CN103166315A - 中低压电力电子控制装置的通用监控系统 - Google Patents

中低压电力电子控制装置的通用监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，包括：组态设置单元、实时数据处理单元和实时调试监控单元；所述组态设置单元和所述实时数据处理单元通过FTP进行数据的交互；所述实时调试监控单元读取所述组态设置单元的配置参数，并通过以太网与所述实时数据处理单元进行数据交互。本发明提供的中低压电力电子控制装置的通用监控系统，具有合理的结构，而且可以提供适合中低压电力电子控制装置的通用监控。

Description

中低压电力电子控制装置的通用监控系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统。
背景技术
中低压电力电子技术领域涉及产品较多，目前应用广泛的包括静止无功补偿(SVG/SVC)、固态切换开关(SSTS)、中低压变频器、动态电压补偿器(DVR)、有源滤波器等。中低压的电力电子控制装置由于控制对象相对高压电力电子设备简单，往往采用单一装置的形式，而非网络化的大型控制系统。由于采用了单一装置形式，目前的同类产品监控系统功能尚能难以做到通用化。而控制系统作为电力电子设备的核心控制装置，其监控功能不仅需要监视整个系统的运行状态，还需要记录故障波形、对整个系统进行综合通信联系和实现故障闭锁功能，为控制成本，通用型监控系统进行设计时，还需要考虑不同中低压产品应用的复杂性和便捷扩展开发能力。
目前，针对品种多样、应用场合多变的中低压电力电子控制装置，尚没有见到通用型的监控系统。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，具有合理的结构，而且可以提供适合中低压电力电子控制装置的通用监控。
为实现上述目的，本发明提供一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，其改进之处在于，所述监控系统包括：组态设置单元、实时数据处理单元和实时调试监控单元；所述组态设置单元和所述实时数据处理单元通过FTP进行数据的交互；所述实时调试监控单元读取所述组态设置单元的配置参数，并通过以太网与所述实时数据处理单元进行数据交互。
本发明提供的优选技术方案中，所述组态设置单元，包括：依次连接的初始化模块、定义模块和配置模块。
本发明提供的第二优选技术方案中，所述初始化模块，判断是否读入已有的工程项目，如果是则初始化界面，否则新建工程项目并初始化界面。
本发明提供的第三优选技术方案中，定义模块，包括：依次设置的系统参数定义组件、规约设置定义组件、端口信息定义组件和通信定义组件。
本发明提供的第四优选技术方案中，所述系统参数定义组件，定义系统参数、网络节点、网卡信息、串口信息和冗余配置信息。
本发明提供的第五优选技术方案中，所述规约设置定义组件，对所使用通信协议进行参数定义。
本发明提供的第六优选技术方案中，所述端口信息定义组件，定义各端口信息，绑定规约设置，并定义端口通信。
本发明提供的第七优选技术方案中，所述通信定义组件，定义各个通信单元和各个通信单元的数据量和数据流，并绑定端口。
本发明提供的第八优选技术方案中，所述配置模块，对固件进行配置，并保存配置文件后，向所述实时调试监控单元传输参数。
本发明提供的第九优选技术方案中，所述实时数据处理单元，包括：依次连接的初始化模块、进程启动模块和数据处理模块。
本发明提供的第十优选技术方案中，所述初始化模块，启动实时数据处理单元，读取其中的配置文件并创建显示驱动的共享内存区。
本发明提供的较优选技术方案中，所述进程启动模块，分别启动通信驱动进程、与主控CPU的网络直通通信处理进程、与实时调试监视软件通信处理进程、液晶显示处理进程和看门狗进程。
本发明提供的第二较优选技术方案中，所述数据处理模块，按照实际配置的数据端口数量进行数据处理。
本发明提供的第三较优选技术方案中，数据处理，包括：初始化各个数据端口的数据处理基类，并读取相关配置文件，各个数据端口调用APl函数，各个数据端口依次进行数据收发处理、规约转换处理、控制操作处理、COS及SOE信号处理和测量量处理。
本发明提供的第四较优选技术方案中，所述实时调试监控单元，包括：参数读取模块和分别接收其数据的界面操作模块、通信建立模块。
本发明提供的第五较优选技术方案中，所述参数读取模块，接收所述组态设置单元的参数，并启动所述界面操作模块和所述通信建立模块。
本发明提供的第六较优选技术方案中，所述界面操作模块，等待并接收界面操作消息，按照指令类型，组织通讯报文，向通讯套接字组件发送数据，之后判断发送数据是否成功。
