CN101464686B - 一种基于cpci总线的嵌入式子站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CPCI总线的嵌入式子站，包括CPCI总线、连接在CPCI总线上的主控模块、以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块，所述的主控模块还分别与人机接口模块、数据存储器、以太网控制器以及串口通信收发器相连，所述的以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块均包含有一与CPCI总线进行通讯的PCI从设备控制器。本发明具有互操作性、可扩展性、高可靠性的优点，能够完成装置接入、规约转换、数据的规范化和转发等，实现对二次装置的监视、控制与管理，采用这种模块化的设计，使得系统具有可扩展性，可以根据客户的需要添加相应模块，为系统实现高可靠性提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及变电站自动化通信领域，尤其涉及一种用于变电站自动化系统的基于CPCI总线的嵌入式子站。
技术背景
变电站自动化系统的功能除控制、监视和保护3大功能外，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。
采用变电站自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。这样既提高了系统的经济性，又改善了可靠性。因此，变电站集成和自动化已成为电力行业降低安装、维护和运行成本的有效途径。
在变电站自动化系统集成过程中面临的最大障碍是不同厂家的IED，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作。因为需要额外的硬件(如规约转换器)和软件来实现IED互联，还要对用户进行培训，这在很大程度上削弱了变电站实现自动化的优点和意义。因此变电站自动化系统在实现功能之外，还应具备互操作性、可扩展性和高可靠性等性能。这在以往系统分析和设计过程中通常是被忽视的。
互操作性，即同一厂家或不同厂家的多个IED要具有交换信息并使用这些信息进行协同操作的能力。设备的互操作性可以最大限度地保护用户原来的软硬件投资，实现不同厂家产品集成。
可扩展性，这就要求系统在设计时，软件系统和硬件系统都尽可能采用模块化设计方法，方便未来的系统扩展，同时要求通信接口标准化，系统具有开放性。
高可靠性，系统应具有冗余结构，特别是作为系统数据通道的通信系统和人机界面的监控主站应具有互相独立的冗余配置。在故障情况下，冗余的通信系统和监控主站应该可以在系统不停止工作的情况下进行热切换，以保证系统执行相应的保护和自动控制任务。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种基于CPCI总线的嵌入式子站，它具有互操作性、可扩展性、高可靠性的优点。
实现上述目的的技术方案是：一种基于CPCI总线的嵌入式子站，其中，包括CPCI总线、连接在CPCI总线上的主控模块、以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块，所述的主控模块还分别与人机接口模块、数据存储器、以太网控制器以及串口通信收发器相连，所述的以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块均包含有一与CPCI总线进行通讯的PCI从设备控制器，其中：
所述的主控制器负责所有事务的处理、数据分析，监控以太网通信模块和串口通信模块的中断通知，回应命令，读取以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块中存储的数据，并且进行数据的存储；
所述的以太网通信模块与以太网相连，同以太网上的设备进行通讯以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器上；
所述的串口通信模块与所述的串行通信口相连以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器上；
所述的GPS时钟对时模块接收IRIG-B时钟信号，并对该时钟信号进行解码为二进制数据；
所述的以太网控制器接受来自以太网的数据；
所述的串口通信收发器接受来自串行通信口上的数据；
所述的PCI从设备控制器分别将以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块中数据存储于对应的地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块已经接收到上送过来的信息。
上述的基于CPCI总线的嵌入式子站，其中，所述的CPCI总线为33MHz、32位的CPCI总线。
上述的基于CPCI总线的嵌入式子站，其中，所述的串行通信口包括RS232口或RS485口。
本发明的有益效果是：本发明能够完成装置接入、规约转换、数据的规范化和转发等，实现对二次装置的监视、控制与管理，采用这种模块化的设计，使得系统具有可扩展性，可以根据客户的需要添加相应模块，为系统实现高可靠性提供了可能，而且这种模块化的设计方法可以随技术的发展而更换相应模块，最大限度地保护了用户已有的投资，迅速实现产品的升级换代。本发明的应用领域广，应用于变电站中，对新一代变电站通讯标准61850进行研究并在嵌入式子站中可以实现以满足未来符合61850通讯标准的新一代二次装置的信息采集。
附图说明
图1是本发明的基于CPCI总线的嵌入式子站的结构示意图；
图2是本发明应用于信息分层的变电站自动化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明的一种基于CPCI总线的嵌入式子站，包括CPCI(紧凑型PCI)总线1、连接在CPCI总线上的主控模块2、以太网通信模块3、串口通信模块4以及GPS(全球定位系统)时钟对时模块5，主控模块2还分别与人机接口模块6、数据存储器7、以太网控制器8以及串口通信收发器9相连，以太网通信模块3、串口通信模块4以及GPS时钟对时模块5均包含有一与CPCI总线1进行通讯的PCI(外设组件互连标准)从设备控制器10，其中：
主控制器2负责所有事务的处理、数据分析，监控以太网通信模块3和串口通信模块4的中断通知，回应命令，读取以太网通信模块3、串口通信模块4以及GPS时钟对时模块5中存储的数据，并且进行数据的存储；
