CN100350714C

CN100350714C - 智能测控系统

Info

Publication number: CN100350714C
Application number: CNB2005101103970A
Authority: CN
Inventors: 曹袖; 王晓东; 林海; 曲超; 肖相生; 李敏; 郝慧毅
Original assignee: SHANGHAI XINNENG AUTOMATION SYSTEM CO Ltd
Current assignee: Shanghai Shine Energy Info-Tech Co., Ltd.
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: CN1801575A

Abstract

一种用于10KV配电站监控的智能电子设备和通信装置之间的智能测控系统，包括：信息处理单元、通信单元、测控单元和系统维护单元及其相应的控制软件。所述的信息处理单元包括CPU、内存、外存、CPLD、晶振和Watchdog，所述的CPU分别与内存、外存、CPLD、晶振和Watchdog电气连接，同时该CPU与所述的通信单元、测控单元和系统维护单元电气连接；所述的信息处理单元、第一通信单元、第二通信单元和系统维护单元的电路制作在同一主电路板上，测控单元制作在扩展电路板上，该扩展电路板通过扁平电缆与主电路板连接。本发明在配电站中与已有的IED连接，实现了配电站的测控信息采集并远程传输至控制中心，以及在控制中心进行遥控操作。

Description

智能测控系统

技术领域

本发明涉及10KV配电站，特别是一种用于10KV的小型配电站监控的智能测控系统。

背景技术

随着我国国民经济的飞速发展，电力供应需求越来越大，高峰负荷越来越大。近年来，供电部门为缓解供电紧张的矛盾，一方面，投入巨资加大电网建设，电网变得越来越庞大和复杂；另一方面，通过对已有电网进行优化管理，提高供电设备利用率，提高供电能力。

配电网作为电网中连接用户的末端网络，其规模是主干电网的十几倍。因此，掌握配电网的实时监控信息，可以大规模地提高小区配电网的运行水平，减少故障停电次数、停电时间和停电范围，实现非故障区域恢复供电，提高供电可靠率，确保生产、生活供电。

目前建设的10kV配电站(主要指开关站)已基本投资、配置了继电保护等自动化装置(本系统称为智能电子设备)以下简称IED，主要的运行设备已具备了当地测控能力。但现有10kV配电站的通信通道状况较差：没有专门的通信信道，如网络、专线等，重新敷设通信线路又不太经济。

现有对配电站实时监控的方法为使用类似变电站实时监控的传统的远方终端单元(Remote Terminal Unit)以下简称RTU采集方法，采用此方法存在以下问题：

●RTU的采集能力较强，对采集信息量较大的变电站较合适，而对采集信息量较小的配电站来说显然有点浪费投资；

●RTU支持较强的实时信息传输，同时需要较好的通信条件，如网络或专线，对于数量众多的小型配电站，这些条件不具备；

●RTU信息的采集和测控功能与IED设备重复了，这会增加不必要的投资、设备、接线和接点，而且可能导致信息采集和控制的不一致性。

●RTU基本上是基于单片机工作的，其通信处理、规约处理、综合计算等综合信息处理能力又显得不足。

现有的配电网监控的另一方法是借助工控机以实现配电站的监控。工控机是一种较通用设备，具有较强的处理能力和众多的扩展功能插卡，通过在它的扩展插槽插入相应的通信、测控插卡，功能上可以满足上述要求，但工控机通常是基于Intel x86(CISC)硬件平台和Windows软件平台工作的，而自动化系统的可靠性和配电站环境使此系统缺少可靠性。

随着电网的不断发展，10kV配电站的建设不断扩大。目前建设的10kV配电站(主要指K型配电站)基本配置有微机保护等自动化装置，充分利用现有微机保护在信息采集输出上的优势及电力电缆屏蔽层载波通信技术的成熟，寻求一种技术先进、高效、灵活且经济实用的方式，以实现10kV配电站的信息采集并传输至控制中心，以及在控制中心进行遥控操作，从而改变目前配电站信息盲区的现状，更有必要实施10kV配电站自动化监控系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于解决现有10KV配电网中存在的上述技术难题，提供一种用于配电站监控的IED和通信设备之间的智能测控系统，该系统配电站的信息进行实时采集并根据采集到的信息对配电站进行远程实时监控。

