專(zhuān)利名稱(chēng):數(shù)字化變電站管理單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變電站管理單元，特別是一種數(shù)字化變電站管理單元，它在電網(wǎng)控制、輸變電自動(dòng)化系統(tǒng)中具有數(shù)據(jù)交換處理和繼電保護(hù)管理功能。
背景技術(shù)：
隨著電力需求增大，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜化。近年來(lái)，隨著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用不斷提出新的要求。特別是在電網(wǎng)控制和輸變電自動(dòng)化領(lǐng)域中，集電力控制、通訊、電子和工業(yè)IT技術(shù)為一體的最新應(yīng)用成為技術(shù)應(yīng)用的前沿課題。
當(dāng)前，絕大多數(shù)電網(wǎng)控制和輸變電自動(dòng)化領(lǐng)域中的通訊處理器或服務(wù)器產(chǎn)品都是基于微處理器的數(shù)字產(chǎn)品，它們支持基于串行、CAN、以太網(wǎng)的通訊方式，能夠執(zhí)行控制命令、向與之相連的智能電子設(shè)備采集、發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管理和控制功能。
但是，該類(lèi)產(chǎn)品一般都是基于PCI總線(xiàn)、Campact PCI總線(xiàn)的，弊端是速度低、互換性差、接口設(shè)計(jì)困難、無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性差等；特別是隨著應(yīng)用需求的不斷提高，這些產(chǎn)品硬件的不足逐漸顯現(xiàn)支持的通訊端口種類(lèi)、數(shù)量和網(wǎng)速有限，不能滿(mǎn)足當(dāng)前系統(tǒng)對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的、多以太網(wǎng)/串行端口、結(jié)合多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、優(yōu)先的規(guī)約、易于處理變電站集成任務(wù)的需求；CPU速度和存儲(chǔ)能力有限，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化的變電站集成對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)需求；不支持或支持有限的網(wǎng)絡(luò)管理功能，如VPN、數(shù)據(jù)加密、VoIP、視頻應(yīng)用等，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化的電力信息系統(tǒng)對(duì)變電站控制/監(jiān)視系統(tǒng)的最新需求；不兼容IEC61850，不符合電力通訊最新發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種互換性好、接口設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字化變電站管理單元。
本發(fā)明所要進(jìn)一步解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能輕松實(shí)現(xiàn)不同外部設(shè)備的互聯(lián)互換的數(shù)字化變電站管理單元。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為該數(shù)字化變電站管理單元，包括有中央處理子系統(tǒng)、至少一個(gè)IO端口子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)；其中IO端口子系統(tǒng)提供有至少一個(gè)串行端口，至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，至少一個(gè)CAN端口，用來(lái)與不同外部設(shè)備相連接；電源子系統(tǒng)用來(lái)提供整個(gè)單元的各路供電；其特征在于所述的各個(gè)IO端口子系統(tǒng)均通過(guò)以太網(wǎng)總線(xiàn)與中央處理子系統(tǒng)相連。
其中所述的中央處理子系統(tǒng)可以有一個(gè)以上。
其中電源子系統(tǒng)可以包括至少二個(gè)獨(dú)立的電源模塊，并且在其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)切換至其余的電源模塊。
