CN102724164A - 电力控制系统的多通信协议传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力控制系统的多通信协议传输装置及方法，首先能源管理系统和/或电力设备向通信收发器发送电文信息；接着控制台采集通信收发器接收的电文信息，并对电文信息进行解析；然后控制台将解析后的电文信息返回给通信收发器；最后通信收发器将解析后的电文信息传送至相应的能源管理系统和/或电力设备。这样不仅有效解决不同协议电力设备的控制信息的实时传输，还解决了不同电力设备间的不同通信协议的控制信息向过程控制系统传输的问题。

Description

电力控制系统的多通信协议传输装置及方法

 

技术领域

本发明涉及电力控制系统的多通信协议的传输技术，更具体地说是涉及一种电力控制系统的多通信协议传输装置及方法。

 

背景技术

在各类大型的工、矿企业中，能源管理系统是对包括电力系统在内的能源系统进行管理和调度的计算机管理系统，它可以实现从电力设备、过程控制系统即能源管理系统EMS的源介质消耗分析以及能耗管理的全过程管理。在此过程中建立起电力设备到能源管理系统EMS的数据采集是实现的关键。在现有技术中，电力系统普遍使用基础自动化系统进行供配电的控制，由于供配电基础自动化系统与电力系统设备控制的运行密切相关，因此对实时性要求较高。但是我国的电力设备供应方众多，造成供配电的基础自动化系统都使用自己的专用通讯协议和网络，而电力系统要求实时性、可靠性高，因此目前电力系统都采用变电所本地操控的方式或相同设备的远程监控方式。这是由于不同供配电系统的结构不同、通信协议和通信方式都完全不一样造成的。目前电力基础自动化系统的常规的通讯协议有PROFIBUS、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN、485总线等，能源过程控制系统需要采集这些设备的运行状态数据和进行集中调度操控，因此市场需要有一种屏蔽各协议间的差异，使能源管理系统EMS和采用不同通讯协议的电力设备进行信息交换，从而实现异型设备通过能源管理系统EMS进行远程监视和操控的设备。

 

发明内容

针对现有技术中存在的能源管理系统EMS对采用不同通信协议的电力设备采集运行数据不便的问题，本发明的目的是提供一种电力控制系统的多通信协议传输装置及方法，可以方便的实现能源管理系统EMS对不同电力设备运行数据的采集。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种电力控制系统的多通信协议传输装置，包括控制台以及通信收发器，通信收发器分别与能源管理系统以及电力设备连接，控制台与通信收发器连接；通信收发器与电力设备、能源管理系统实现双向的电文信息传输；控制台采集通信收发器的电文信息，并将解析后的电文信息传送至通信收发器。

所述通信收发器包括电文收发模块以及数据缓存模块，电文收发模块分别与能源管理系统以及电力设备实现电文信息的双向传输；数据缓存模块与控制台实现电文信息的双向传输。

所述电文收发模块为通信卡，所述通信卡采用的通信协议为PROFIBUS-DP、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN或485总线中的一种或多种。 

所述控制台内采用系统管理模块、通讯协议解析模块、数据处理模块以及数据采集模块。

所述控制台采用间隔轮询方式将能源管理系统的时钟信息发向各电力设备。

所述电文信息的格式包括源地址、目的地址、控制字节以及电文数据。

所述多通信协议传输装置对发出电文信息的电力设备、能源管理系统实现二次确认机制。

根据本发明的另一方面，提供一种电力控制系统的多通信协议传输方法，该传输方法的具体步骤为：

A．能源管理系统和/或电力设备向通信收发器发送电文信息；

B．控制台采集通信收发器接收的电文信息，并对电文信息进行解析；

C．控制台将解析后的电文信息返回给通信收发器；

D．通信收发器将解析后的电文信息传送至相应的能源管理系统和/或电力设备。

所述步骤A-D中的通信收发器采用电文收发模块以及数据缓存模块，电文收发模块分别与能源管理系统以及电力设备实现电文信息的双向传输；数据缓存模块与控制台实现电文信息的双向传输。