本发明智能测控系统的技术方案为：

一种用于10KV配电站监控的IED103和通信装置之间的智能测控系统101，特征在于其构成包括：信息处理单元1、通信单元、测控单元3和系统维护单元2及其相应的控制软件：

所述的信息处理单元1包括CPU11、内存12、外存13、CPLD14、晶振16和Watchdog15，所述的CPU11分别与内存12、外存13、CPLD14、晶振16和Watchdog15电气连接，同时该CPU11与所述的通信单元、测控单元3和系统维护单元2电气连接，所述的CPLD14还与所述的通信单元、测控单元3和系统维护单元2电气连接；

所述的通信单元包括第一通信单元4和第二通信单元5，所述的第一通信单元4采用通信接口直接与配电站的IED103电气连接，实现该IED103和CPU11之间的通信，所述的第二通信单元5通过已有的电力电缆或专线电缆与上级配电站或变电站连接；

所述的测控单元3由隔离数字输入电路模块31、隔离直流模拟输入电路模块32、隔离交流模拟输入电路模块33和继电器输出电路模块34构成；

所述的系统维护单元2一方面通过DB9电缆或RJ45电缆与笔记本电脑连接，另一方面与所述的信息处理单元1、第一通信单元4、第二通信单元5和测控单元3电气连接并对其进行监测；

所述的信息处理单元1、第一通信单元4、第二通信单元5和系统维护单元2的电路制作在同一主电路板上，该电路板通过高导热柔性散热垫倒贴在一机箱的底板上，测控单元3制作在扩展电路板上，该扩展电路板通过扁平电缆与主电路板连接。

该智能测控系统101的通信接口为RS232接口，或RS422接口、或RS485接口。

所述的机箱的前面板上包括串口通信指示灯611、以太网指示灯612、电源指示灯613、工作状态灯614、本地/远程控制选择开关615、串口维护接口616和复位钮617；后面板上包括数字输入接口621、交流模拟输入接口622、继电器输出接口623、直流模拟输入接口624、电源输入端子625、串行接口626、以太网维护接口627、以太网接口628和接地螺钉629。

所述的隔离数字输入电路模块31由依次连接的第一浪涌防护电路312、极性转换电路313、第一光电隔离装置314和单片机315构成，该单片机315的输出端接CPU11，所述的第一浪涌防护电路312的输入端接在所述的数字输入接口621。

所述的隔离直流模拟输入电路模块32由依次连接的第二浪涌防护电路321、电流/电压切换电路322、并联的电流隔离放大器323和电压隔离放大器324、光电隔离装置325、多路开关326、有源滤波器327和第一A/D变换器328构成，所述的第二浪涌防护电路321的输入端接所述的机箱上的直流模拟输入接口624，所述的第一A/D变换器328的输出端与所述的CPU11相连。

所述的交流模拟输入模块33由并行的相位校正电路网络3311和I/V转换网络3312的输出端连接后，再依次连接的第二A/D转换器332、CPLD逻辑接口电路333构成，该电路的输入端为所述的机箱上后面板的交流模拟输入接口622、输出端与CPU11相连。

所述的继电器输出电路模块34由依次连接的选择反校控制网络341、DO控制器342和干节点输出343，该继电器输出电路模块34的输入端接CPU11，输出端连接所述的继电器输出接口623。

所述的CPU11采用基于RISC构架的、基频为200Hz至350MHz的POWERPC类芯片。

所述的控制软件主要包括：

智能测控系统主控程序71是在智能测控系统101上电后自动启动运行的，完成系统的测控功能、通信功能以及维护功能；

串口监视程序73和串口维护程序72是通过连接在所述的串口维护接口616上的笔记本电脑上的终端窗口启动运行的，它们都运行在智能测控系统101上，其中串口监视程序73通过内部TCP/IP与主控程序71建立通信完成系统监视功能；

智能测控系统维护程序91是运行在笔记本电脑上的，通过TCP/IP与主控程序71建立通信完成系统监视和维护功能。

本发明的技术效果为：

①本发明智能测控系统在配电站中与已有的IED连接，充分利用已有IED在信息采集和输出控制上的优势及成熟的通信技术，实现了配电站的测控信息采集并远程传输至控制中心，以及在控制中心进行遥控操作。

