CN101895534B - 变电所智能设备协议转换接口装置 - Google Patents
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Abstract
一种变电所智能设备协议转换接口装置，包括主控制单元、上位机通信电路、智能设备通信电路、多协议选择电路、数据存储电路以及电源电路，电源电路为主控制单元、多协议选择电路和数据存储电路供电，上位机通信电路、智能设备通信电路和数据存储电路均与主控制单元互相通信，多协议选择电路传送信号至主控制单元，主控制单元为单片机，多协议选择电路包括拨码开关，四个引脚分别连接到单片机的P10～P13接口，主控制单元根据多协议选择电路中的拨码开关的开关位置组合来确定协议数据结构，主控制单元将接收到的数据根据拨码开关的开关位置组合确定的协议数据结构进行帧结构的转换。本发明结构可靠、功能实现灵活便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电所智能设备协议转换接口装置。
背景技术
在电力系统无人值守变电所数据采集与现场监控中，变电所自动化系统上位机或工作站通过专用网络与智能设备(IU/IED)连接，通信协议是符合电力系统运行规范的自定义协议集，通常是在新建变电所或改造工程中根据需要定义的协议子类。智能设备与上位机的数据通信必须经过协议转换才能进行。由于变电所设备随变电所规格不同而配置不同，生产厂商各异，设备种类繁多，使设备的协议联接方式众多且复杂，结构不可靠，且功能实现不灵活便捷，设备的改造及互换困难。由于各厂商的技术、利益及市场定位不同，并且新的设备的大量出现及新的厂商的不断加入，形成一个统一的协议规范难度极大，目前未有统一规范的接口装置。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构可靠、功能实现灵活便捷的变电所智能设备协议转换接口装置
本发明实现上述目的的技术方案是，一种变电所智能设备协议转换接口装置，其创新点在于：包括主控制单元、上位机通信电路、智能设备通信电路、多协议选择电路、数据存储电路以及电源电路，所述电源电路为主控制单元、多协议选择电路和数据存储电路供电，所述上位机通信电路、智能设备通信电路和数据存储电路均与主控制单元互相通信，所述多协议选择电路传送信号至主控制单元，所述主控制单元包括单片机U1，所述多协议选择电路包括拨码开关SW1，所述拨码开关SW1的一端的四个引脚接地，另一端的四个引脚分别连接到单片机U1的P10～P13接口，所述主控制单元根据多协议选择电路中的拨码开关SW1的开关位置组合来确定协议结构，所述主控制单元将接收到的数据根据拨码开关SW1的开关位置组合确定的协议结构进行帧结构的转换。
所述数据存储电路由锁存器U2、E2PROM存储器U3、E2PROM存储器U4和反相器U5A组成，所述锁存器U2的D0～D7接口与单片机U1的P00～P07接口相连，锁存器U2的Q0～Q7接口与E2PROM存储器U3的A0～A7接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，E2PROM存储器U4的A0～A14接口与E2PROM存储器U3的A0～A14接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，反相器U5A与锁存器U2的P27接口相连。
所述电源电路由桥式整流器D1、稳压集成电路U6以及电容C4～C7所组成。
所述上位机通信电路包括RS485接口电路U7，所述RS485接口电路U7连接单片机U1的P14、P15以及P16接口。
所述智能设备通信电路包括RS485接口电路U8和RS232接口电路U9，所述RS485接口电路U8、RS232接口电路U9连接单片机U1的P14、P15、P17接口。
本发明通过预设协议类型，适用于多种协议子类的数据转换；用软硬串口实现数据速率匹配；RAM缓存控制；内建快速CRC校验。本发明变电所智能设备协议转换接口装置公开了对上位机符合协议规范，对智能设备可按需设置的半开放结构，基于MCU的UART技术实现了变电所自动化系统的主控设备(上位机)与智能设备(微计算机测控设备、可编程控制器PLC或其他智能控制单元)之间的硬件接口与通信协议转换，其结构可靠、功能实现灵活便捷，对于不同的智能设备，只要进行对应的设置，无需增加大量各种的协议转换器。解决了不同智能设备对自动化系统的协议互连。随着电力系统无人值守变电所功能的不断提高与完善，智能设备日益增多，本发明具有广泛的应用前景且其结构可靠、功能实现灵活便捷。
附图说明
图1为本发明的组成示意图；
