CN102355055A - 一种实现数据同步的配网采集终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实现数据同步的配网采集终端，所述终端包括主控单元以及多个采集单元，所述采集单元与所述主控单元之间通过总线连接，其中，所述主控单元，用于周期性地向所述采集单元发送携带当前时间和同步序号的同步命令帧，其中，所述同步命令帧包括同步时钟命令帧和同步采样命令帧；所述采集单元，用于接收同步采样命令帧，通过记录其当前采样点号计算遥测向量，并将遥测向量发送至所述主控单元，其中，所述遥测向量包括遥测量的实部和虚部以及对应的同步序号。主控单元与采集单元通过总线进行组网通讯，并通过同步命令帧实现多个采集单元之间的数据同步，从而避免了重复采集数据，且具有实时性高、易于实现的特点，保证了数据的同步精度。

Description

一种实现数据同步的配网采集终端
技术领域
本发明涉及配电自动化终端领域，尤其涉及一种实现数据同步的配网采集终端。
背景技术
  在配网自动化终端应用中，针对某些应用功能要求采集的电压量和电流量是同步采集的，例如回路功率计算等等，这样的话可以进行相位上的互相比较和运算，一般情况下，针对配电网络中具有多回路的监控终端而言包括集中式和分布式两种结构，该监控终端包括环网柜、开闭所、电缆分支箱。请参阅图1，图1是现有技术配网采集终端的示意图，如图1所示，该终端包括依次连接的采集单元11、采集处理器12以及数据存储器13，其中，采集单元11用于采集电压量1、…电压量n、电流量1、…电流量m，其中，n和m都为大于零的自然数，一般情况下，无论是集中式结构还是分布式结构，现有技术实现的是同一采集单元内数据的同步，无法实现不同采集单元内数据之间的同步，而且使用的是同一个采样脉冲、采集处理器12以及数据存储器13，另外，在实际应用中还存在以下问题：
1.对电压量的重复采集，以环网柜为例，一般环网柜内有两组母线，只需要采集两组母线电压，但是由于需要实现电压量和电流量的同步，每个采集单元都需要对电压量进行采集，导致了对电压量的重复采集。
2.在分布式结构下，由于接入的电压量很多，如果少接电压量，易使计算结果的误差大。
3.电压量和电流量完全由同一个采集单元完成采集应用，这样的话，在实现数据同步时易造成部分功能丢失，例如功率计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术需要重复采集数据和误差大的缺陷，提供一种简单、实时性高和精度高的实现数据同步的配网采集终端。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种实现数据同步的配网采集终端，所述终端包括主控单元以及多个采集单元，所述采集单元与所述主控单元之间通过总线连接，其中，
所述主控单元，用于周期性地向所述采集单元发送携带当前时间和同步序号的同步命令帧，其中，所述同步命令帧包括同步时钟命令帧和同步采样命令帧；
所述采集单元，用于接收同步采样命令帧，通过记录同步采样命令帧的当前采样点号计算遥测向量，并将所述遥测向量发送至所述主控单元，其中，所述遥测向量包括遥测量的实部和虚部以及对应的同步序号。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述采集单元还用于采集模拟量数据，其中，所述模拟量数据包括电压量和电流量。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述同步命令帧以广播的形式发送。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述采集单元还用于通过中断响应处理所述同步命令帧。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述采集单元还用于判断所述同步命令帧是否为同步采样命令帧。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，通过傅里叶变换算法计算所述遥测向量。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述主控单元还用于根据对应的同步序号对所述遥测向量进行顺序存储，并设置对应的数据接收成功标志。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述主控单元还用于判断数据接收成功标志是否有效。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述总线为CAN总线、RS485总线或网络总线。
在本发明所述的实现数据同步的配网采集终端中，所述CAN总线的通讯协议采用CAN总线2.0标准。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：主控单元与采集单元通过总线进行组网通讯，并通过同步命令帧实现多个采集单元之间的数据同步，从而避免了重复采集数据，且具有实时性高、易于实现的特点，保证了数据的同步精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术配网采集终端的示意图；
图2是本发明配网采集终端的示意图；
图3是本发明配网采集终端实现一次数据同步的示意图；
图4是本发明CAN总线的通讯协议的数据帧格式的示意图。
 