②本发明充分利用了原有通信装置及电力电缆载波设备和专线Modem设备，避免了重新铺设电力电缆，从而节约了大量电力电缆和测控设备，减少了施工工作量，大幅增加了可传送的数据数量并确保了数据采集的唯一性。系统采用可靠性极高的站内直流电源作为工作电源，减少了系统故障几率，增强了系统信息的准确性、完整性和传递的稳定性。

③本发明采用较先进的微处理器技术，并采用把电路板通过高导热柔性散热垫倒贴在所述的机箱底板上的工艺。能够在高温、强电磁干扰等恶劣环境下稳定可靠的运行。

④本发明的第一通信单元、第二通信单元和测控单元，使本发明具备了三遥(遥信、遥测、遥控)的测控能力和与配电站智能电气设备进行前置通信及信息综合处理能力；同时以多种保护通信规约进行实时数据通信。

附图说明

图1为本发明在10kv配电站中连接示意图；

图2为本发明的电路结构方框示意图；

图3为本发明的第一通信单元的功能细化方框示意图；

图4为本发明的测控单元数字量输入的方框示意图；

图5为本发明的测控单元直流模拟量输入的方框示意图；

图6为本发明的测控单元交流模拟量输入的方框示意图；

图7为本发明统的测控单元继电器输出的方框示意图；

图8为本发明的机箱前面板示意图；

图9为本发明的机箱后面板示意图；

图10为本发明的软件功能划分模块示意图；

图11为本发明的主控程序流程示意图。

具体实施方式

下面以本发明智能测控系统在10kV配电站监控系统中的应用为例，对本发明进行详细描述。

如图1所示的10kV配电站监控系统主要由IED103(包括间隔层保护测控单元1031、直流电流电源系统1032和温控器1033)、智能测控系统101和通信装置102(包括电力电缆载波设备1021和专线Modem设备1022)组成，本发明的智能测控系统101是用于IED103和通信装置102之间的智能系统。在10kV配电站监控系统中，本发明智能测控系统101一方面通过与站内的IED103连接，完成数据采集和对IED103的控制功能；通过通信装置102与上级变电站104的RTU或站内综合自动化系统通信，上级变电站104的RTU或站内综合自动化系统再与区域高度SCADA系统105通信完成数据上传和接收信息对所述的配电站IED103进行控制操作。以下对本发明智能测控系统101的详细说明。

请参见图2，图2是本发明的电路结构方框示意图，由图可见，本发明智能测控系统101由5部分组成，分别是：信息处理单元1、第一通信单元4、第二通信单元5、测控单元3和系统维护单元2，所述的五个单元均放置在一机箱(图中未示出)内。

本智能测控系统的机箱采用标准19时4U机箱，内部采用主电路板加扩展电路板的模块化插卡设计，其前面板结构如图8所示，其后面板结构如图9所示。该前面板上包括串口通信指示灯611、以太网指示灯612、电源指示灯613、工人状态灯614、本地/远程控制选择开关615、串口维护接口616和复位钮617；该后面板上包括数字输入接口621、交流模拟输入接口622、继电器输出接口623、直流模拟输入接口624、电源输入端子625、串行接口626、以太网维护接口627、以太网接口628和接地螺钉629。

整个智能测控系统内无风扇、无硬盘、全密封，不设硬件扩展插槽。中央处理单元(Central Produce Unit，以下简称CPU)11所在的电路板通过高导热柔性散热垫倒贴在机箱底板上，即可自然散热又可有效防尘，保证了设备的可靠性和运行环境要求。

图2中的所述的信息处理单元1包括CPU11、内存12、外存13、可编程逻辑单元以下简称CPLD14、晶振16和看门狗以下简称Watchdog15，所述的CPU11分别与内存12、外存13、CPLD14、晶振16和Watchdog15电气连接，同时该CPU11与所述的通信单元、测控单元3和系统维护单元2电气连接，所述的CPLD14还与所述的通信单元、测控单元3和系统维护单元2电气连接；其中CPU11采用Motorola公司产生的低功耗、采用RISC技术的PowerPC系列芯片，外存13采用Compact flash，以下简称CF卡，晶振16生产CPU11工作所需要的频率为200MHz的时钟，Watchdog15通过定时功能检视软件的执行。

