CN102566460B - Soe采集卡及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SOE采集卡及其采集方法，属于电力系统领域。本发明在SOE通信模块与并行通道之间增加了CPLD作为SOE采集卡，一个CPLD可以接收多个并行通道的数据而上传数据时仅需SOE通信模块中的一个I/O口，扩大了SOE数据的采集数量；SOE数据的处理在CPLD中分别进行，不必传输给CPU统一处理，进一步提高了数据处理的效率，从而提高了事件的分辨能力；并且本发明增加了定时器和输入锁存器，增加了SOE数据的滤波功能，排除了外界可能存在的干扰。

Description

SOE采集卡及其采集方法

技术领域

本发明涉及一种SOE采集系统，尤其是一种SOE采集卡及其采集方法。

背景技术

随着火电机组日趋规模化和复杂化，生产过程信息瞬间千变万化。当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取有效措施，防止同类事故的再次发生，这时就需要对事件进行追忆记录。当事件发生后，往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，这就给事故分析造成了很大的困难。

事件顺序记录(SOE，Sequence of Events)系统通过捕捉并分辨出时间间隔在1ms以上的任意两个开关动作的先后顺序，能够更精确地反映生产过程中各个状态和事件的变化次序，能以毫秒级的分辨率获取事件信息，为事故分析提供真实有力的证据。大型火力发电厂将重要设备的状态直接进入SOE报警系统，如电厂主机重要的测量信号、重要辅机的状态信号等。通过网络连接的SOE系统能处理多达上千个开关量，这些点可分布在不同的PCU(过程控制单元)节点内，通过SOE系统是将现场关联设备的状态变化按照发生的先后顺序及时捕获并加上时间标签后传送到调度主站，作为调度人员正确处理事故、分析和判断复杂电力系统故障的重要依据，是电厂进行事故分析和保证机组正常运行的重要工具。

目前的SOE系统大多是毫秒级的分辨率，当某一事件发生后，可能在同一时间间隔内出现的信息较多，不能分辨出先后顺序，且检测端子一般较少，只覆盖机组运行中最重要的开关量。随着电力系统和电网的日益复杂，对电网监控水平、事故分析判断水平要求越来越高，因此要求SOE系统具有网络化检测和更高的分辨事件的能力。

在传统的SOE系统中，多通道信号的同步采集和附加了事件标记的开关量数据的排序问题成为系统开发的瓶颈，受到所用硬件和软件系统的限制，在采集通道数目较多时，往往采用多组模块经I/O扩展来达到通道数目的要求，而多组模块之间采集信号时的同步要求会大幅度增加软硬件设计的难度，同时对巨型开关量数据的排序会大量占用系统资源，降低系统的实时性。

发明内容

本发明的目的是提供一种SOE采集卡及其采集方法，扩大了SOE数据的采集数量，并且提高了数据处理的效率，从而提高了事件的分辨能力。

为了实现上述目的，本发明提供了一种SOE采集卡，其特征在于：包括CPLD，其中所述SOE采集卡具有唯一的地址且存储在所述CPLD中，并且所述CPLD包括串行接口、命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块：

所述命令接收模块用于通过串行接口1接收串行形式的同步帧命令，其中所述同步帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码和校验码：如果判定所述同步帧命令中的SOE采集卡地址与该SOE采集卡的地址相同，则将所述同步帧命令由串行形式转换成并行形式并且进一步判断所述同步帧命令是否有效，如果所述同步帧命令有效则产生命令有效信号并将所述命令有效信号发送给所述数据接收模块；

所述数据接收模块用于接收所述命令有效信号，开始采集各并行通道的SOE数据，并且将所述SOE数据发送给所述数据发送模块；

所述数据发送模块用于将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中，并且在将所述响应帧命令由并行形式转换成串行形式后通过所述串行接口1发送出去，其中所述响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，在响应帧命令的封装过程中将所述SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，所述功能信息封装在功能码中，所述SOE数据和时间标签封装在数据域中，所述校验信息封装在校验码中。