其中IO端口子系統(tǒng)可以包括有數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊，與連接至端口的外部設(shè)備進(jìn)行通信；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)從外部設(shè)備中采集的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)從外部設(shè)備中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；以及端口自動(dòng)配置模塊，在與外部設(shè)備通信之前，由該自動(dòng)配置模塊根據(jù)與選定端口連接的外部設(shè)備種類(lèi)，在事先保存的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)端口進(jìn)行配置。
所述的端口配置包括通信參數(shù)、控制方式和應(yīng)用功能的配置；其中通信參數(shù)包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位；所述的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送包括通用的異步網(wǎng)絡(luò)通信和/或CAN總線(xiàn)通信；所述的IO端口子系統(tǒng)還可以提供至少一種以下端口之一或其組合USB端口、VoIP端口、VGA端口、DIO端口、AIO/AC端口；所述的外部設(shè)備可以是以下之一或其組合具有串口的電子設(shè)備，具有網(wǎng)絡(luò)端口的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，具有USB端口的移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、多功能一體機(jī)，具有CAN總線(xiàn)的CAN通信設(shè)備，具有VoIP端口的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)，具有VGA端口的視頻設(shè)備，具有DIO端口的一次設(shè)備，具有AIO/AC端口的一次設(shè)備；所述的數(shù)字化變電站管理單元還包括有以下接口之一或其組合對(duì)時(shí)接口、對(duì)時(shí)天線(xiàn)接口、電源接口；其中與對(duì)時(shí)接口相連的外部設(shè)備可以是IRIG-B、1PPS或NTP；與對(duì)時(shí)天線(xiàn)接口相連的外部設(shè)備可以是GPS時(shí)間同步時(shí)鐘；所述的數(shù)字化變電站管理單元還可以包括有網(wǎng)絡(luò)路由模塊、IP過(guò)濾模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊、協(xié)議規(guī)則解析模塊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于采用以太網(wǎng)總線(xiàn)架構(gòu)，不但速度快而且互換性好、接口設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，并且結(jié)合特有的對(duì)端口的自動(dòng)配置技術(shù)，從而能輕松實(shí)現(xiàn)不同外部設(shè)備的互聯(lián)互換，使其集數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)、路由器、防火墻、時(shí)鐘對(duì)時(shí)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)于一身成為可能。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的應(yīng)用例示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的機(jī)箱前面板圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的機(jī)箱后面板圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一增加DIO擴(kuò)展板后的面板圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例一的PCB板分解和安裝圖。
圖7為圖6中主CPU模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖8為圖6中用于IO子系統(tǒng)和VoIP子系統(tǒng)的Cool Module圖。
圖9為圖6中CPU的一個(gè)子系統(tǒng)主板原理圖。
圖10為圖6中CPU-T板的原理圖。
圖11為圖6中Ether-T板的原理圖。
圖12為圖6中GPS-T板的原理圖。
圖13為圖6中PS-T板的原理圖。
圖14為圖6中CAN-T板的原理圖。
圖15為圖6中SIO子系統(tǒng)的原理圖。
圖16為圖6中DIO子系統(tǒng)的原理圖。
圖17為圖6中VoIP子系統(tǒng)的原理圖(不應(yīng)用Cool Module)。
圖18為圖6中VoIP子系統(tǒng)的又一種原理圖(應(yīng)用Cool Module)。
圖19為本發(fā)明實(shí)施例一的高級(jí)軟件數(shù)據(jù)流和控制流程圖。
圖20為本發(fā)明實(shí)施例一的IED透明訪(fǎng)問(wèn)示意圖。
圖21為本發(fā)明實(shí)施例一的數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)流程圖。