图2中的第一通信单元4包括10个采用三线通信的串行接口模块42，其为RS232接口、RS485接口或RS422接口，根据智能测控系统101软件配置的不同通过图3中的功能切换控制电路421在三种串口通信方式件间进行转换，通信速率从300bps至115200bps软件可配置。10个串行接口的通信电路相同，如图3所示。图3描述了第一通信单元4中任何一路通信接口的实现框图，CPU11通过总线424接入串行扩展芯片423，串行扩展芯片423将并行信号转换为串行信号，从其输出端送入光电隔离电路422的输入端，光电隔离电路422的输出端接RS485/RS422接口芯片425或RS232接口芯片426的输入端，功能切换控制电路421的输入端接CPU11的输出端，而功能切换控制电路421的输出端接RS485/RS422接口芯片425和RS232接口芯片426的控制输入端，控制RS485/RS422接口芯片425和RS232接口芯片426之间的切换。第一通信单元4负责连续接收IED103中的数据。智能测控系统和已有的站内智能电子装置103通信时，将多台保护测控单元1031组成一条RS485通信链路，接入机箱后面板的串行接口626上；直流电源系统1032和温控器1033分别通过一条RS485通信链路，接入后面板的串行接口626上，采用RS485方式传输数据。这种数据传输方式在保证数据采集的实时要求下，还有利于配电站自动化监控系统的工程实施。第一通信单元4还包括一个10M/100MHz的自适应以太网口41，通过后面板上的以太网接口628与具有以太网接口628的IED103连接。

图2中的第二通信单元5包括两个9线的RS232串口51，其通过后面板上的串行接口626与已有的电力电缆载波设备102连接，完成与上级进线变电站与调度中心的通信，通信规约满足部颁CDT规约或国际标准IEC60870-5-101规约的要求。其结构与串行接口模块42的结构相同。

图2中的测控单元3根据接收信号的特征，其包括四个部分：16路的隔离数字输入电路模块31；8路的隔离直流模拟输入电路模块32；18路的隔离交流模拟输入电路模块33；8路的继电器输出电路模块34。

请参阅图4所示的隔离数字输入电路模块31的功能方框示意图，所述的隔离数字输入电路模块31由依次连接的第一浪涌防护电路312、极性转换电路313、第一光电隔离装置314和单片机315构成，该单片机315的输出端接CPU11，所述的第一浪涌防护电路312的输入端接在所述的数字输入接口621。典型的数字量数据采集包括：事故总信号，直流故障信号(包括交流失压)，各仓位继保总信号(每个微机保护设备故障信号集中为一总信号)和典型的开关量，其包括进线1、2开关，分段开关，1、2号站变开关，出线1至出线10开关。输入的开关量的输入特性为，输入点数：16路；输入形式：DC(直流)110V或DC(直流)24V有源输入；站内分辩率：1ms，支持雪崩变化；数字滤波：软件整定，步长1ms，最大65535ms；20％标称值连续，140％标称值能持续2秒。

请参阅图5所示的隔离直流模拟输入电路模块32的功能方框示意图，所述的隔离直流模拟输入电路模块32由依次连接的第二浪涌防护电路321、电流/电压切换电路322、并联的电流隔离放大器323和电压隔离放大器324、光电隔离装置325、多路开关326、有源滤波器327和第一A/D变换器328构成，所述的第二浪涌防护电路321的输入端接所述的机箱上的直流模拟输入接口624，所述的第一A/D变换器328的输出端与所述的CPU11相连。直流模拟量(AI)的输入特性为，输入路数：8路；输入范围：DC(直流)-5V～DC(直流)+5V，或0～20mA；分辩率：带符号位的16位A/D变换，电流阻抗62.5欧姆，电压输入阻抗＞10K；采样速率：16次/秒；精度：＜0.5％。