所述CPLD还包括定时器和输入锁存器，所述数据接收模块通过所述输入锁存器采集各并行通道的SOE数据；

所述输入锁存器针对各并行通道，用于分别锁存采集到的N个SOE数据；

所述定时器用于向所述输入锁存器提供锁存信号，在所述数据接收模块通过输入锁存器采集各并行通道的SOE数据时每间隔时间T发送一个锁存信号，驱动所述输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给所述数据接收模块；

所述数据接收模块用于比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在所述N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中所述M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，所述有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N；

还用于将本次有效SOE数据与上次时间间隔T*N内获得的有效SOE数据进行异或运算，并且将所述异或运算的结果以及本次有效SOE数据发送给所述数据发送模块；

其中T为非零的任意数值，N、M为正整数。

所述串行接口1为高速RS485接口，传输速率大于2Mbps。

所述校验码用于校验所述SOE采集卡的通信状态是否正常：如果所述SOE采集卡连续接收到2次同步帧命令，均未返回响应帧命令，则通知上位机所述SOE采集卡的通信异常。

如果数据发送模块在发送响应帧命令时并未接收到SOE数据，则将响应帧命令中的数据域置为零。

本发明还提供了一种SOE采集卡的采集方法，所述SOE采集卡包括CPLD，所述SOE采集卡具有唯一的地址且存储在所述CPLD中，并且所述CPLD包括定时器、输入锁存器、串行接口、命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块，其特征在于由以下步骤：

S1、命令接收模块通过串行接口接收到同步帧命令，所述同步帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码和校验码：如果判定同步帧命令中SOE采集卡地址与该SOE采集卡的地址相同，则将同步帧命令由串行形式转换成并行形式且进一步判断该同步帧命令是否有效，如果该同步帧命令有效则产生命令有效信号并将该命令有效信号发送给数据接收模块；

S2、数据接收模块在接收到命令有效信号后开始通过输入锁存器采集各并行通道的SOE数据，输入锁存器针对各并行通道，分别锁存采集到的N个SOE数据；

S3、定时器每间隔时间T则发送一个锁存信号给数据接收模块，驱动输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给数据接收模块，数据接收模块比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在所述N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中所述M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，所述有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N，T为非零的任意数值，N、M为正整数；

S4、数据接收模块将本次有效SOE数据与上次时间间隔T*N内获得的有效SOE数据进行异或运算，并且将所述异或运算的结果以及本次有效SOE数据发送给所述数据发送模块；

S5、数据发送模块将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中，并且在将所述响应帧命令由并行形式转换成串行形式后通过所述串行接口发送出去，其中所述响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，在响应帧命令的封装过程中将所述SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，所述功能信息封装在功能码中，所述SOE数据和时间标签封装在数据域中，所述校验信息封装在校验码中。

在所述步骤S5中如果数据发送模块在发送响应帧命令时并未接收到SOE数据，则将响应帧命令中的数据域置为零。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、首先，传统的SOE数据采集中并行通道直接与SOE通信模块连接，SOE数据的采集数量受到SOE通信模块I/O口的限制，本发明则在SOE通信模块与并行通道之间增加了CPLD作为SOE采集卡，一个CPLD可以接收多个并行通道的数据而上传数据时仅需SOE通信模块中的一个I/O口，扩大了SOE数据的采集数量；其次，命令接收模块从SOE通信模块接收到的同步帧命令为串行形式，本发明在确定SOE采集卡地址有效时将同步帧命令转换为并行形式，不必逐一读取同步帧命令中的内容，提高了数据处理的效率；再者，SOE数据的处理在CPLD中分别进行，不必传输给CPU统一处理，进一步提高了数据处理的效率，从而提高了事件的分辨能力，并且为了适应CPLD与SOE通信模块之间的串行传输，将处理后的SOE数据由并行形式转换成串行形式后传输给SOE通信模块；

2、本发明采用定时器、输入锁存器和数据接收模块，增加了SOE数据的滤波功能，排除了外界可能存在的干扰；

3、串行接口采用高速RS485接口，传输速率大于2Mbps，提高了传输效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是传统SOE数据系统中SOE数据采集的电路原理图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是同步帧命令的格式示意图；

