專(zhuān)利名稱(chēng)：一種網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，屬于數(shù)據(jù)采集
技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著改革開(kāi)放的逐漸深入，電力逐步市場(chǎng)化，用電的供需矛盾逐漸趨于平衡，在此 背景下，用戶(hù)需求從"有電用"變成"有高質(zhì)量、高可靠性的電力能源用"，進(jìn)而提出對(duì)供電質(zhì) 量和供電可靠性要求的需求。配電網(wǎng)自動(dòng)化作為達(dá)到上述目標(biāo)的一種重要技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而 生。 配電自動(dòng)化系統(tǒng)(Distribution Automation System,簡(jiǎn)寫(xiě)為DAS)是一種可 以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)。其內(nèi)容包括 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)，配電地理信息系統(tǒng)(GIS)和需方管理(Demand Side Management,簡(jiǎn)寫(xiě)為DSM)幾個(gè)部分。其中配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控部分是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的 關(guān)鍵 本著"故障檢測(cè)準(zhǔn)確、故障隔離迅速和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)慎重"的原則，配電網(wǎng)自動(dòng)化從運(yùn) 行管理的模式上，正向著分層、分布式、開(kāi)放系統(tǒng)的方向發(fā)展，配電終端設(shè)備逐漸智能化和 一體化，從提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和效率，提高供電質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，充分利用現(xiàn)有 設(shè)備的能力，縮短停電時(shí)間和減少停電面積，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，歷史事件/事故報(bào)警記 錄等方面，為供電系統(tǒng)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和很高的安全保障。 目前，各企業(yè)的配電終端使用的通信協(xié)議并不兼容。傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化或遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) 的RTU僅是一個(gè)完成"上傳數(shù)據(jù)，下達(dá)命令"任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)終端單元。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，人 們愈來(lái)愈傾向于使用一個(gè)微機(jī)化自動(dòng)裝置完成更多的功能，RTU、保護(hù)、錄波器、PLC(可編程 邏輯控制器)以及儀表的界限正在消失。因此，配電自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端正在向綜合性的微 機(jī)化自動(dòng)裝置發(fā)展，除了完成"上傳下達(dá)"任務(wù)外，還能不依賴(lài)于主站完成一些當(dāng)?shù)刈詣?dòng)控制 功能，如低周減載、備用電源自投等。另一方面， 一些過(guò)去相對(duì)獨(dú)立的微機(jī)自動(dòng)化裝置，如線(xiàn) 路、變壓器保護(hù)裝置等，要能夠與主站通信，完成RTU所具有的數(shù)據(jù)采集和控制功能。 從國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒(méi)有一種通信技術(shù)可以很好的滿(mǎn) 足配電系統(tǒng)自動(dòng)化所有層次的需要。在一個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，往往由多種通信技術(shù)組合 成綜合的通信系統(tǒng)，各個(gè)層次按實(shí)際需要采用合適的通信方式。從應(yīng)用的角度看，由于配電 自動(dòng)化存在其本身的特點(diǎn)，如容量大、故障記錄信息及定值遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)方抄表等，傳統(tǒng)的通信 規(guī)約不能夠很好的滿(mǎn)足使用要求，因此給實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化又帶來(lái)了困難。另一方面，由于配 電網(wǎng)和輸電網(wǎng)自身特點(diǎn)不同，輸電網(wǎng)自動(dòng)化許多成熟技術(shù)僅可借鑒，并不能直接使用。種種 原因?qū)е挛覈?guó)目前配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平不高。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)目前市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品所存在的兼容性低、不能靈活配置、數(shù)據(jù)傳送方式單一、
3自治性差等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，它 能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同現(xiàn)場(chǎng)終端單元通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成信息的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)；為滿(mǎn)足不同連 接方式或連接終端的需要，電力黑匣子提供了多種通信端口，在軟硬件設(shè)計(jì)上具有足夠的 帶寬和通信速率并具有很強(qiáng)的通信抗干擾性和安全性；考慮監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)的靈活性、可擴(kuò) 展性以及對(duì)RTU終端的兼容性，所實(shí)用新型的電力黑匣子具有可配置性，能夠?qū)崿F(xiàn)"任意端 口掛接任意設(shè)備"；為滿(mǎn)足不同系統(tǒng)層次的需求，電力黑匣子具有很強(qiáng)的自治性，可以脫離 上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層掛接的RTU模塊的監(jiān)視與控制。 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，由通信 模塊、微控制器模塊、顯示模塊、電源模塊以及配置程序組成。 通信模塊包括RS-485接口 、調(diào)試串口 、以太網(wǎng)接口和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口 。微控制