请参阅图6所示的隔离交流模拟输入电路模块33的功能方框示意图，所述的交流模拟输入模块33由并行的相位校正电路网络3311和I/V转换网络3312的输出端连接后，再依次连接的第二A/D转换器332、CPLD逻辑接口电路333构成，该电路的输入端为所述的机箱上后面板的交流模拟输入接口622、输出端与CPU11相连，交流模拟量的输入特性为，模拟量输入：18个交流模拟量输入，经变压器隔离；采样速率：每周波64次；A/D分辨率：12位加符号位。输入信号为交流电压输入(PT)时：9路；标称值：120Vrms或220Vrms；量程：69.3V、120V或220V，标称值的0％至250％；过电压：250％标称值，连续，350％标称值一分钟；负载：小于0.1VA；准确度：±0.2％满量程(在25℃的情况下)。输入信号为交流电流输入(CT)时：9路；标称值：1A或5Arms；量程：2％到1600％标称值；过电流：4倍标称值--连续，30倍标称值--10秒，100倍标称值--1秒；负载：0.01ohm；准确度：±0.2％满量程(5倍标称值以下)。

图7为继电器输出继电器输出电路模块34的框图示意图，所述的继电器输出电路模块34由依次连接的选择反校控制网络341、DO控制器342和干节点输出343，该继电器输出电路模块34的输入端接CPU11，输出端连接所述的继电器输出接口623。继电器输出特性为，输出路数：8路；输出方式：合闸输出；出口时间：软件设定，步长为10ms，最长为2.54s；Watchdog15监视继电器输出电路模块34的出口状态，确保控制不超时；触点容量：250V/8A；硬件通道选择，硬件返校。

图2中还包括了系统维护单元2，它包括串口维护21和以太网维护22两部分，串口维护21可以通过前面板的串口维护接口616与笔记本电脑连接，以太网维护22可以通过后面板的以太网维护接口627与笔记本电脑连接。系统维护包括系统参数配置、通信监控、规约分析、数据采集显示、模拟操作的功能。

图2所示的信息处理单元中1的CPU11和CPLD14分别与测控单元3、系统维护单元2、第一通信单元4和第二通信单元5电气相连。

图10为智能测控系统101的系统软件100按功能进行划分的模块示意图，该系统的系统软件100由应用程序7和操作系统8两部分组成，该系统软件100中应用程序7包括主控程序71、串口维护程序72、串口监视程序73；操作系统8包括其所提供的Watchdog驱动程序模块82、LAN(局域网)驱动程序模块83、串口驱动程序模块84和定制的I/O接口驱动程序模块85、运行指示灯Local/Remote拨码开关驱动程序模块86和API接口程序模块81。智能测控系统101采用嵌入式实时操作系统Linux，该操作系统101还提供在PC机上建立目标机和宿主机交叉编译和调试的环境。

智能测控系统主控程序(71)是在智能测控系统(101)上电后自动启动运行的，完成系统的测控功能、通信功能以及维护功能；

串口监视程序(73)和串口维护程序(72)是通过连接在所述的串口维护接口(616)上的笔记本电脑上的终端窗口启动运行的，它们都运行在智能测控系统(101)上，其中串口监视程序(73)通过内部TCP/IP与主控程序(71)建立通信完成系统监视功能；

智能测控系统维护程序(91)是运行在笔记本电脑上的，通过TCP/IP与主控程序(71)建立通信完成系统监视和维护功能。

主控程序71是整个智能测控系统的核心应用程序，如图11所示，为主控程序71的流程示意图。智能测控系统101上电后，主控程序71的操作过程如下：

(1)在步骤700中，根据事先存入电子盘中的初使化信息对本发明智能测控系统101中的信息处理单元1、测控单元3、系统维护单元2、第一通信单元4和第二通信单元5进行初使化；

步骤714为初始动作，启动主控程序71；在步骤715中，CPU11从外存13的名为fersvr.ini的配置文件中读取保存在外存中的当前数据库的路径；在步骤716中，CPU11根据外存13中当前数据库中的配置信息在内存中建立实时模拟量、状态量和遥控量的信息列表；在步骤717中，CPU11根据TCP/IP通信协议在内存12中建立TCP/IP服务线程；在步骤718中，CPU11读取外存13中名为Ch1_info的关于通道的配置文件，在内存12中逐个为第一通信单元4中的串口(采集通道)建立串口通道线程，为第二通信单元5中的串口(转发通道)建立串口通道线程，并挂起线程；在步骤719中，CPU11读取外存13中名为Mcu_info的关于IED103的配置文件，在内存中逐个把各IED103匹配到相应的串口通道；在步骤7110中，CPU11启动所有串口通道线程和测控单元子模块7112线程，完成初始化工作；

(2)在步骤7001中，CPU11运行主控程序71的主线程；

在步骤71111中，CPU11启动主线程；在步骤71112中，CPU11控制前面板上的工作状态灯614每隔1秒钟亮一次；在步骤71113中，CPU11对从串口通道读入的数据，根据配置文件，通过公式计算合成一部分不能直接采集的信息量；在步骤71114中，当有事件发生时或定时的CPU11把实时的计算值存入外存13中，然后再回至步骤71112.