所述电文信息采用的通信协议为PROFIBUS-DP、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN或485总线中的一种或多种。 

所述控制台内包括系统管理模块、通讯协议解析模块、数据处理模块以及数据采集模块。

所述控制台采用间隔轮询方式将能源管理系统的时钟信息发向各电力设备。 

所述电文信息的格式包括源地址、目的地址、控制字节以及电文数据。

所述控制台以及通信收发器对电力设备、能源管理系统发出的电文信息进行二次确认。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1.有效解决不同协议电力设备的控制信息的实时传输，解决了不同电力设备间的不同通信协议的控制信息向过程控制系统传输的问题。 

2.弱化电力设备的通信能力，使过程控制系统即能源管理系统不仅能采集像变电站这样大型的电力设备的运行状态，还能采集智能电度表的信息。

3.可以不需要对现有各电力设备通信方式进行改动，同时过程控制系统也不需要安装各电力设备的通信软件，而实现对各电力设备的数据采集和监控命令的高速、可靠传递。

 

附图说明

图1是本发明电力控制系统的多通信协议传输装置的结构示意图                                               

；

图2是本发明电力控制系统的多通信协议传输装置的功能模块结构示意图；

图3是本发明电力控制系统的多通信协议传输装置的应用示意图

；

图4是本发明电力控制系统的多通信协议传输方法的流程示意图

；

图5是本发明电力控制系统的多通信协议传输方法的实施例流程图

；

图6是本发明的

电文结构图；

图7是本发明的

电文解析流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明主要作用是在使用不同通信协议的电力设备间，建立实时的通信传输，通过对不同专用的电力通信协议的底层的解析，建立起一种基于UDP/IP Socket的通信回路，使各不同电力设备的控制设备间能进行实时通信并向过程控制系统即能源管理系统EMS实现双向传输，从而能实现过程控制系统对远程的电力设备的操控。

请参见图1、图2所示的电力控制系统的多通信协议传输装置10，主要包括了控制台11和通信收发器12二大部分，其中控制台11包括有系统管理模块111、通讯协议解析模块112、数据处理模块113、实时数据采集模块114。通信收发器12包括背板125，背板125上至少设有处理器123、内存124，电文收发模块121以及数据缓存模块122。电文收发模块121为采用不同通信协议的通信卡1211组成，可以使用通信卡1211有PROFIBUS-DP、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN、485总线等。不同通信协议的电力设备21连接到通信收发器12上，采用如图3所示的工业以太网完成系统的组网。

请参见图4所示的电力控制系统的多通信协议传输方法40，该传输方法的具体步骤为：

41．能源管理系统和/或电力设备向通信收发器发送电文信息；

42．控制台采集通信收发器接收的电文信息，并对电文信息进行解析；

43．控制台将解析后的电文信息返回给通信收发器；

44．通信收发器将解析后的电文信息传送至相应的能源管理系统和/或电力设备。

再请参见图5所示，其中通信收发器12在接受电文时，通过电文收发模块121接受来自各电力设备21和过程控制系统20的电文信息写入数据缓存模块122相应的接收区中。在发送电文时，通过电文收发模块121读取数据缓存模块122的发送区的电文信息，并发送至相应的电力设备21或过程控制系统20。控制台11在系统管理模块111的协调下，实时数据采集模块114读取数据缓存模块122的信息情况，当数据缓存模块122的接收区有信息时，将信息读入并调用通讯协议解析模块112对电文信息进行解析，将解析获得的源地址、目的地址、控制字节和数据，返回给系统管理模块111，系统管理模块111将经过解析的电文内容由数据处理模块113按照电文命令进行相应的操作。其中对来自电力设备21的电文，数据处理模块113按照如图6所示的自定义电文格式将解析获得的源地址、目的地址、控制字节和控制数据组成新的电文后由电文收发模块121发往过程控制系统20。对来自过程控制系统20的电文，数据处理模块113根据控制字节的定义和应用的需求，生成源地址、目的地址、控制字节和控制数据，由通讯协议解析模块112生成对应于不同电力设备21的相应的通讯协议格式，交实时数据采集模块114写人数据缓存模块122的发送区，由电文收发模块121发往指定的电力设备21，从而实现对设备的监视和控制。图6中控制字的长度为1个字节，其中的定义为1：心跳 ；2：发送数据，须对方确认；3：发送用户数据，不须对方确认；4：确认电文。目的地址的长度为2个字节，其中低字节在前。源地址的长度为2个字节，低字节在前。电文数据：跟在报头之后的电文数据块，数据块后有CRC循环冗余校验码。