器模塊包括微控制器、NAND FLASH、SDRAM、DATA FLASH、FRAM以及輔助單片機(jī)電路。顯示模
塊包括11個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指示電源狀態(tài)、RS-485接口以及RS-232
接口的收發(fā)狀態(tài)。電源模塊由相互獨(dú)立的兩個(gè)子模塊組成，其中的一個(gè)模塊為由一個(gè)+3. 3V
鋰電池構(gòu)成的供電電路，用于在電力黑匣子斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正常運(yùn)行。 本實(shí)用新型具有可配置性，配置程序運(yùn)行于上位PC機(jī)中，用于對(duì)電力黑匣子的端
口掛接設(shè)備進(jìn)行配置。 RS-485接口其端口數(shù)量為4個(gè)，每一個(gè)端口均支持硬件數(shù)據(jù)流方向控制；所述的 調(diào)試串口用于實(shí)現(xiàn)電力黑匣子與上位機(jī)之間的命令交互；所述的以太網(wǎng)接口為l個(gè)自適應(yīng) 10/100M全雙工以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，用于以有線(xiàn)方式傳送電力黑匣子所 采集的數(shù)據(jù)；所述的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口至少掛接一個(gè)CDMA/GPRS/GSM終端，實(shí)現(xiàn)電力黑匣 子所采集數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸。RS-485接口對(duì)于掛接在其各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀 表)的數(shù)量、類(lèi)型可通過(guò)配置程序在上位機(jī)中進(jìn)行任意配置。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1.數(shù)據(jù)傳送方式種類(lèi)豐富，配置靈活， 適用環(huán)境、范圍廣泛；2.采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信格式，以不同方式接入的各種數(shù)據(jù)采集終 端能夠以統(tǒng)一的流程與遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)通信；3.系統(tǒng)采用智能化監(jiān)控、診斷算法，能夠自動(dòng) 實(shí)現(xiàn)通信、終端設(shè)備等的故障定位、隔離；4.存儲(chǔ)容量大，能夠儲(chǔ)存三個(gè)月以上的歷史故 障、定值信息等數(shù)據(jù)；5.出現(xiàn)通信故障時(shí)，不影響系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)，可靠性高； 6.能夠脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，自治性好。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本實(shí)用新型的功能模塊圖。 圖2為單個(gè)RS-485接口電路原理圖。 圖3為以本實(shí)用新型為核心的設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖4為本實(shí)用新型內(nèi)嵌的火災(zāi)綜合預(yù)警算法的程序流程圖。 圖5為適用于本實(shí)用新型的配置程序在上位機(jī)中的運(yùn)行界面之一。
具體實(shí)施方式
如附圖1所示，網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子包括通信模塊1、微控制器模塊2、顯示模塊3、電源模塊4以及配置程序5。 通信模塊1包括RS-485接口 6、調(diào)試串口 7、以太網(wǎng)接口 8和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口 9。其中RS-485接口 6的接口數(shù)量總共為4個(gè)，單個(gè)RS-485接口 6的電路原理圖如圖2 所示，電路中采用SN75LBC184芯片將微控制器本身自帶的異步串行總線(xiàn)轉(zhuǎn)換為485總線(xiàn)， 該芯片具有抗雷擊的特性，抗外界干擾能力強(qiáng)，同時(shí)采用6N137高速光耦實(shí)現(xiàn)微控制器與 SN75LBC184之間的隔離，通過(guò)對(duì)SN75LBC184芯片DE端的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)接口硬件數(shù) 據(jù)流方向的控制，使用過(guò)程中RS-485接口用于掛接各種數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)；上位 機(jī)通過(guò)調(diào)試串口 7連接到本實(shí)用新型，可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的命令交互；以太網(wǎng)接口 8為l個(gè) 自適應(yīng)10/100M全雙工以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，借此可以將本實(shí)用新型所 采集的數(shù)據(jù)以有線(xiàn)的方式傳送至上位子站或遠(yuǎn)程主站；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口 9至少掛接一個(gè) CDMA/GPRS/GSM終端，用以將本實(shí)用新型所采集的數(shù)據(jù)以無(wú)線(xiàn)的方式傳送至上位子站或遠(yuǎn) 程主站。實(shí)際智能配電應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖3所示。 微控制器模土央2包括微控制器10、 NAND FLASHll、 SDRAM12、 DATAFLASH13、 FRAM14 以及輔助單片機(jī)電路15。微控制器IO使用的是ATMEL公司ARM9系列AT91SAM9260處理器； NAND FLASHll的容量為256M ;SDRAM12的容量為64M ;DATA FLASH13的容量為8M ;FRAM14 的容量為2KB ;輔助單片機(jī)電路15包括一片AT89C2051單片機(jī)、一片DS1232看門(mén)狗芯片、 一個(gè)ATQ209信號(hào)繼電器。所述微控制器10和輔助單片機(jī)電路15均包括時(shí)鐘電路。