(3)在步骤7112中，CPU11运行TCP/IP服务线程；

在步骤71121中，启动步骤717建立的TCP/IP服务线程；在步骤71122中，CPU11通过TCP/IP通道接收客户端，即连接的笔记本电脑维护程序91或串口监视程序73的连接请求；在步骤71123中，CPU11通过TCP/IP通道接收客户端的请求报文；在步骤71124中，CPU11按照规定的通信规约分析和处理接收到的报文生成需要的报文返回给客户端；在步骤71125中，检测客户端是否请求断开连接，在步骤71125中若为是，则在步骤71126中，断开连接，在步骤71125中若为否，则返回至步骤71123。

(4)在步骤7113中，CPU11运行测控单元子模块线程；

在步骤71131中，CPU11启动测控单元子模块线程；在步骤71132中，CPU11检测是否接收到遥控信息；在步骤71132中若为是，则CPU11通过继电器输出电路模块34发出遥控操作，在步骤71132中若为否，则转至步骤71134；在步骤71134中，CPU从测控单元3电路中的隔离数字输入电路模块31读取顺序事件记录(Sequence of Events)以下简称SOE，并对读取的信息进行处理；在步骤71135中，CPU从隔离数字输入电路模块31中读取状态量并进行处理；在步骤71136中，CPU从隔离直流模拟输入电路模块32、隔离交流模拟输入电路模块33中读取模拟量并处理。

(5)在步骤7114中，CPU运行采集通道的通信模块线程；

在步骤71141中，CPU11启动一个用作采集通道的通信模块线程；在步骤71142中，CPU11轮询该采集通道上的某个IED103，发送请求报文至该IED103；在步骤71143中，CPU11等待接收来自该IED103的应答报文；在步骤71144中，CPU11处理其接收到的应答报文，或设置该采集通道为接收超时；返回至步骤71142。

(6)在步骤7115中，CPU运行转发通道的通信模块线程；

在步骤71151中，CPU11启动一个作为转发通道的通信模块线程；在步骤71152中，CPU11通过此通信模块接收上级站的请求报文；在步骤71153中，CPU11处理接收到的请求报文，并返回响应报文给此通信模块，并返回至71152。

步骤7001、步骤7002、步骤7003、步骤7004和步骤7005彼此并发运行。

主控程序通过101规约、103规约、DNP规约、ModBus规约、CDT规约和SPA规约，与IED103通信，向IED103请求数据，根据配置信息更新内存中相应的实时模拟量和状态量信息，对SOE事件和状态量变化事件予以记录；根据上级站或维护程序的控制请求，向IED103发送控制报文；根据配置，每种规约使用一个或多个串口进行通信，每个串口通信模块在独立的子线程中运行。

主控程序71通过101、CDT规约与已有的远方变电站通信，主控程序模块71从实时信息量表中读取需要传送的模拟量和状态量数据，或者与上级站转发匹配的被记录的SOE事件和状态量变化事件，完成数据上传；当接收到上级站控制请求后，找到相应的通信单元进行控制操作；接收到上级站的对时报文后，对本系统时间进行校正；每个串口的通信子模块在单独子线程中运行。

主控程序通过测控单元3的系统调用，完成自带的模拟量、数字量采集、SOE事件记录，以及控制运行指示灯闪烁，读取Local/Remote拨码开关状态；该I/O模块在单个子线程中运行，通信机制与智能单元通信模块的机制类似。

主控程序71通过与运行在笔记本电脑上的智能测控系统维护程序91、串口监视程序(73)73通信，实现配置信息的下装和上载、模拟量和状态量的实时监视、串口通信的报文监视、各通信单元和通道状态的监视、控制命令的执行、以及主控程序的更新。通信采用可靠的TCP/IP连接，主控程序作为TCP/IP协议的服务器端；该服务器端程序模块在单独子线程中运行，通信流程类似于图14所述的按101规约与远方通信的子模块。