图4是响应帧命令的格式示意图；

图5是本发明的流程图。

图中标记：1为串行接口，2为并行通道。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，在待采集SOE数据较多的情况下，传统的SOE系统通常采用扩展SOE通信模块的通信I/O口来增加SOE数据的传输通道，一个SOE数据传输通道仅对应于一个I/O口，在扩展通信I/O口时信号采集的同步要求会大幅度增加，从而增加了软硬件设计的难度。此外，在SOE通信模块将SOE数据传输给CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）进行统一处理中，由于CPU通常采用软件语言（即高级语言）编写程序，实现数据处理时需逐条执行代码，无疑处理效率较低，从而导致事件的分辨能力较低。

本发明在SOE通信模块与数据并行通道2之间增加了具有CPLD的SOE采集卡，其中一个CPLD可以接收、处理多条并行通道2的SOE数据，而在上传SOE数据时则仅占用一个通信I/O口，根据SOE通信模块I/O口的数据可以连接多个CPLD；并且CPLD采用硬件描述语言（即汇编语音），当存在多个CPLD时各CPLD可以同时执行数据处理，提高了数据处理的效率，从而提高了事件的分辨能力。

如图2所示，该SOE采集卡包括一个CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件），该CPLD包括串行接口1、定时器、输入锁存器、命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块，其中串行接口1、定时器和输入锁存器为硬件部分，命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块采用硬件描述语言设计的控制运算电路。每一SOE采集卡均具有唯一的地址并且存储在CPLD中，命令接收模块用于通过串行接口1接收串行形式的同步帧命令，该同步帧命令的格式如图3所示，包括SOE采集卡地址、功能码和校验码，其中该SOE采集卡地址、功能码和校验码分别占用1个字节，该同步帧命令用于控制地址与同步帧命令中SOE采集卡地址相同的SOE采集卡时钟同步。SOE采集卡地址的第一字位如果为0则表示为目的地址，如果为1则表示为源地址；第二字位为预留位；第五至八位字位表示SOE采集卡的地址；第三和第四字位如果为00表示ms起始帧，则所有SOE采集卡均需对时在ms起始位置，如果为01表示通道值帧，则仅与第五至第八位字位所表示SOE采集卡地址相同的SOE采集卡响应时钟同步。功能码为51时表示读取SOE采集卡的数据；检验码采用一个字节的CRC码（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码），从而减少占用资源和信息传输时间：当同步帧命令发送后一段时间（诸如8 us）内，未接收到对应SOE采集卡返回的响应帧命令时，则再次发送同步帧命令给对应的SOE采集卡；同样，如果在该时间段（诸如8 us）内未接收到响应帧命令则通知上位机SOE通信模块与SOE采集卡之间通信异常。

由于如果逐一读取串行形式的同步帧命令则需要花费较多的时间，为了提高数据处理的效率，命令接收模块还用于在接收到同步帧命令后，如果判定其SOE采集卡的地址与同步命令帧中SOE采集卡地址相同，则将同步帧命令由串行形式转换成并行形式并且进一步判断同步帧命令是否有效：如果该同步帧命令有效则产生命令有效信号并将该命令有效信号发送给数据接收模块。在本实施例中同步帧命令有效即为SOE采集卡地址、功能码和校验码有效，当功能码为51时功能码有效，表示读取SOE采集卡数据。当然，在特定情况下功能码也可以赋予其他值。

数据接收模块用于接收该命令有效信号，开始通过输入锁存器采集各并行通道2的SOE数据。该输入锁存器针对各并行通道2，用于分别锁存采集到的N个SOE数据，定时器向输入锁存器提供锁存信号，在数据接收模块通过输入锁存器采集各并行通道2的SOE数据时每间隔时间T发送一个锁存信号，驱动输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给数据接收模块。在本实施例中输入锁存器锁存采集到的3个SOE数据，并且定时器每间隔300 us（微秒）发送一个锁存信号给该输入锁存器。