圖22為本發(fā)明實(shí)施例一的規(guī)約轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流程圖。
圖23為本發(fā)明實(shí)施例一的PLC數(shù)據(jù)流程圖。
圖24為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖25為本發(fā)明實(shí)施例二的PCB板分解和安裝圖。
圖26為本發(fā)明實(shí)施例二的前后面板圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1～23所示，為本發(fā)明的實(shí)施例一；圖1顯示了本發(fā)明實(shí)施例一的一個(gè)應(yīng)用例，其中變電站層包括設(shè)備級(jí)BCU、繼電器、RTU等IED設(shè)備；通訊級(jí)數(shù)字化變電站管理單元及與之相連的打印機(jī)、顯示器、電話(huà)機(jī)、衛(wèi)星天線(xiàn)、用于本地設(shè)備維護(hù)的計(jì)算機(jī)；子站級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；打印機(jī)等輸出設(shè)備。
數(shù)字化變電站管理單元與設(shè)備級(jí)各電子設(shè)備可以通過(guò)基于TCP/IP、串行通訊、CAN總線(xiàn)方式通訊，還可以通過(guò)DIO和AIO端子直接向各電子設(shè)備采集和發(fā)送數(shù)字和模擬信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)各端口與其它通訊級(jí)的設(shè)備通訊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)入子站級(jí)層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
數(shù)字化變電站管理單元通過(guò)TCP/IP和串行通訊與中心站層設(shè)備通訊，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，接受各種指令。
數(shù)字化變電站管理單元的端口分為串口連接支持串行通訊的設(shè)備，如設(shè)備層的BCU、繼電器、RTU等IED設(shè)備；控制中心/保護(hù)管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；打印機(jī)等；維護(hù)口；以串行通訊方式連接計(jì)算機(jī)，供維護(hù)本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元；以太網(wǎng)口連接支持以太網(wǎng)、光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)備，如設(shè)備層的BCU、繼電器、RTU等IED設(shè)備；控制中心/保護(hù)管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；局域網(wǎng)內(nèi)其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等；CAN口連接支持CAN總線(xiàn)通訊的設(shè)備USB口連接支持USB通訊的設(shè)備，如打印機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等VGA口連接支持VGA的視頻設(shè)備，如顯示器等VoIP口通過(guò)電話(huà)線(xiàn)連接電話(huà)機(jī)等音頻設(shè)備，與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它IP電話(huà)進(jìn)行語(yǔ)音通訊。
DIO端子連接至設(shè)備層設(shè)備的數(shù)字信號(hào)輸入、控制輸出端子，采集信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制AIO端子連接至設(shè)備層設(shè)備的模擬信號(hào)輸入輸出端子，采集模擬數(shù)據(jù)天線(xiàn)接口連接外部對(duì)時(shí)設(shè)備的天線(xiàn)端子，如GPS時(shí)間同步時(shí)鐘，接收對(duì)時(shí)信號(hào)。
IRIG-B/PPS輸入/輸出端子連接外部對(duì)時(shí)設(shè)備的IRIG-B/PPS輸入/輸出端子，接收外部IRIG-B/PPS信號(hào)。
電源接口連接電源輸入端子。
本實(shí)施例的前面板上有串口、網(wǎng)口、電源、CPU、VGA、VoIP電話(huà)、運(yùn)行、RST復(fù)位和主機(jī)值班信號(hào)指示燈，電源開(kāi)關(guān)*2，維護(hù)口*4，以太網(wǎng)口*2，USB口*2，串口*2，參見(jiàn)圖2。
本實(shí)施例的后面板上有VoIP的Phone口*4、串口*48、CAN口*2、USB口*2、以太網(wǎng)口*5、VGA口*2、天線(xiàn)接口*2、IRIG-B/PPS輸入端子*4/輸出端子*12、電源輸入端口*2、以太網(wǎng)指示燈，參見(jiàn)圖3。