主控程序定时写Watchdog，保证系统正常运行。

用户将笔记本电脑通过电缆连接在前面板的串口维护接口616，通过终端客户端程序(Windows操作系统中已有的超级终端)，运行串口监视程序73，实现对本发明智能测控系统的运行监视和操作功能。

串口监视程序73使用TCP/IP协议与主控程序通信。监视和操作功能包括：通道监视；通信单元监视；各单元信息量监视；系统全局信息量监视；通信报文监视；模拟遥控操作。

将笔记本电脑连接到前面板的串口维护接口616，通过终端客户端程序(Windows操作系统中已有的超级终端)，运行串口维护程序72，实现将配置数据库从笔记本电脑下传到智能测控系统中，也可以通过串口维护程序72来更新主控程序。用标准的ZModem协议实现串口方式的文件传送。

智能测控系统维护程序91运行在笔记本电脑上，通过前面板的串口维护接口616和后面板的以太网维护接口627实现对智能测控系统的维护，维护包括各种信息配置、监视与诊断。

智能测控系统维护程序运行在Windows平台上，主要功能如下：

I、工程配置：参数配置；通道配置；通信单元配置；模拟量、状态量、遥控量配置；计算模拟量、状态量的公式定义；转发远方模拟量、状态量、遥控量配置

II、过以太网方式监视和操作：通道监视；

III、通信单元监视；

IV、各单元信息量监视；

V、系统全局信息量监视；

VI、通信报文监视；

VII、模拟遥控操作；

VIII、下装和上载配置数据库；

IX、更新主控程序。

III、通过串口方式监视和操作：内部集成了一个简易的终端客户端程序，方便串口方式的使用；通过串口方式运行串口监视程序；通过串口方式运行串口维护程序。

本发明智能测控系统101通过上级变电站104与调度中心进行对时，站内所有时标以智能测控系统101为基准。

本发明智能测控系统101经测试结果如下：系统具备如下的技术指标，满足配电站监控的要求。

站内数据采样周期＜1秒，系统测量综合误差≤1.5％。

从配电站发出遥信变位到调度端站收到此信号的整个时间≤30秒。

遥控正确率不小于99.9％。

信号正确动作率不小于99.9％。

站内SOE分辨率≤2ms，站间SOE分辨率≤10ms

事件顺序记录正确率≥95％。

系统可用率≥99.9％。

系统平均无故障时间MTBF＞20000小时。

可运行在如下环境中：

。海拔高度： ≤1000米

。最大平均相对湿度： 90％(25℃)

。最高环境温度： +65℃

。最低环境温度： -25℃

。日气温最大变化： 25℃

电气特性要求如下：

。额定交流电压： 380V、220V

。额定直流电压： 220V、110V

。额定频率： 50Hz

。非电气量变送器输入：4～20mA或0～5V

运行温度、湿度特性如下：

。环境温度： -10C～+55℃

。温度最大变化率： 10℃/h

。相对湿度： 5％～95％

。最大绝对湿度： 28g/m3

环境温度在-5℃～+40℃时，装置正常工作，满足正常精度。

环境温度在-10℃～+55℃时，装置正常工作，满足允许精度。

在雷击过电压、一次回路操作、一次设备故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，本发明智能测控系统101无误动作或损坏。

本发明智能测控系统101的快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、冲击电压试验、静电试验和绝缘试验等满足IEC60255-22-1、IEC60255-22-2、IEC60255-22-3、IEC60255-22-4、IEC60255-22-5等相应规定中III级的要求。

本发明智能测控系统101原则上采用站内直流电源(1I0V)供电。当站内直流电源电压在80％～115％额定值范围内变化时，智能测控系统可靠工作，正常运行。直流电源纹波系数≤5％时，智能测控系统正常可靠工作，精度满足正常要求。拉、合直流电源以及插拔熔丝发生重复击穿火花时，智能测控系统无误动作。直流电源出现各种异常情况(短路、断线、一点接地等)时，智能测控系统无误动作。