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，图2是本发明配网采集终端的示意图，如图2所示，该终端包括主控单元23以及与所述主控单元23通过总线连接的多个采集单元，例如采集电压量1的采集单元211、采集电压量n的采集单元21n、采集电流量1的采集单元221以及采集电流量m的采集单元22m等等，在本发明中，n和m都为大于零的自然数，值得一提的是，下述实施例中的主控单元、总线以及多个采集单元与本实施例中的主控单元、总线以及多个采集单元相同，本领域的技术人员应当了解，下面不再赘述。
请参阅图3，图3是本发明配网采集终端实现一次数据同步的示意图，如图3所示，应当说明的是，本实施例只针对一个采集单元，对于多个采集单元实现数据同步可依次类推，本领域的技术人员应当了解，这里不再赘述。所述终端包括主控单元以及采集单元，所述采集单元与所述主控单元之间通过总线连接，下面具体接收主控单元与采集单元实现数据同步的过程:
首先，采集单元采集模拟量数据，其中，该模拟量数据包括电压量和电流量，应当说明的是，在本实施例中，由于各个采集单元之间实现了数据的同步，单个采集单元只需采集部分的模拟量数据，例如，回路电流，这样的话可实现采集单元的小型化，这种小型的采集单元对安装空间的要求小，并且易于一次设备集成。
随后，主控单元周期性地向采集单元发送携带当前时间和同步序号的同步命令帧，其中，该同步命令帧包括同步时钟命令帧和同步采样命令帧。
值得一提的是，在本发明中，同步命令帧为固定帧长格式的数据帧，其中，同步时钟命令帧主要是传输主控单元的当前时间信息，同步时钟命令帧的年月日时分数据占用4个字节，秒毫秒数据占用2个字节，这样可以保证在一帧数据中将时间信息全部发送出去，实现将各采集单元的时钟与主控单元的时钟一致；同步采样命令帧主要用于发送同步序号。
另外，在本发明中，若同步命令帧的发送周期到达时，同步序号累计加1，当所述同步序号大于预设值时，同步序号重新从1开始计数，应当说明的是，该预设值可根据用户的需求自行设定，例如，在本实施例中，用户可将预设值设定为255，本领域的技术人员应当了解，这里不再赘述。
优选地，所述同步命令帧以广播的形式发送，本领域的技术人员应当了解，各个采集单元接收同步命令帧的时间是相同的，所以在本发明中不需要考虑网络通讯延时所带来的不同步问题。 
随后，采集单元通过中断响应处理所述同步命令帧，以快速响应同步命令帧。
优选地，采集单元判断该同步命令帧是否为同步采样命令帧，若为同步采样命令帧，则接收同步采样命令帧，通过记录同步采样命令帧的当前采样点号计算遥测向量，若为同步时钟命令帧，则设置采样单元的本地时钟。
优选地，通过傅里叶变换算法计算所述遥测向量。
随后，采集单元将所述遥测向量发送至所述主控单元，其中，所述遥测向量包括遥测量的实部和虚部以及对应的同步序号。
最后，主控单元根据对应的同步序号对所述遥测向量进行顺序存储，并设置对应的数据接收成功标志，应当说明的是，在该过程中需要判断数据接收成功标志是否有效，若是，则对所述遥测向量进行应用计算，在本实施例中，该应用计算包括功率计算；若否，则对所述遥测向量放弃应用计算，应当说明的是，如果没有接收到所述遥测向量，则有可能是某个采集单元出现故障，这种情况下，需要对该遥测向量放弃应用计算。
优选地，所述总线为CAN总线、RS485总线或网络总线。
优选地，所述CAN总线的通讯协议采用CAN总线2.0标准。
值得一提的是，本发明通过CAN报文标识符ID的定义实现对广播帧以及点对点通讯的区别功能。以标准ID格式为例，如表1所示，对应的ID格式，由优先级、源地址、目标地址三部分组成，占用11个字节。
其中，优先级码用于确定对应报文的发送优先级，范围为0～3，0优先级最高，3优先级最低，对于同步命令帧，在本实施例中采用具有最高优先级，以提高实时性；方向用于表示该数据帧是由主控单元发送给采集单元还是由采集单元发送给主控单元。0表示由采集单元发给主控单元，1表示主控单元发给采集单元；源地址用于表示数据帧的发送方地址；目标地址用于表示数据帧的接收方地址。采用地址对主控单元以及采集单元进行编号区分，地址范围为0～15。0为广播地址，15约定为主控单元地址，1～14为采集单元的地址。
表1
Figure 2011102665877100002DEST_PATH_IMAGE002
应当说明的是，本发明中的CAN总线的通讯协议中的每帧数据的最大长大衣为8个字节，其帧格式如图4所示，其中，每帧数据包括报文类型标识、报文序号以及应用数据单元，下面具体介绍各个部分的作用：
报文类型标识占用1字节，高5位（bit3～bit7）为报文类型，取值为0～31，例如本发明中用于区分同步命令帧以及遥测向量等等，bit2用于指示是否有后续帧，主要用于表明对于某一特殊报文类型的全部数据可能需要分帧发送，通过这位指示接收方是否还有相同类型的数据帧需要进行接收。
报文序号占用1字节，表示此数据帧为多帧发送中的分帧序号，使用此序号可以用于判断在多帧数据传输中是否出现了丢帧现象，确保接收到的数据帧是连续完整的。
应用数据单元占用0～6字节，用于存放实际有效的应用数据。例如对于本发明中的遥测向量，用于存放对应的采集单元中的各遥测点的向量信息。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述终端包括主控单元以及多个采集单元，所述采集单元与所述主控单元之间通过总线连接，其中，
所述主控单元，用于周期性地向所述采集单元发送携带当前时间和同步序号的同步命令帧，其中，所述同步命令帧包括同步时钟命令帧和同步采样命令帧；
所述采集单元，用于接收同步采样命令帧，通过记录同步采样命令帧的当前采样点号计算遥测向量，并将所述遥测向量发送至所述主控单元，其中，所述遥测向量包括遥测量的实部和虚部以及对应的同步序号。
2.根据权利要求1所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述采集单元还用于采集模拟量数据，其中，所述模拟量数据包括电压量和电流量。
3.根据权利要求2所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述同步命令帧以广播的形式发送。
4.根据权利要求3所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述采集单元还用于通过中断响应处理所述同步命令帧。
5.根据权利要求4所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述采集单元还用于判断所述同步命令帧是否为同步采样命令帧。
6.根据权利要求5所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，通过傅里叶变换算法计算所述遥测向量。
7.根据权利要求6所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述主控单元还用于根据对应的同步序号对所述遥测向量进行顺序存储，并设置对应的数据接收成功标志。
8.根据权利要求7所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述主控单元还用于判断数据接收成功标志是否有效。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述总线为CAN总线、RS485总线或网络总线。
10.根据权利要求9所述的实现数据同步的配网采集终端，其特征在于，所述CAN总线的通讯协议采用CAN总线2.0标准。
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