本實(shí)施例還安裝有DIO擴(kuò)展板，則前面板增加DIO電源指示燈、維護(hù)口*1；后面板增加DO端子*16、DI端子*18，參見(jiàn)圖4；如果，還安裝有AIO擴(kuò)展板，則前面板還增加DIO電源指示燈、維護(hù)口。
如圖5所示，本實(shí)施例基于以太網(wǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)，由三個(gè)子系統(tǒng)共同工作實(shí)現(xiàn)各種功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成如下中央處理(CPU)子系統(tǒng)
這是數(shù)字化變電站管理單元的心臟，本實(shí)施例為同時(shí)安裝有2個(gè)CPU子系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，支持通過(guò)通訊端口的通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能，并且每個(gè)CPU子系統(tǒng)均通過(guò)以太網(wǎng)系統(tǒng)總線(xiàn)控制IO端口子系統(tǒng)的各個(gè)IO端口子系統(tǒng)。
IO端口子系統(tǒng)這是IO擴(kuò)展部分，包括串口擴(kuò)展(SIO子系統(tǒng))、二進(jìn)制/數(shù)字IO擴(kuò)展(DIO子系統(tǒng))、模擬IO擴(kuò)展(AIO子系統(tǒng))、VoIP子系統(tǒng)及其他的子系統(tǒng)。其中VoIP子系統(tǒng)是特殊的IO擴(kuò)展系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)具有IP功能的語(yǔ)音通訊。
電源子系統(tǒng)電源子系統(tǒng)支持具有自動(dòng)負(fù)荷共享和自動(dòng)故障切換功能的雙電源模塊，使系統(tǒng)可靠性更高。
本發(fā)明中應(yīng)用系統(tǒng)總線(xiàn)用以支持各子系統(tǒng)間的內(nèi)部連接和每個(gè)系統(tǒng)的印刷電路板內(nèi)部連接。為最大化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置的可行性和可靠性，本實(shí)施例的系統(tǒng)總線(xiàn)支持2個(gè)主CPU子系統(tǒng)和4個(gè)IO子系統(tǒng)；前三個(gè)IO子系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)完全一樣，均可接受DIO子系統(tǒng)、SIO子系統(tǒng)和AIO子系統(tǒng)；第四個(gè)子系統(tǒng)具有特殊形式要素和電子信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)以支持VoIP子系統(tǒng)。
如圖6所示，本實(shí)施例被設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)組件(模塊)，主CPU模塊、Cool Module等模塊。
如圖7所示，本實(shí)施例的主CPU模塊是基于PowerQUICCIITM的CPU設(shè)計(jì)的，選用Motorola MPC8270PowerQUICCIITM，主要由3種總線(xiàn)擴(kuò)展MPC827060x總線(xiàn)用于連接SDRAM、Flash、SRAM和擴(kuò)展總線(xiàn)；PCI總線(xiàn)用于連接VGA控制器、USB控制器和PCI-104擴(kuò)展總線(xiàn)連接器；I2C在該總線(xiàn)上，連接RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)和EEPROM。也可伸展至擴(kuò)展連接器供進(jìn)一步擴(kuò)展。
所有的MPC8270 CPM IO pin(插頭)都伸展到擴(kuò)展連接器以保持最大的彈性。提供3種擴(kuò)展插頭EXP160x擴(kuò)展總線(xiàn)。提供16位數(shù)據(jù)線(xiàn)、20位地址線(xiàn)、芯片選擇線(xiàn)和控制線(xiàn)。
EXP2MPC8270的全部CPM IO pin(插頭)PCI-104120pin PCI-104格式的PCI總線(xiàn)。支持一個(gè)外部主PCI和多個(gè)備PCI。
如圖8所示，該用于IO子系統(tǒng)和VoIP子系統(tǒng)的Cool Module為基于MCF5282的CPU設(shè)計(jì)，MCF5282是廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域Coldfire的微處理器的一個(gè)型號(hào)。MCF5282具有ColdFire的可變長(zhǎng)度的RISC內(nèi)核，置于芯片上的Flash、SRAM、快速以太網(wǎng)控制器和其它外圍設(shè)備。
本實(shí)施例的主CPU設(shè)計(jì)為基于MPC8270主CPU模塊。除了主CPU模塊提供的端口之外，還有以下的增加