图2为本发明的电路原理示意图；
图3为本发明的主控制单元控制流程图；
图4为本发明的多协议选择流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1～4所示，一种变电所智能设备协议转换接口装置，包括主控制单元1、上位机通信电路2、智能设备通信电路3、多协议选择电路4、数据存储电路5以及电源电路6，所述电源电路6为主控制单元1、多协议选择电路4和数据存储电路5供电，所述上位机通信电路2、智能设备通信电路3和数据存储电路5均与主控制单元1互相通信，所述多协议选择电路4传送信号至主控制单元1，所述主控制单元1包括单片机U1，所述多协议选择电路4包括拨码开关SW1，所述拨码开关SW1的一端的四个引脚接地，另一端的四个引脚分别连接到单片机U1的P10～P13接口，所述主控制单元1根据多协议选择电路4中的拨码开关SW1的开关位置组合来确定协议结构，所述主控制单元1将接收到的数据根据拨码开关SW1的开关位置组合确定的协议结构进行帧结构的转换。
所述数据存储电路5由锁存器U2、E2PROM存储器U3、E2PROM存储器U4和反相器U5A组成，所述锁存器U2的D0～D7接口与单片机U1的P00～P07接口相连，锁存器U2的Q0～Q7接口与E2PROM存储器U3的A0～A7接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，E2PROM存储器U4的A0～A14接口与E2PROM存储器U3的A0～A14接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，反相器U5A与锁存器U2的P27接口相连。
所述电源电路6由桥式整流器D1、稳压集成电路U6以及电容C4～C7所组成。
所述上位机通信电路2包括RS485接口电路U7，所述RS485接口电路U7连接单片机U1的P14、P15以及P16接口。即RS485接口电路U7与单片机I/O口RXD、TXD、P16组成上位机通信电路；
所述智能设备通信电路3包括RS485接口电路U8和RS232接口电路U9，所述RS485接口电路U8、RS232接口电路U9连接单片机U1的P14、P15、P17接口。即RS485接口电路U8、RS232接口电路U9与单片机I/O口P14、P15、P17组成RTU通信电路；
图2中，所述U1选用型号为AT89C52的FLASH单片机，U2选用型号为74LS373的锁存器，U3选用型号为AT28C256的E2PROM存储器，U4选用型号为AT28C256的E2PROM存储器，U5选用型号为74LS04的反相器，D1选用型号为2W10的桥式整流器，U6选用型号为LM7805的三端稳压器，U7选用型号为MAX485的RS485接口电路，U8选用型号为MAX485的RS485接口电路，U9选用型号为MAX232的RS232接口电路，
图2中，U1为单片机，电容C1和电阻R1组成复位电路，晶体JT和电容C2、C3为时钟电路，上述电路组成本发明的主控制单元1；拨码开关SW1与单片机U1的I/O口P10～P13组成多协议选择电路4；U2、U3、U4及U5A组成数据存储器电路；U7与单片机I/O口RXD、TXD、P16组成上位机通信电路；U8、U9与单片机U1的I/O口P14、P15、P17组成RTU通信电路；桥式整流器D1、稳压集成电路U6与电容C4、C5、C6、C7组成电源电路，为本发明提供工作电源。主控制单元1根据协议选择电路SW1的开关位置组合，确定合适的协议结构。接收上位机或工作站下传数据/指令时，主控制单元1控制上位机通信电路2接收数据，根据数据传输的速率对数据存储器5进行适当的存取操作，进行数据缓存控制，同时按照智能设备的数据规范进行协议转换，完成转换后的数据由主控制单元1根据智能设备的接口类型，通过智能设备通信电路的RS485或RS233接口发送到远程终端单元。接收智能设备上传数据时，主控制单元1控制下位机通信电路接收数据，根据数据传输的速率进行适当的控制，实现数据速率匹配，同时按照设定的协议子类的数据规范进行协议转换，完成转换后的数据由主控制单元1通过上位机通信电路的RS485接口发送到上位机或工作站，完成双向协议转换和数据通信。每当进行数据的接收和转换后，主控制单元1都要对接收数据进行CRC校验(循环冗余校验)并在发送数据时形成附加CRC校验码，以实现通信的差错控制。