数据接收模块用于比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N。在本实施例中，数据接收模块用于比较连续3个SOE数据以获得近1ms的时间间隔内的有效SOE数据：如果在3个SOE数据中存在2个以上的SOE数据一样则表示在该1ms时间间隔内的SOE数据有效，其中2个以上SOE数据所呈现的对象状态即为该有效SOE数据的对象状态，有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为近1ms，此时SOE采集卡的采集周期为1 ms。通过比较多个连续SOE数据，排除了外界可能存在的干扰，实现了输入滤波的功能。

数据接收模块在获得有效SOE数据后，还用于将本次有效SOE数据与上次时间时间间隔T*N内的有效SOE数据进行异或运算，并且将该异或运算结果以及本次有效SOE数据发送给数据发送模块。

数据发送模块接收到有效SOE数据后，对该有效SOE数据进行处理：将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中。此外，数据发送模块将该响应帧命令由高位开始进行并行至串行的转换（即将响应帧命令由并行形式转换成串行形式），并且将串行形式的响应帧命令通过串行接口1发送出去。该响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，如图4所示，在响应帧命令的封装过程中将SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，功能信息封装在功能码中，SOE数据和时间标签封装在数据域中，校验信息封装在校验码中。响应帧命令中SOE采集卡地址、功能码和校验码分别占用1个字节，数据域占用4个字节，其中SOE采集卡地址的各字位、功能码和校验码所表示的含义与同步帧命令中的含义相同。应注意的是：如果数据发送模块发送响应帧命令时并未接收到SOE数据时，则将数据域置为零，同样在8 us内返回响应帧命令。

在本实施例中该串行接口1为高速RS485接口，传输速率大于2Mbps。

如图5所示，上述SOE采集卡的采集方法由以下步骤组成：

S1、命令接收模块通过串行接口1接收到同步帧命令，所述同步帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码和校验码：如果判定同步帧命令中SOE采集卡地址与该SOE采集卡的地址相同，则将同步帧命令由串行形式转换成并行形式且进一步判断该同步帧命令是否有效，如果该同步帧命令有效则产生命令有效信号并将该命令有效信号发送给数据接收模块；

S2、数据接收模块在接收到命令有效信号后开始通过输入锁存器采集各并行通道2的SOE数据，输入锁存器针对各并行通道2，分别锁存采集到的N个SOE数据；

S3、定时器每间隔时间T则发送一个锁存信号给数据接收模块，驱动输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给数据接收模块，数据接收模块比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在所述N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中所述M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，所述有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N，T为非零的任意数值，N、M为正整数；

S4、数据接收模块将本次有效SOE数据与上次时间间隔T*N内获得的有效SOE数据进行异或运算，并且将所述异或运算的结果以及本次有效SOE数据发送给所述数据发送模块；

S5、数据发送模块将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中，并且在将所述响应帧命令由并行形式转换成串行形式后通过所述串行接口1发送出去，其中所述响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，在响应帧命令的封装过程中将所述SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，所述功能信息封装在功能码中，所述SOE数据和时间标签封装在数据域中，所述校验信息封装在校验码中。

在步骤S5中如果数据发送模块在发送响应帧命令时并未接收到SOE数据，则将响应帧命令中的数据域置为零。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种SOE采集卡，其特征在于：包括CPLD，其中所述SOE采集卡具有唯一的地址且存储在所述CPLD中，并且所述CPLD包括串行接口（1）、命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块：

所述命令接收模块用于通过串行接口（1）接收串行形式的同步帧命令，其中所述同步帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码和校验码：如果判定所述同步帧命令中的SOE采集卡地址与该SOE采集卡的地址相同，则将所述同步帧命令由串行形式转换成并行形式并且进一步判断所述同步帧命令是否有效，如果所述同步帧命令有效则产生命令有效信号并将所述命令有效信号发送给所述数据接收模块；

所述数据接收模块用于接收所述命令有效信号，开始采集各并行通道（2）的SOE数据，并且将所述SOE数据发送给所述数据发送模块；

所述数据发送模块用于将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中，并且在将所述响应帧命令由并行形式转换成串行形式后通过所述串行接口（1）发送出去，其中所述响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，在响应帧命令的封装过程中将所述SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，所述功能信息封装在功能码中，所述SOE数据和时间标签封装在数据域中，所述校验信息封装在校验码中；