①增加了3個(gè)10/100Base-T快速以太網(wǎng)口。這種擴(kuò)展使得CPU子系統(tǒng)能夠支持6個(gè)快速以太網(wǎng)端口，其中2個(gè)是100Base-FX或10/100Base-T，4個(gè)端口是10/100Base-T。由于需要達(dá)到工業(yè)溫度范圍和CPU總線(xiàn)接口，采用SMSCLAN91C111擴(kuò)展快速以太網(wǎng)。
②通過(guò)采用SMSCLAN91C111增加了另一個(gè)10/100Base-T快速以太網(wǎng)口。該端口用于實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊。
③增加2個(gè)Can總線(xiàn)控制器實(shí)現(xiàn)雙CAN。通常有2種方式擴(kuò)展CAN接口。一種是使用平行總線(xiàn)。Philips SJA-1000就是常用的standalone平行CAN控制器。另一種方式是使用SPI接口實(shí)現(xiàn)CAN功能。典型的SPI接口CAN控制器芯片包括MicrochipMCP2510和MCP2515，其中以MCP2515為佳。考慮主CPU模塊支持高速的SPI總線(xiàn)并且SPI是由MPC8270 CPU的CPM管理的，這樣可以使主CPU模塊從處理傳輸和接收CAN信息的工作中解脫出來(lái)。采用2個(gè)MCP2515芯片實(shí)現(xiàn)雙CAN總線(xiàn)。采用ADiCouple絕緣芯片實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)絕緣。該芯片基于Analog Davies’s的新技術(shù)，提供2.5kV或5kV絕緣。
④采用一個(gè)CPLD協(xié)調(diào)CPU和IO，并輔以實(shí)現(xiàn)IRIG-B編碼/解碼功能。雙CPU開(kāi)關(guān)控制也在這里實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)基于主CPU模塊的下述IO功能①實(shí)現(xiàn)基于主CPU模塊上3個(gè)FCC端口的快速以太網(wǎng)功能。采用Intel LXT971快速以太網(wǎng)PHY，因?yàn)樗С?0/100Base-T和100Base-FX。
②VGA③采用2個(gè)MIC2076雙通道電力分配芯片為4個(gè)USB端口供電。其中2個(gè)USB端口在前面板，另2個(gè)在后面板。
④在SMC1實(shí)現(xiàn)維護(hù)口功能。
⑤SMC2口連至后面板總線(xiàn)連接器以連接GPS串口。
⑥采用4個(gè)SCC端口實(shí)現(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)與IO子系統(tǒng)和VoIP子系統(tǒng)的連接。實(shí)現(xiàn)10Base-T以太網(wǎng)口的全部功能，并連至后面板總線(xiàn)連接器。這種實(shí)現(xiàn)方式可以最大化實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可行性，并且也易于擴(kuò)展設(shè)備的容量。采納這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以支持雙CPU。
本實(shí)施例的CPU子系統(tǒng)是由多個(gè)PCB板實(shí)現(xiàn)的，其中一個(gè)PCB板是如圖9所示的CPU板，該板上有連接主CPU模塊的插座。該板安裝至本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的前面板上。
如圖10所示，是一個(gè)終端PCB板，安裝至本實(shí)施例的后面板上，該板實(shí)現(xiàn)2個(gè)USB端口、一個(gè)VGA端口、3個(gè)10/100Base-T快速以太網(wǎng)口(其中兩個(gè)可配置為100Base-FX)的功能。
如圖11所示，為本實(shí)施例的CPU子系統(tǒng)中Ether-T板，這是一個(gè)終端PCB板，安裝至本實(shí)施例的后面板上。該板能夠?qū)崿F(xiàn)由SMSCLAN91C111芯片擴(kuò)展的3個(gè)10/100Base-T以太網(wǎng)口的功能。在本實(shí)施例中，兩個(gè)CPU子系統(tǒng)共有6個(gè)快速以太網(wǎng)口，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)控制切換至運(yùn)行中的子系統(tǒng)的3個(gè)快速以太網(wǎng)口；當(dāng)然，還可以增加其它類(lèi)型的Ether-T板來(lái)支持其他的實(shí)施形態(tài)。如只切換至1個(gè)或2個(gè)以太網(wǎng)口，而其他的以太網(wǎng)口不打開(kāi)；還可以增加以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器來(lái)支持更多的100Base-FX端口。