該模 塊完成的功能包括對(duì)以不同方式接入的各種數(shù)據(jù)采集終端能夠以統(tǒng)一的流程與子站或主 站通信，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)通信格式；嵌入式系統(tǒng)內(nèi)采用智能化監(jiān)控、診斷算法(包括但不僅限于 火災(zāi)綜合預(yù)警算法、電力情況綜合指數(shù)等)，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通信、終端設(shè)備等的故障定位、隔 離；具備大存儲(chǔ)容量，能夠儲(chǔ)存三個(gè)月以上的歷史故障、定值信息等數(shù)據(jù)；由于具有故障隔 離功能，當(dāng)系統(tǒng)任一部分出現(xiàn)通信故障時(shí)，不影響系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的正常存儲(chǔ)，可靠性高， 由于本實(shí)用新型本身具有自治性，對(duì)于不需要子站或遠(yuǎn)程主站的用戶(hù)，能夠脫離上位機(jī)獨(dú) 立運(yùn)行，適用用戶(hù)群體廣泛。 顯示模塊3包括11個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指示電源狀態(tài)、RS-485 接口以及RS-232接口的收發(fā)狀態(tài)等。 電源模塊4由相互獨(dú)立的兩個(gè)子模塊組成， 一個(gè)模塊是以Powerlntegrations公 司的T0P243Y芯片為核心的開(kāi)關(guān)電源，用于在正常工作時(shí)給本實(shí)用新型的各部件供電；另 一模塊為由一個(gè)+3. 3V鋰電池構(gòu)成的供電電路，用于在本實(shí)用新型斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正 常運(yùn)行。 配置程序5運(yùn)行于上位PC機(jī)(子站或遠(yuǎn)程主站均可)中，用于對(duì)掛接在本實(shí)用新 型RS-485接口 6各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)的數(shù)量、類(lèi)型進(jìn)行任意配置，從而 使得本實(shí)用新型具有可配置性。 本實(shí)用新型軟件系統(tǒng)基于嵌入式Li皿x系統(tǒng)的移植、裁剪技術(shù)、并在此基礎(chǔ)上開(kāi) 發(fā)了多種智能算法及應(yīng)用程序，在軟件可靠性設(shè)計(jì)、硬件模塊的設(shè)計(jì)與選型等方面均滿(mǎn)足 了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。
權(quán)利要求一種網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于由通信模塊(1)、微控制器模塊(2)、顯示模塊(3)、電源模塊(4)以及配置程序(5)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的通信模塊(1)包括RS-485接口 (6)、調(diào)試串口 (7)、以太網(wǎng)接口 (8)和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口 (9)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的微控制器模塊(2) 包括微控制器(10)、NAND FLASH(ll) 、SDRAM(12) 、DATAFLASH(13) 、FRAM(14)以及輔助單片 機(jī)電路(15)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的顯示模塊(3)包括 11個(gè)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)，分別用于指示電源狀態(tài)、RS-485接口以及RS-232接口的 收發(fā)狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的電源模塊(4)由相 互獨(dú)立的兩個(gè)子模塊組成，其中的一個(gè)模塊為由一個(gè)+3. 3V鋰電池構(gòu)成的供電電路，用于 在電力黑匣子斷電時(shí)維持系統(tǒng)時(shí)鐘正常運(yùn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的網(wǎng)絡(luò) 型電力黑匣子具有可配置性，配置程序(5)運(yùn)行于上位PC機(jī)中，用于對(duì)電力黑匣子的端口 掛接設(shè)備進(jìn)行配置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的RS-485接口 (6)其 端口數(shù)量為4個(gè)，每一個(gè)端口均支持硬件數(shù)據(jù)流方向控制；所述的調(diào)試串口 (7)用于實(shí)現(xiàn)電 力黑匣子與上位機(jī)之間的命令交互；所述的以太網(wǎng)接口 (8)為1個(gè)自適應(yīng)10/100M全雙工 以太網(wǎng)，帶有隔離變壓器和狀態(tài)指示燈，用于以有線(xiàn)方式傳送電力黑匣子所采集的數(shù)據(jù)；所 述的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接口 (9)至少掛接一個(gè)CDMA/GPRS/GSM終端，實(shí)現(xiàn)電力黑匣子所采集數(shù) 據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，其特征在于所述的RS-485接口 (6)對(duì) 于掛接在其各端口上的數(shù)據(jù)采集終端(電力儀表)的數(shù)量、類(lèi)型可通過(guò)配置程序(5)在上 位機(jī)中進(jìn)行任意配置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)型電力黑匣子，屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型由電源模塊、微控制器模塊、通信模塊、顯示模塊、上位機(jī)配置程序等組成。電源模塊用于提供電源給微控制器模塊和通信模塊；微控制器模塊以嵌入式處理器ARM9為核心，外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器FLASH和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SDRAM；通信模塊具有多個(gè)不同種類(lèi)的通訊端口；顯示模塊用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。所述電力黑匣子通過(guò)RS-485和RS-232端口掛接各種數(shù)據(jù)采集終端，能夠通過(guò)以太網(wǎng)、CDMA/GPRS/GSM等實(shí)現(xiàn)與上位管理單元的通信。本實(shí)用新型數(shù)據(jù)傳送方式種類(lèi)豐富，配置靈活，能夠脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，自治性好。
文檔編號(hào)H02J13/00GK201509102SQ20092017531
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者張揚(yáng), 曲延濱, 李軍遠(yuǎn), 李支柱, 辛國(guó)棟 申請(qǐng)人:威海華通開(kāi)關(guān)設(shè)備有限公司