在没有通信的情况下，系统管理模块111以100毫秒的间隔的轮询方式，将过程控制系统20上的时钟信息发向各电力设备21，既完成对各电力设备21的对时操作，同时通过轮询的方式保证本发明的传输装置与各电力设备的通信连接性。

本装置通过对 OSI 七层模型的底层通信报文的直接解析，使电力过程控制系统20可以屏蔽不同电力设备21之间的通信协议的差异，可以接受来自不同类型协议的电力设备21的监视信息和控制信息，并通过过程控制系统20对电力设备21进行远程操控。从而实现异型设备通过过程控制系统即能源管理系统EMS远程监视和操控功能。由于采用了电文直接解析的方式，可以实现电文级的二次确认机制，保证控制命令电文的准确无误。并且本发明的传输装置采用底层的通信报文的直接解析，可以弱化电力设备21的通信能力，使过程控制系统20既能采集像变电站这样大型的电力设备的运行状态，同时又能采集智能电度表的信息。

再请参见图7所示，通讯协议解析模块112对通信电文数据进行解析。协议解析的步骤如下：

1）由于数据缓存模块122的接收区数据，是对应于不同通信协议卡1211，根据卡位可以知道数据采用的是何种的通信协议。

2）数据采集模块114读取数据缓存模块122的数据，根据通信协议，读取通信协议规则表，获取通信协议的格式。对数据包进行解析。

3）根据协议的数据校验码，对数据进行完整性校验。

4）获取源地址，目的地址，控制字节和控制数据。

5）判断一次通信是否结束，没有结束继续步骤2，直到获得一条完整的信息。

6）由于电力系统的误操作，可能引发严重的事故，通讯协议解析模块112在解析到是操控动作的电文时，立即以该解析协议的生成重发电文，由电文收发送模块121立即发往该设备。对二次通信电文的内容与第一次收到的内容进行比较，并将比较的结果作为电文内容的一部分。从而实现电文级的二次确认机制。

7）在需要本发明的传输装置发送电文时，根据发送电文的目的地址的协议，组成电文数据包。由电文收发送模块发往该设备的通信地址。

系统管理模块111是控制台11的主要人机界面。由于电力系统的操作慎重性，对过程管理系统操控命令通过人机界面进行确认。具体步骤有校核操作：当接受控制命令后，首先对控制单元继电器触点粘合状态和进行中的操作两种状态进行校验。当校验确定无上述两种情况时，向过程控制系统20发送校核正确信息，若校验发现有上述任一种不符合情况存在时，停止操作，发送校核不正确信息。实现本发明的传输装置对操控命令的状态校核功能。执行闭锁操作：系统管理模块111在完成校核操作后，20秒内收到撤消命令或在20秒内未收到执行/撤消命令，则撤消本次操作，并向过程控制系统20发送撤消操作信息，实现装置的应用二次确认功能。人工监护措施：系统管理模块111在进行控制操作时，分别有操作员和监护员确认执行，各种操作时间、情况等数据记录在日志文件中。权限管理功能，系统管理模块可以对操作人员设进行操作权限管理。可对操作人员进行身份验证和权限验证。实现人工双操作功能。系统管理模块111还负责管理各模块的运行，具有监视和控制功能，能完成实时运行状态显示，运行状态报警，报表编辑和打印，画面，存储数据的的编辑、修改和显示。