如圖12所示，本實(shí)施例的CPU子系統(tǒng)中GPS-T板，這是一個(gè)多功能終端PCB板，安裝至本實(shí)施例的后面板上。該板通過(guò)天線(xiàn)連接器支持雙GPS模塊。一個(gè)3pin的Phoenix終端連接器連出至form-C格式的雙CPU冗余切換狀態(tài)繼電連接器(relay contact)。一個(gè)16pin的Phoenix終端連接器連出至雙機(jī)切換繼電連接器(relay contact)，并接受來(lái)自本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元之外的冗余切換繼電連接器輸入。一個(gè)2pin的Phoenix終端連接器用于連接1PPS或IRIG-B信號(hào)輸入。
如圖13所示，為本實(shí)施例的CPU子系統(tǒng)中的PS-T板，這是一個(gè)多功能終端PCB板。該板的主要功能是將電源輸入口與電源連接，此外，還實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量通道功能，它接受wall電力來(lái)源作為輸入信號(hào)以測(cè)量電力系統(tǒng)頻率。
如圖14所示，本實(shí)施例CPU子系統(tǒng)中的CAN-T板，CAN-T板是一個(gè)CAN總線(xiàn)終端板，最多支持2個(gè)CAN總線(xiàn)切換。為支持雙CPU冗余，第二個(gè)CPU子系統(tǒng)前面板上增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)鍵。該鍵用來(lái)選擇正常運(yùn)行的CPU子系統(tǒng)。正常情況下，運(yùn)行中的CPU定期與備用CPU通訊。如果備用CPU未收到TBD時(shí)間像心臟跳動(dòng)似的信號(hào)，就切換為主CPU。主CPU模塊的一個(gè)擴(kuò)展的以太網(wǎng)用于支持雙CPU通訊。
如圖15所示，為本實(shí)施例中的SIO子系統(tǒng)，SIO子系統(tǒng)基于Cool Module設(shè)計(jì)。每個(gè)SIO子系統(tǒng)支持16個(gè)串口。每個(gè)SIO子系統(tǒng)還支持1個(gè)CAN總線(xiàn)。每個(gè)SIO子系統(tǒng)有兩種PCB板①SIO板板子上有連接Cool Module的插頭。板子安裝在本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的前面板上。16個(gè)串口是由常用的SC16C554D 4通道通用異步收發(fā)器(QUART)芯片支持的。
②SIO-T終端板板子安裝在本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的后面板上。每個(gè)板子相互絕緣，將8個(gè)串口分別以用IRIG信號(hào)與8個(gè)DB9連接器相連。端口1至端口4支持EIA-232C或EIA-422，可選擇硬件跳線(xiàn)。端口5至端口8支持EIA-232C或EIA-485，可硬件跳線(xiàn)。每個(gè)SIO子系統(tǒng)最多可容納2個(gè)SIO-T板。SIO-T板還可以將IRIG-B信號(hào)分配至DB9連接器。
如圖16所示，為本實(shí)施例的DIO子系統(tǒng)，DIO子系統(tǒng)基于Cool Module設(shè)計(jì)。支持32至64個(gè)光學(xué)絕緣連接輸入和12至24個(gè)具有SBO能力的繼電控制輸出。
每個(gè)DIO子系統(tǒng)具有3種PCB板①DIO板板子上有連接Cool Module的插頭。板子安裝在本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的前面板上。
②DO-T終端板該板子安裝在本實(shí)施例的后面板上，具有12個(gè)具有獨(dú)立的分合操作繼電器和獨(dú)立的執(zhí)行繼電器的控制繼電輸出。繼電控制輸出支持SBO(選擇后執(zhí)行操作)。繼電接觸器在每個(gè)繼電器的以form A(正常的開(kāi)啟)接觸器中安排。
③DI-T終端板該板子安裝在本實(shí)施例的后面板上，具有32個(gè)光學(xué)絕緣接觸器輸入。
每個(gè)DIO子系統(tǒng)支持一個(gè)DIO板和2個(gè)終端板(DO-T和/或DI-T)。DO-T和DI-T之間可互換。將自動(dòng)識(shí)別DO-T和DI-T的配置。每個(gè)DIO子系統(tǒng)有效的DIO容量組合有64DI DIO+2*DI-T32DI、12DODIO+1*DI-T+1*DO-T24DO DIO+2*DO-T考慮到每臺(tái)本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元最多支持3個(gè)DIO系統(tǒng)，則每臺(tái)服務(wù)器最多支持72個(gè)DO或192個(gè)DI。
如圖17所示，為本實(shí)施例中不應(yīng)用Cool Module的VoIP子系統(tǒng)圖，該VoIP子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基于DSP，支持10/100Base-T連接系統(tǒng)總線(xiàn)接口。為支持雙CPU冗余，使用一個(gè)基于繼電器的開(kāi)關(guān)在這兩條系統(tǒng)總線(xiàn)之間轉(zhuǎn)換。開(kāi)關(guān)由總線(xiàn)傳來(lái)的運(yùn)行信號(hào)控制。