以太网通信模块3与相连，同以太网上的设备进行通讯以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器10上；
串口通信模块4与串行通信口相连以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器10上；
GPS时钟对时模块5接收IRIG-B时钟信号，并对该时钟信号进行解码为二进制数据；
以太网控制器8接受来自以太网的数据；
串口通信收发器9接受来自串行通信口上的数据；
PCI从设备控制器10分别将以太网通信模块3、串口通信模块4以及GPS时钟对时模块5中数据存储于对应的地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块2已经接收到上送过来的信息。
由于CPCI总线1的可扩展性，可以根据通信节点数量确定增加或减少通信模块数量，或者根据具体配置增加其他类型通信模块，有CAN总线通信模块、LON网络通信模块、光纤通信模块等。
本发明中，CPCI总线1为33MHz、32位的CPCI总线，CPCI总线系统(图中未示出)全自动管理总线上的卡件，分配卡件地址、中断等资源，无须另外设计软件，串行通信口包括RS232口或RS485口。
工作原理：
串行数据上送接收处理方法：串行数据上送有两个路径，从串口通信收发器9接收过来的数据直接送给主控模块2；串口通信模块4接收串行数据送给模块上的PCI从设备控制器10，PCI从设备控制器10并不对这些数据进行处理，仅是一种转发机制，将数据存放于本模块对应的地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块2已经接收到上送过来的信息，主控模块2响应中断，系统由中断号辨别是哪个通信模块发出的中断，读取此通信模块对应地址中的数据。
网络数据上送接收处理方法：网络数据上送有两个路径，从太网控制器8接收过来的数据直接送给主控模块2；以太网通信模块3与以太网通信的数据送给模块上的PCI从设备控制器10，PCI从设备控制器10并不对这些数据进行处理，仅是一种转发机制，将数据存放于本模块对应的地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块2已经接收到上送过来的信息，主控模块2响应中断，系统由中断号辨别是哪个通信模块发出的中断，读取此通信模块对应地址中的数据，主控模块2还负责解析网络通信服务层、数据链路层协议，将网络数据帧转化为真正的上送数据，然后分析处理得到故障信息。
GPS对时信息接收：从GPS时钟对时模块5接收IRIG-B时钟信号，模块内部有大规模门电路逻辑芯片，解码IRIG-B信号为二进制数据，转存于PCI从设备控制器10对应得地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块2已经接收GPS对时信号，主控模块2响应中断，系统由中断号辨别是GPS时钟对时模块5发出的中断，读取此通信模块对应地址中的时间信息数据进行解析，并自动校正系统时间。
数据转存和数据上送：主控模块2负责所有事务的处理、数据分析，监控通信模块中断通知，回应市调、主站等单位发出的查询、上送等命令，数据存储等。主控CPU模块对市调、主站等单位发出的查询、上送等命令及时做出回应，将所要查询类别时间的数据通过以太网络上送，市调、主站等能直观的观察一些设备的录制波形，也可以直接取到这些设备的准确数据。主控CPU模块包含了足够的存储空间2--8G，设备所上送的故障信息分类分时期保存，并且定期清理压缩，以保证数据不会丢失。
请参阅图2，图2为本发明的一应用例，将本发明应用于变电站自动化系统中，在充分考虑变电站自动化系统的功能和要求，特别是互操作性要求的基础上，制定了变电站内通信网络与系统的通信标准体系IEC 61850标准。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为不同厂商的IED实现互操作和系统无缝集成提供了途径。
本发明的基于CPCI总线的嵌入式子站1’具有可维护性，即具有热插拔功能，可以在不需要关断电源情况下，插入或拔出正在运行的系统，而不影响或破坏系统的正常工作，从而为高可用性奠定基础。基于CPCI总线的嵌入式子站1’的热插拔功能是由系统软件自动完成的，不需要人员的干预。基于CPCI总线的嵌入式子站1’的可维护性，扩展性，同时CPCI总线标准定义的冗余设计、故障切换和故障管理等内容，非常符合61850标准中系统的可扩展性、高可靠性要求，和61850的模块化概念吻合。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于CPCI总线的嵌入式子站，其特征在于，包括CPCI总线、连接在CPCI总线上的主控模块、以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块，所述的主控模块还分别与人机接口模块、数据存储器、以太网控制器以及串口通信收发器相连，所述的以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块均包含有一与CPCI总线进行通讯的PCI从设备控制器，其中：
所述的主控制器负责所有事务的处理、数据分析，监控以太网通信模块和串口通信模块的中断通知，回应命令，读取以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块中存储的数据，并且进行数据的存储；
所述的以太网通信模块与以太网相连，同以太网上的设备进行通讯以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器上；
所述的串口通信模块与串行通信口相连以获取数据，将数据存储于PCI从设备控制器上；
所述的GPS时钟对时模块接收IRIG-B时钟信号，并对该时钟信号进行解码为二进制数据；
所述的以太网控制器接受来自以太网的数据；
所述的串口通信收发器接受来自串行通信口上的数据；
所述的PCI从设备控制器分别将以太网通信模块、串口通信模块以及GPS时钟对时模块中数据存储于对应的地址内存中，并通过PCI中断告知主控模块已经接收到上传过来的信息。
2.根据权利要求1所述的基于CPCI总线的嵌入式子站，其特征在于，所述的CPCI总线为33MHz、32位的CPCI总线。
3.根据权利要求1所述的基于CPCI总线的嵌入式子站，其特征在于，所述的串行通信口包括RS232口或RS485口。
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