所述CPLD还包括定时器和输入锁存器，所述数据接收模块通过所述输入锁存器采集各并行通道（2）的SOE数据；

所述输入锁存器针对各并行通道（2），用于分别锁存采集到的N个SOE数据；

所述定时器用于向所述输入锁存器提供锁存信号，在所述数据接收模块通过输入锁存器采集各并行通道（2）的SOE数据时每间隔时间T发送一个锁存信号，驱动所述输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给所述数据接收模块；

所述数据接收模块用于比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在所述N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中所述M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，所述有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N；

还用于将本次有效SOE数据与上次时间间隔T*N内获得的有效SOE数据进行异或运算，并且将所述异或运算的结果以及本次有效SOE数据发送给所述数据发送模块；

其中T为非零的任意数值，N、M为正整数。

2.根据权利要求1所述的SOE采集卡，其特征在于：所述串行接口（1）为高速RS485接口，传输速率大于2Mbps。

3.根据权利要求1所述的SOE采集卡，其特征在于：所述校验码用于校验所述SOE采集卡的通信状态是否正常：如果所述SOE采集卡连续接收到2次同步帧命令，均未返回响应帧命令，则通知上位机所述SOE采集卡的通信异常。

4.根据权利要求1所述的SOE采集卡，其特征在于：如果数据发送模块在发送响应帧命令时并未接收到SOE数据，则将响应帧命令中的数据域置为零。

5.一种SOE采集卡的采集方法，所述SOE采集卡包括CPLD，所述SOE采集卡具有唯一的地址且存储在所述CPLD中，并且所述CPLD包括定时器、输入锁存器、串行接口（1）、命令接收模块、数据接收模块和数据发送模块，其特征在于由以下步骤：

S1、命令接收模块通过串行接口接收到同步帧命令，所述同步帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码和校验码：如果判定同步帧命令中SOE采集卡地址与该SOE采集卡的地址相同，则将同步帧命令由串行形式转换成并行形式且进一步判断该同步帧命令是否有效，如果该同步帧命令有效则产生命令有效信号并将该命令有效信号发送给数据接收模块；

S2、数据接收模块在接收到命令有效信号后开始通过输入锁存器采集各并行通道（2）的SOE数据，输入锁存器针对各并行通道（2），分别锁存采集到的N个SOE数据；

S3、定时器每间隔时间T则发送一个锁存信号给数据接收模块，驱动输入锁存器将锁存的一个SOE数据发送给数据接收模块，数据接收模块比较连续N个SOE数据以获得时间间隔T*N内的有效SOE数据：如果在所述N个SOE数据中存在M个连续以上的SOE数据一样则表示在时间间隔T*N内的SOE数据有效，其中所述M个连续以上SOE数据所呈现的对象状态即为时间间隔T*N内有效SOE数据的对象状态，所述有效SOE数据即为该SOE采集卡实际采集到的SOE数据，其采集时间间隔为T*N，T为非零的任意数值，N、M为正整数；

S4、数据接收模块将本次有效SOE数据与上次时间间隔T*N内获得的有效SOE数据进行异或运算，并且将所述异或运算的结果以及本次有效SOE数据发送给所述数据发送模块；

S5、数据发送模块将SOE数据与SOE采集卡地址信息、功能信息、校验信息和时间标签并行组合，封装于响应帧命令中，并且在将所述响应帧命令由并行形式转换成串行形式后通过所述串行接口发送出去，其中所述响应帧命令的格式中包括SOE采集卡地址、功能码、数据域和校验码，在响应帧命令的封装过程中将所述SOE采集卡信息封装在SOE采集卡地址中，所述功能信息封装在功能码中，所述SOE数据和时间标签封装在数据域中，所述校验信息封装在校验码中。

6.根据权利要求5所述的SOE采集卡的采集方法，其特征在于：在所述步骤S5中如果数据发送模块在发送响应帧命令时并未接收到SOE数据，则将响应帧命令中的数据域置为零。

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