如圖18所示，為本實(shí)施例中應(yīng)用Cool Module的VoIP子系統(tǒng)圖，用來(lái)實(shí)現(xiàn)與主CPU通訊，采用雙端口的RAM作為Cool Module和VoIP DSP系統(tǒng)的接口。在這種方式下，Cool Module負(fù)責(zé)以太網(wǎng)連接和冗余切換。
每個(gè)VoIP子系統(tǒng)有2個(gè)PCB板DAC板這是主DSP板，安裝在本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的前面板上。
VoIP-T終端板該板支持標(biāo)準(zhǔn)的電話(huà)機(jī)接口，安裝在本專(zhuān)利數(shù)字化變電站管理單元的后面板上。
圖19顯示了本實(shí)施例的高級(jí)軟件數(shù)據(jù)流和控制流程。
圖20顯示了本實(shí)施例的IED透明訪(fǎng)問(wèn)流程。
圖21顯示為本實(shí)施例的數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)流程。
圖22顯示了本實(shí)施例的規(guī)約轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流程。
圖23顯示了本實(shí)施例的PLC數(shù)據(jù)流程。
圖24為本發(fā)明的實(shí)施例二，以插卡方式安裝在D20 RTU的Modem槽里，本實(shí)施例基于主CPU模塊，采用3個(gè)FCC實(shí)現(xiàn)快速以太網(wǎng)口功能、4個(gè)SCC作為4個(gè)串口支持串行通訊、SMC1口支持前面板維護(hù)口、SPI口擴(kuò)展CAN總線(xiàn)，使用主CPU模塊的其它IO pin作為離散輸入輸出。
本實(shí)施例的主CPU模塊是基于PowerQUICCIITM的CPU設(shè)計(jì)的，同樣也選用Motorola MPC8270PowerQUICCIITM，主板設(shè)計(jì)為基于MPC8270主CPU模塊，并增加了以下I/O①2個(gè)Can總線(xiàn)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)雙CAN。選擇2個(gè)MCP2515芯片實(shí)現(xiàn)雙Can總線(xiàn)。
為實(shí)現(xiàn)Can總線(xiàn)絕緣，選擇AD iCouple絕緣芯片。該芯片基于Analog Davies’s新技術(shù)，提供2.5kV或5kV絕緣。
②基于快速以太網(wǎng)的3個(gè)主CPU模塊FCC端口。采用3個(gè)Intel LXT971 PHY實(shí)現(xiàn)10/100Base-T端口。其中一個(gè)連至前面板和后面板，但同一時(shí)間只可以使用一個(gè)端口。
③SMC1實(shí)現(xiàn)維護(hù)口功能。
④采用一個(gè)CPLD協(xié)調(diào)CPU和IO并實(shí)現(xiàn)IRIG-B編碼/解碼功能。
采用4個(gè)SCC端口實(shí)現(xiàn)4個(gè)串口功能。
本實(shí)施例除了主CPU模塊和基礎(chǔ)PCB板，為了將所有的信號(hào)傳遞到后面板，采用一個(gè)單獨(dú)接口PCB板，該接口板置于后面板主板的上方，在這個(gè)板上，安裝2個(gè)DB15連接器連至串行端口和CAN總線(xiàn)端口，參見(jiàn)圖25。
本實(shí)施例的前面板上有LED狀態(tài)指示燈、一個(gè)維護(hù)口和一個(gè)10/100Base-T以太網(wǎng)口用于下載編碼，后面板有3個(gè)以太網(wǎng)口、串口、IRIG-B/1PPS端子等，參見(jiàn)圖26。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化變電站管理單元，包括有中央處理子系統(tǒng)、至少一個(gè)IO端口子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)；其中IO端口子系統(tǒng)提供有至少一個(gè)串行端口，至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，至少一個(gè)CAN端口，用來(lái)與不同外部設(shè)備相連接；電源子系統(tǒng)用來(lái)提供整個(gè)單元的各路供電；其特征在于所述的各個(gè)IO端口子系統(tǒng)均通過(guò)以太網(wǎng)總線(xiàn)與中央處理子系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的中央處理子系統(tǒng)至少有二個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的電源子系統(tǒng)包括至少二個(gè)獨(dú)立的電源模塊，并且在其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)切換至其余的電源模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的IO端口子系統(tǒng)包括有數(shù)據(jù)接收與發(fā)送模塊，與連接至端口的外部設(shè)備進(jìn)行通信；