电文收发送模块121在本发明的传输装置10与过程控制系统20的主机、各电力设备21间建立通讯回线，在通信断开或发生故障时，自动重新建立通信回线，记录收发电文并保存发送不成功的电文，并进行重发。在回信建立期间发送心跳电文，监测回线的状态，确保在电文收发时回信处于正常状况。在收发送电文时，根据电文是否有时序要求，将电文分成若干组，每个组的电文都能按序发送。

数据缓存模块122为本装置提供一个 Flash Memory型数据缓存区，缓存区按照通信卡位和端口号进行地址划分，每个通信端口分配 4 M 缓存（缓存容量以WIN-NTFS文件系统的簇单位来划分），为防止缓存溢出，分配 16 M 为公共缓存，当端口缓存写满后写入公共缓存。在写入公共缓存时，必须标志端口号，以便通讯协议解析模块112在处理时，对应相应的协议。采用Flash Memory型缓存，可以保证在断电后数据的不丢失。

数据处理模块113负责对控制台11的数据管理和处理工作，完成对各种规则表的维护处理，如通信协议规则表、数据缓存分配表。记录各类日志文件，如电文发收信息。在系统管理模块完成运行状态的显示和报表时，进行相应的数据处理工作。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种电力控制系统的多通信协议传输装置，其特征在于，

包括控制台以及通信收发器，通信收发器分别与能源管理系统以及电力设备连接，控制台与通信收发器连接；通信收发器与电力设备、能源管理系统实现双向的电文信息传输；控制台采集通信收发器的电文信息，并将解析后的电文信息传送至通信收发器。

2.如权利要求1所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述通信收发器包括电文收发模块以及数据缓存模块，电文收发模块分别与能源管理系统以及电力设备实现电文信息的双向传输；数据缓存模块与控制台实现电文信息的双向传输。

3.如权利要求2所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述电文收发模块为通信卡，所述通信卡采用的通信协议为PROFIBUS-DP、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN或485总线中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述控制台内包括系统管理模块、通讯协议解析模块、数据处理模块以及数据采集模块。

5.如权利要求1所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述控制台采用间隔轮询方式将能源管理系统的时钟信息发向各电力设备。

6.如权利要求1所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述电文信息的格式包括源地址、目的地址、控制字节以及电文数据。

7.如权利要求1-6中任一项所述的多通信协议传输装置，其特征在于，

所述多通信协议传输装置对发出电文信息的电力设备、能源管理系统实现二次确认。

8.一种电力控制系统的多通信协议传输方法，其特征在于， 

该传输方法的具体步骤为：

A．能源管理系统和/或电力设备向通信收发器发送电文信息；

B．控制台采集通信收发器接收的电文信息，并对电文信息进行解析；

C．控制台将解析后的电文信息返回给通信收发器；

D．通信收发器将解析后的电文信息传送至相应的能源管理系统和/或电力设备。

9.如权利要求8所述的多通信协议传输方法，其特征在于， 

所述步骤A-D中的通信收发器采用电文收发模块以及数据缓存模块，电文收发模块分别与能源管理系统以及电力设备实现电文信息的双向传输；数据缓存模块与控制台实现电文信息的双向传输。

10.如权利要求9所述的多通信协议传输方法，其特征在于， 

所述电文信息采用的通信协议为PROFIBUS-DP、DH+、MODBUS、MODNET、SSEVEN或485总线中的一种或多种。

11.如权利要求8所述的多通信协议传输方法，其特征在于，

所述控制台内采用系统管理模块、通讯协议解析模块、数据处理模块以及数据采集模块。

12.如权利要求8所述的多通信协议传输方法，其特征在于，

所述控制台采用间隔轮询方式将能源管理系统的时钟信息发向各电力设备。

13.如权利要求8所述的多通信协议传输方法，其特征在于，

所述电文信息的格式包括源地址、目的地址、控制字节以及电文数据。

14.如权利要求8-13中任一项所述的多通信协议传输方法，其特征在于，

所述控制台以及通信收发器对电力设备、能源管理系统发出的电文信息进行二次确认。

Images