本发明提供的第七较优选技术方案中，若发送成功则所述界面操作模块继续等待需要接收的界面操作消息，否则发出告警提示消息。
本发明提供的第八较优选技术方案中，所述通信建立模块，与所述实时数据处理单元建立通信关系，接收并判断控制指令的通讯报文是否是来自所述实时数据处理单元，根据不同的报文进行相应的操作。
本发明提供的第九较优选技术方案中，若接收的控制指令来自通讯报文，则所述通信建立模块，对接收的报文进行分析并得到界面刷新的数据后通知所述界面操作模块接收到界面操作消息；否则所述通信建立模块，向所述通讯套接字组件发送数据，并判断数据是否发送成功，若不成功则发送告警提示信息。
与现有技术比，本发明提供的一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，组态设置单元可灵活配置系统参数，实时数据处理单元充分考虑了按功能应用分进程设计和公共APl函数接口，适合各种不同应用领域时的快速软件开发和应用，实时调试监视单元可以实时数据处理的过程和实时通讯数据，便于通用化的调试，整个系统可以实现中低压电力电子控制装置的通用监控功能；而且，系统设计充分考虑了不同应用的通信接口处理，支持串口、网络等多种形式，驱动软件相互独立，通过共享内存与数据处理进程通信，避免了某个进程崩溃导致的系统停运。针对不同应用，提供数据处理基类和公用APl函数，支持快速开发；同时也提供逻辑和数值计算工具，无需软件编程即可实现应用逻辑和计算的组态，大大提高了通用性。
附图说明
图1为中低压电力电子控制装置的通用监控系统的内部结构示意图。
图2为实时数据处理单元的工作流程图。
图3为实时调试监视单元的工作流程图。
图4为组态设置单元的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，包括：组态设置单元、实时数据处理单元和实时调试监控单元；所述组态设置单元和所述实时数据处理单元通过FTP进行数据的交互；所述实时调试监控单元读取所述组态设置单元的配置参数，并通过以太网与所述实时数据处理单元进行数据交互。
如图4所示，所述组态设置单元，包括：依次连接的初始化模块、定义模块和配置模块。
所述初始化模块，判断是否读入已有的工程项目，如果是则初始化界面，否则新建工程项目并初始化界面。
定义模块，包括：依次设置的系统参数定义组件、规约设置定义组件、端口信息定义组件和通信定义组件。
所述系统参数定义组件，定义系统参数、网络节点、网卡信息、串口信息和冗余配置信息。
所述规约设置定义组件，对所使用通信协议进行参数定义。
所述端口信息定义组件，定义各端口信息，绑定规约设置，并定义端口通信。
所述通信定义组件，定义各个通信单元和各个通信单元的数据量和数据流，并绑定端口。
所述配置模块，对固件进行配置，并保存配置文件后，向所述实时调试监控单元传输参数。
如图2所示，所述实时数据处理单元，包括：依次连接的初始化模块、进程启动模块和数据处理模块。
所述初始化模块，启动实时数据处理单元，读取其中的配置文件并创建显示驱动的共享内存区。
所述进程启动模块，分别启动通信驱动进程、与主控CPU的网络直通通信处理进程、与实时调试监视软件通信处理进程、液晶显示处理进程和看门狗进程。
所述数据处理模块，按照实际配置的数据端口数量进行数据处理。
数据处理，包括：初始化各个数据端口的数据处理基类，并读取相关配置文件，各个数据端口调用APl函数，各个数据端口依次进行数据收发处理、规约转换处理、控制操作处理、COS及SOE信号处理和测量量处理。
如图3所示，所述实时调试监控单元，包括：参数读取模块和分别接收其数据的界面操作模块、通信建立模块。
所述参数读取模块，接收所述组态设置单元的参数，并启动所述界面操作模块和所述通信建立模块。
所述界面操作模块，等待并接收界面操作消息，按照指令类型，组织通讯报文，向通讯套接字组件发送数据，之后判断发送数据是否成功。
若发送成功则所述界面操作模块继续等待需要接收的界面操作消息，否则发出告警提示消息。
所述通信建立模块，与所述实时数据处理单元建立通信关系，接收并判断控制指令的通讯报文是否是来自所述实时数据处理单元，根据不同的报文进行相应的操作。
若接收的控制指令来自通讯报文，则所述通信建立模块，对接收的报文进行分析并得到界面刷新的数据后通知所述界面操作模块接收到界面操作消息；否则所述通信建立模块，向所述通讯套接字组件发送数据，并判断数据是否发送成功，若不成功则发送告警提示信息。
通过以下实施例对中低压电力电子控制装置的通用监控系统做进一步解释。
中低压电力电子控制装置的通用监控系统，包括组态设置单元、实时数据处理单元、实时调试监视单元三部分，三种软件之间的数据交互示意图请参见图1。
组态设置单元负责对整个监控系统进行构架，对控制装置的所有程序固件、运行参数、保护定值、显示画面、数据定义、逻辑计算规则在PC机上通过软件进行组态，并通过网络下载到控制装置主控CPU上。
实时调试监视单元，可监测控制装置直接采集和通过通信采集的所有信息值，可通过通信调用控制主机存储的故障录波文件并显示波形。
实时数据处理单元完成的功能包括独立通信进程管理、进程间通信管理、软、硬件看门狗、工程文件参数管理、数据处理及规约处理基础类管理、逻辑数据计算、程序化操作处理、通信规约处理、液晶面板、显示控制、源代码管理及程序固件烧写处理、录波数据处理，其软件流程图如图2所示。
实时数据处理单元基于实时Linux操作系统和GNU C/C++，采用面向对象的多进程软件结构，针对中低压电力电子应用的各种物理接口和通信接口，采用互不影响的多进程方式设计各个通信驱动，包括串行通信(RS232/RS485/RS422)处理进程、以太网(UDP/TCP方式)处理进程、对时接口(IRlG-B/通信对时)处理进程、数据处理进程、液晶显示处理进程、管理进程、硬件看门狗处理进程，如附图3所示主要程序流程图，各功能进程由主程序发起后各进程互不影响独立配置，进程间通信通过共享内存传递，避免了某一进程崩溃导致整个软件功能失效的情况。
实时数据处理单元的数据处理进程，采用面向对象方式，基于统一的数据处理基类开发，并提供公共APl函数，供不同应用领域的快速通信规约开发和数据处理功能开发使用。实时数据处理软件同时提供逻辑和数值组态计算模块，可对各个子数据处理模块提供的数据进行二次组态使用而无需编程，适合不同应用领域快速二次开发，从而使监控软件具备很强的通用性。
组态设置单元和实时调试监视单元设置在PC端，供维护工程师使用。
组态设置单元的流程图如图4所示，可以远程根据应用领域管理控制主机程序固件和参数设定，使该电力电子控制装置通用于中低压电力电子各种设备，如静止无功补偿(SVG/SVC)、固态切换开关(SSTS)、动态电压补偿器(DVR)、有源滤波器(APF)；通过通信结构组态、数据组态，可与各种智能装置构成系统联合完成应用功能。
实时调试监视单元的流程图如图3所示，通过实时调试监视软件可对组态情况进行追踪调试，具体包括监视实时运行采集到的信号量状态、测量值及属性、控制命令的执行情况、参数定值，可以调用录波数据并显示，可以模拟下发各种控制指令进行装置调试。
结合某10kV静态无功补偿器(SVG)项目实施情况说明本发明的具体实施方式如下：
参见附图1，本发明涉及的软件系统部署在一种电力电子控制装置的监控CPU板上，装置内还有主控CPU板、IO、A/D板、电源板、GPS对时板，各板件在装置内部通过一种高速串行总线连接。监控CPU板对外具备4个以太网口和可扩展的RS232/RS485/RS422串口，分别连接整个SVG控制系统的后台管理系统、电源系统、集装箱温控系统、换流阀冷却系统、10kV开关柜监控保护装置等，可使用lEC103、MODBUS、lEC101、lEC104规约进行通信。通过IO板的光纤介质，电力电子控制装置连接到换流阀阀基电子控制系统，并由此对换流阀进行控制。
本监控系统可获取电源系统、集装箱温控系统、换流阀冷却系统、10kV开关柜监控保护装置运行状态信息，并结合主控CPU板、IO板运行信息，实现联锁和顺序控制等高级应用功能；通过内部直通网络，获取主控CPU的录波数据并存储；对后台系统上送全部采集信息，并接受控制指令及转发给相应装置。
为实现上述功能及通用性，参见附图2，实施过程中，可通过系统组态配置软件模块对整个控制装置的程序进行管理，通过烧写不同程序代码，实现控制装置在SVG/DVR/APF等不同中低压电力电子技术领域的应用；系统组态配置软件还可对控制主机的所有需要配置的参数、保护定值、画面、控制定义、运行监测在PC机上通过软件进行组态，并通过网络下载到控制主机上；同时，使用实时调试监视软件，并结合录波波形数据显示及分析模块，可对SVG/DVR/APF等设备在运行过程中的信息、录波波形进行显示和分析。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (20)

1.一种中低压电力电子控制装置的通用监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：组态设置单元、实时数据处理单元和实时调试监控单元；所述组态设置单元和所述实时数据处理单元通过FTP进行数据的交互；所述实时调试监控单元读取所述组态设置单元的配置参数，并通过以太网与所述实时数据处理单元进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述组态设置单元，包括：依次连接的初始化模块、定义模块和配置模块。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述初始化模块，判断是否读入已有的工程项目，如果是则初始化界面，否则新建工程项目并初始化界面。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，定义模块，包括：依次设置的系统参数定义组件、规约设置定义组件、端口信息定义组件和通信定义组件。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统参数定义组件，定义系统参数、网络节点、网卡信息、串口信息和冗余配置信息。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述规约设置定义组件，对所使用通信协议进行参数定义。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述端口信息定义组件，定义各端口信息，绑定规约设置，并定义端口通信。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述通信定义组件，定义各个通信单元和各个通信单元的数据量和数据流，并绑定端口。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述配置模块，对固件进行配置，并保存配置文件后，向所述实时调试监控单元传输参数。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实时数据处理单元，包括：依次连接的初始化模块、进程启动模块和数据处理模块。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述初始化模块，启动实时数据处理单元，读取其中的配置文件并创建显示驱动的共享内存区。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述进程启动模块，分别启动通信驱动进程、与主控CPU的网络直通通信处理进程、与实时调试监视软件通信处理进程、液晶显示处理进程和看门狗进程。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块，按照实际配置的数据端口数量进行数据处理。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，数据处理，包括：初始化各个数据端口的数据处理基类，并读取相关配置文件，各个数据端口调用APl函数，各个数据端口依次进行数据收发处理、规约转换处理、控制操作处理、COS及SOE信号处理和测量量处理。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实时调试监控单元，包括：参数读取模块和分别接收其数据的界面操作模块、通信建立模块。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述参数读取模块，接收所述组态设置单元的参数，并启动所述界面操作模块和所述通信建立模块。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述界面操作模块，等待并接收界面操作消息，按照指令类型，组织通讯报文，向通讯套接字组件发送数据，之后判断发送数据是否成功。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，若发送成功则所述界面操作模块继续等待需要接收的界面操作消息，否则发出告警提示消息。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述通信建立模块，与所述实时数据处理单元建立通信关系，接收并判断控制指令的通讯报文是否是来自所述实时数据处理单元，根据不同的报文进行相应的操作。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，若接收的控制指令来自通讯报文，则所述通信建立模块，对接收的报文进行分析并得到界面刷新的数据后通知所述界面操作模块接收到界面操作消息；否则所述通信建立模块，向所述通讯套接字组件发送数据，并判断数据是否发送成功，若不成功则发送告警提示信息。
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