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)從外部設(shè)備中采集的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)從外部設(shè)備中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；以及端口自動(dòng)配置模塊，在與外部設(shè)備通信之前，由該自動(dòng)配置模塊根據(jù)與選定端口連接的外部設(shè)備種類(lèi)，在事先保存的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)端口進(jìn)行配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的端口配置包括通信參數(shù)、控制方式和應(yīng)用功能的配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的通信參數(shù)包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送包括通用的異步網(wǎng)絡(luò)通信和/或CAN總線(xiàn)通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的IO端口子系統(tǒng)還提供有至少一種以下端口之一或其組合USB端口、VoIP端口、VGA端口、DIO端口、AIO/AC端口。
9.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于所述的外部設(shè)備是以下之一或其組合具有串口的電子設(shè)備，具有網(wǎng)絡(luò)端口的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，具有USB端口的移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、多功能一體機(jī)，具有CAN總線(xiàn)的CAN通信設(shè)備，具有VoIP端口的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)，具有VGA端口的視頻設(shè)備，具有DIO端口的一次設(shè)備，具有AIO/AC端口的一次設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于還包括有對(duì)時(shí)接口，與該對(duì)時(shí)接口相連的外部設(shè)備可以是以下之一或其組合IRIG-B、1PPS或NTP。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于還包括有對(duì)時(shí)天線(xiàn)接口。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于還包括有網(wǎng)絡(luò)路由模塊和/或IP過(guò)濾模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于還包括有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的數(shù)字化變電站管理單元，其特征在于還包括有協(xié)議規(guī)則解析模塊。
專(zhuān)利摘要
一種數(shù)字化變電站管理單元，包括有中央處理子系統(tǒng)、至少一個(gè)IO端口子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)；其中IO端口子系統(tǒng)提供有至少一個(gè)串行端口，至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，至少一個(gè)CAN端口，用來(lái)與不同外部設(shè)備相連接；電源子系統(tǒng)用來(lái)提供整個(gè)單元的各路供電；其特征在于所述的各個(gè)IO端口子系統(tǒng)均通過(guò)以太網(wǎng)總線(xiàn)與中央處理子系統(tǒng)相連。本發(fā)明由于采用以太網(wǎng)總線(xiàn)架構(gòu)，不但速度快而且互換性好、接口設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，并且結(jié)合特有的對(duì)端口的自動(dòng)配置技術(shù)，從而能輕松實(shí)現(xiàn)不同外部設(shè)備的互聯(lián)互換，使其集數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)、路由器、防火墻、時(shí)鐘對(duì)時(shí)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)于一身成為可能。
文檔編號(hào)G06F15/163GK1992467SQ200510112380
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者梁俊, 黃兵 申請(qǐng)人:上海可魯系統(tǒng)軟件有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan