種時改正所述轉換。
59.根據權利要求58的裝置，進一步包括基於所述輸入信號的優先權順序用提供的輸入信號取代每個不合適的輸入信號的裝置。
60.根據權利要求58的裝置，其中所述第一事件為至少一個輸入信號的丟失。
61.根據權利要求52的裝置，進一步構造成基於所轉換的輸入信號產生基準信號，其中當出現第二事件和出現至少一個輸入信號轉變為不合適狀態中的至少一種時改正所述轉換。
62.根據權利要求61的裝置，進一步包括用基於輸入信號的優先權順序轉換到合適的輸入信號取代可提供的輸入信號的裝置。
63.根據權利要求61的裝置，其中所述第二事件為至少一個輸入信號的恢復。
64.根據權利要求61的裝置，進一步包括基於由所述校正器函數產生的誤差信號產生基準信號的裝置。
全文摘要
一種系統(10)，包括至少一個主饋電系統(12)，配電總線(14)，多個電力電路開關或斷流器，這裡也稱作斷路器(CB)(16)，以及至少一個負載(18)，例如電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設備，和/或其他電氣設備。使用中，將電力從能源供給主饋電系統(12)，即，例如開關板。該能源諸如從例如核反應堆，燒煤鍋爐，燃氣輪發電機以及柴油發電機獲得動力的蒸汽渦輪機。供給主饋電系統(12)的電力使用斷路器(16)分成多個支路，斷路器(16)將電力提供給工業企業中的各種負載(18)上。另外，在各支路中提供斷路器(16)以有助於保護設備，即，負載(18)，該負載(18)連接在各支路中。
文檔編號H04L1/00GK1639654SQ03804604
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月25日 優先權日2002年2月25日
發明者厄圖格魯爾·伯坎, 馬克·羅伯特·皮爾曼, 伊曼德·安達拉維斯·安達拉維斯, 肖巴哈納·馬尼, 特裡·麥可·託普卡, 尤金·約瑟夫·小奧洛斯基 申請人:通用電氣公司