上位机通信电路2硬件为RS485接口，连接自动化系统上位机网络；智能设备通信电路通过RS485/RS232接口连接智能设备；多协议选择电路4通过外部设置选择主控制单元1内预设的协议子类以实现多协议工作方式；主控制单元1通过通信电路对来自自动化系统网络的上位机数据进行协议转换并转发至智能设备，并进行数据通信速率控制、RAM缓存控制和快速CRC校验。本发明可以实现电力系统监控中运行规范的多种子类协议对智能设备的双向数据通信，硬件接口符合RS485/RS232电气规范，适用的传输媒质包括双绞线、光纤等数据信道。
如图3、4所示，多协议选择方式的原理与实现方式：
变电所自动化系统上位机通信协议是符合电力系统运行规范的自定义协议集，一般的报文结构为：
分站地址码
操作(功能)码
数据起始地址(高位/低位)
数据个数(高位/低位)
CRC校验码(高位/低位)。
上述结构中，对于单个设备，分站地址码可以不设或设为0，数据起始地址和CRC校验码由上位机分配和计算。操作码和相应的数据个数根据设备的功能和工作内容确定，不同的设备，通信协议的这部分内容不同，多协议选择，就是通过对协议转换装置中操作码个数(操作种类数)和相应的数据个数的预先设置，使得系统上位机能够实现对不同的设备通信。
例如：本协议转换装置在220KV主变风冷控制设备(以可编程控制器为主控单元)的应用中，操作码和数据个数定义为：
01写遥测 数据个数4：油温和负荷电流
02写遥信 数据个数2：风机和油泵的远方控制(最大值32点)
03读遥信 数据个数6：风机和油泵的运行状态(最大值96个)
协议转换装置中设置为：
操作码01：数据个数4
操作码02：数据个数2
操作码03：数据个数6
由于上述设置操作只是在协议转换装置首次接入时进行，同时为了防止误操作，设置方式采用拨码开关直接连接单片机接口，4位拨码开关，可设置1-15个数(一般应用已足够，若适当修改本机操作码功能定义，则可以15的倍数增加数据个数)。当系统上电复位后，拨码开关置于全0位置为开始设置状态，此后按操作码顺序读入设置数据，每设置一个数据(持续时间大于10秒)，恢复一次全0位置，单片机读入设置数据并保存，直至全部设置完毕，拨码开关置于全1位置，结束设置状态。
Claims (5)
1.一种变电所智能设备协议转换接口装置，其特征在于：包括主控制单元(1)、上位机通信电路(2)、智能设备通信电路(3)、多协议选择电路(4)、数据存储电路(5)以及电源电路(6)，所述电源电路(6)为主控制单元(1)、多协议选择电路(4)和数据存储电路(5)供电，所述上位机通信电路(2)、智能设备通信电路(3)和数据存储电路(5)均与主控制单元(1)互相通信，所述多协议选择电路(4)传送信号至主控制单元(1)，所述主控制单元(1)包括单片机U1，所述多协议选择电路(4)包括拨码开关SW1，所述拨码开关SW1的一端的四个引脚接地，另一端的四个引脚分别连接到单片机U1的P10～P13接口，所述主控制单元(1)根据多协议选择电路(4)中的拨码开关SW1的开关位置组合来确定协议结构，所述主控制单元(1)将接收到的数据根据拨码开关SW1的开关位置组合确定的协议结构进行帧结构的转换，所述单片机U1的型号为AT89C52。
2.根据权利要求1所述的变电所智能设备协议转换接口装置，其特征在于：所述数据存储电路(5)由锁存器U2、E2PROM存储器U3、E2PROM存储器U4和反相器U5A组成，所述锁存器U2的D0～D7接口与单片机U1的P00～P07接口相连，锁存器U2的Q0～Q7接口与E2PROM存储器U3的A0～A7接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，E2PROM存储器U4的A0～A14接口与E2PROM存储器U3的A0～A14接口相连，E2PROM存储器U3的DQ0～DQ7接口与锁存器U2的D0～D7接口相连，反相器U5A与锁存器U2的P27接口相连，所述锁存器U2的型号为74LS373，所述存储器U3的型号为AT28C256，所述存储器U4的型号为AT28C256。
3.根据权利要求1所述的变电所智能设备协议转换接口装置，其特征在于：所述电源电路(6)由桥式整流器D1、稳压集成电路U6以及电容C4～C7所组成。
4.根据权利要求1所述的变电所智能设备协议转换接口装置，其特征在于：所述上位机通信电路(2)包括RS485接口电路U7，所述RS485接口电路U7连接单片机U1的P14、P15以及P16接口。
5.根据权利要求1所述的变电所智能设备协议转换接口装置，其特征在于：所述智能设备通信电路(3)包括RS485接口电路U8和RS232接口电路U9，所述RS485接口电路U8、RS232接口电路U9连接单片机U1的P14、P15、P17接口。
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