本发明智能测控系统101的逻辑回路应由独立的直流/直流逆变器供电，在直流电源恢复(包括缓慢恢复)至额定电压的80％时，本发明智能测控系统能正常自启动。

本发明智能测控系统所采用的直流继电器的动作电压应在50％～75％直流电源电压之间。

Claims

1、一种用于10KV配电站监控的智能电子设备(103)和通信装置之间的智能测控系统(101)，特征在于其构成包括：信息处理单元(1)、通信单元、测控单元(3)和系统维护单元(2)及其相应的控制软件；

所述的信息处理单元(1)包括CPU(11)、内存(12)、外存(13)、CPLD(14)、晶振(16)和Watchdog(15)，所述的CPU(11)分别与内存(12)、外存(13)、CPLD(14)、晶振(16)和Watchdog(15)电气连接，同时CPU(11)与所述的通信单元、测控单元(3)和系统维护单元(2)电气连接；

所述的通信单元包括第一通信单元(4)和第二通信单元(5)，所述的第一通信单元(4)采用通信接口直接与配电的智能电子设备(103)电气连接，实现该智能电子设备(103)和CPU(11)之间的通信，所述的第二通信单元(5)通过已有的电力电缆或专线电缆与上级配电站或变电站连接；

所述的测控单元(3)由隔离数字输入电路模块(31)、隔离直流模拟输入电路模块(32)、隔离交流模拟输入电路模块(33)和继电器输出电路模块(34)构成；

所述的系统维护单元(2)一方面通过DB9电缆或RJ45电缆与笔记本电脑连接，另一方面与所述的信息处理单元(1)、第一通信单元(4)、第二通信单元(5)和测控单元(3)电气连接并对其进行监测；

所述的信息处理单元(1)、第一通信单元(4)、第二通信单元(5)和系统维护单元(2)的电路制作在同一主电路板上，该电路板通过高导热柔性散热倒贴在一机箱的底板上，测控单元(3)制作在扩展电路板上，该扩展电路板通过扁平电缆与主电路板连接。

2、根据权利要求1所述的智能测控系统(101)，其特征在于该系统的通信接口为RS232接口、或RS422接口，或RS485接口。

3、根据权利要求1所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的机箱的前面板上包括串口通信指示灯(611)、以太网指示灯(612)、电源指示灯(613)、工作状态灯(614)、本地/远程控制选择开关(615)、串口维护接口(616)和复位钮(617)；后面板上包括数字输入接口(621)、交流模拟输入接口(622)、继电器输出接口(623)、直流模拟输入接口(624)、电源输入端子(625)、串行接口(626)、以太网维护接口(627)、以太网接口(628)和接地螺钉(629)。

4、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的隔离数字输入电路模块(31)由依次连接的第一浪涌防护电路(312)、极性转换电路(313)、第一光电隔离装置(314)和单片机(315)构成，该单片机(315)的输出端接CPU(11)，所述的第一浪涌防护电路(312)的输入端接在所述的数字输入接口(621)。

5、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的隔离直流模拟输入电路模块(32)由依次连接的第二浪涌防护电路(321)、电流/电压切换电路(322)、并联的电流隔离放大器(323)和电压隔离放大器(324)、光电隔离装置(325)、多路开关(326)、有源滤波器(327)和第一A/D变换器(328)构成，所述的第二浪涌防护电路(321)的输入端接所述的直流模拟输入接口(624)，所述的第一A/D变换器(328)的输出端与所述的CPU(11)相连。

6、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的隔离交流模拟输入电路模块(33)由并行的相位校正电路网络(3311)和I/V转换网络(3312)的输出端连接后，再依次连接的第二A/D转换器(332)、CPLD逻辑接口电路(333)构成，该电路的输入端为所述的机箱上后面板的交流模拟输入接口(622)、输出端与CPU(11)相连。

7、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的继电器输出电路模块(34)由依次连接的选择反校控制网络(341)、D0控制器(342)和干节点输出(343)，该继电器输出电路模块(34)的输入端接CPU(11)，输出端连接所述的继电器输出接口(623)。

8、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的CPU(11)采用基于RISC构架的、基频为200Hz的POWERPC芯片。

9、根据权利要求3所述的智能测控系统(101)，其特征在于所述的控制软件主要包括：

智能测控系统维护程序(91)是运行在笔记本电脑上，通过TCP/IP与主控程序(71)建立通信完成系统监视和维护功能。