CN104037916B - 一种基于iec61850的电动车充电站监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车充电站的监控系统，具体为一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统。一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统，包括监控后台、充电桩、配电系统、安防系统、写入有电力标准IEC61850的通信管理机以及短信服务系统，本发明能够智能化给电动车的蓄电池充电，满足现在对电动车充电站的智能化要求，本发明还基于电力标准IEC61850来建立充电站的通信标准，达到充电站监控系统的统一的通信标准，通信管理机中装有IEC61850规约转换软件，并且具有充电站所有设备的基于SCL的文件库，并且有所有设备兼容的基于IEC61850标准的通信以太网接口，因此该系统能具有较高的兼容性，容易扩展其他的硬件设施，降低的充电站的成本。

Description

一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电站的监控系统，具体为一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统。
背景技术
随着电动汽车的逐渐普及，人们对电动车的性能要求越来越高，电动车中途没电行驶难，特别是电池后期，续行里程短，因此光靠充一次电是不够的，并且随着人们环保意识的提高以及国家对环保工作的日益重视，建设充电站可很好地解决这个问题，然而在建设充电站中很多设备不兼容，因此在建设的充电站监控通信系统扩展性差，而且成本增加，耗时耗力。
发明内容
本发明为了解决现在建设的充电站兼容性差、成本高的问题，提供了一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统，包括监控后台、充电桩、配电系统、安防系统、写入有电力标准IEC61850的通信管理机以及短信服务系统；
监控后台包括服务器、工作台主机、工作台副机和交换器，服务器通过交换器分别和工作台主机和工作台副机连接；
充电桩包括充电控制系统、充电计量系统、基于CAN总线的充电插口和触摸显示屏，充电控制系统包括内部写有监控程序的第一单片机AT89C51，充电计量系统包括内部写入有电量计算程序的单片机CS5461A，第一单片机AT89C51和单片机CS5461A的信号采集端口都和电压传感器与电流传感器的输出端连接，电压传感器与电流传感器的输入端和充电桩上的充电插口连接，充电插口的通信接口和第一单片机AT89C51连接，单片机CS5461A的信号输出端和第二单片机AT89C51的数据输入端连接，第一单片机AT89C51的网络接口和通信管理机连接；
配电系统包括变压器和配电监控系统，变压器的输入端通过第一智能断路器和市电连接，变压器的输出端连接有整流桥，整流桥通过第二智能断路器和充电桩上的充电插口连接，配电监控系统包括智能开关柜，智能开关柜内的信号采集端和变压器的输出端连接，智能开关柜内的中央处理器的控制信号输出端和变压器输入线路上的第一智能断路器的控制端连接，第一单片机AT89C51的控制信号输出端和第二智能断路器的控制端连接，智能开关柜的网络通讯接口和通讯管理机连接；
安防系统包括分布在充电站内的摄像头、固定在充电桩上的温度传感器、烟感传感器和报警终端，报警终端包括内部写有温度监测程序和烟浓度监测程序的单片机W925E240和与单片机W925E240连接的警报器，温度传感器与烟感传感器的输出端和单片机W925E240连接，单片机W925E240的网络接口通过CAN总线和通讯管理机连接，摄像头通过CAN总线和通讯管理机连接；
短信服务系统包括第二单片机AT89C51、型号为GR64的GSM通信模块和刷卡机，刷卡机的输出端和第二单片机AT89C51的信号输入端连接，第二单片机AT89C51还和触摸显示屏连接，第二单片机AT89C51还和和第一单片机AT89C51连接，第二单片机AT89C51和GSM通信模块通过串行接口连接。
首先客户将电动车的蓄电池和充电桩上的充电插口连接，电动车内的车载电池系统通过充电接口上传蓄电池的电量信息到第一单片机AT89C51，第一单片机AT89C51将信息传输到第二单片机AT89C51，最后在触摸显示屏上显示出蓄电池的电量信息，然后点击触摸显示屏上的开始充电按钮，第二单片机AT89C51得到充电指令，第二单片机AT89C51输出充电控制指令到第一单片机AT89C51，第一单片机AT89C51根据充电指令控制变压器输出线路上的第二智能断路器闭合，充电桩给蓄电池充电；同时客户可在充电桩上的触摸屏上输入手机号码，等到蓄电池充满电时，GSM通信模块会给客户发送充电完成的短信；配电系统中的变压器将市电变压为充电电压并传输到充电桩的充电插口处，配电控制系统中的智能开关柜的信号采集端和变压器的输出端连接，智能开关柜能实现对整个充电站的总功率、总电压、功率因数的监控，若变压器的输出电压不稳定，或者输出电压过高，智能开关柜将控制变压器输入线路上的第一智能断路器断开；充电桩内的第一单片机AT89C51通过传感器能测给蓄电池充电的充电电压和充电电流，若测得的充电电压和充电电流在监控程序的安全阈值外，第一单片机AT89C51控制第二智能断路器断开，蓄电池的充电线路断开，第一单片机AT89C51可获得车载电池系统上传的蓄电池的电能状况，并将蓄电池的充电状态的信息传递给第二单片机AT89C51，第二单片机AT89C51控制GSM通信模块给客户发送充电完成短信，单片机CS5461A由传感器测得的充电电压和电流可推算出充电费用，并实时地输出到充电桩上的触摸显示屏上，客户在刷卡机上刷卡并完成付费，第一单片机AT89C51控制变压器输出线路上的第二智能断路器断开，完成蓄电池的充电，固定在充电桩上的温度传感器和烟感传感器能测得充电桩上的温度和烟浓度，并将温度和烟雾浓度数据传输到报警终端内的单片机W925E240上，在单片机W925E240内将测得的数据和温度监测程序和烟浓度监测程序中设定的安全阈值比较，若大于安全阈值，则单片机控制警报器报警，同时安防系统中单片机W925E240将测得的数据和摄像头测得的充电站内视屏信息实时地传输到通讯管理机上，第一单片机AT89C51测得的数据、智能开关柜上测得的数据和安防系统中测得的数据都通过通讯管理机传输到监控后台的工作台主机上，便于对充电站的管理，服务器监控整个网络，并负责工作台主机和工作台副机的调度工作，当工作台主机出现故障时，服务器调度工作台副机工作；
本发明基于电力标准IEC61850来建立充电站的通信标准，达到充电站监控系统的统一的通信标准，通信管理机中装有IEC61850规约转换软件，并且具有充电站所有设备的基于SCL的文件库，并且有所有设备兼容的基于IEC61850标准的通信以太网接口；通信管理机通过基于IEC61850标准的太网接口接入工业以太网，通信管理机首先基于IEC61850对各个设备进行建模，通过配置建立与逻辑节点的逻辑映射关系，建立设备的信息模型，其首先建立智能电子设备(IED)的信息模型，继续将智能电子设备按子功能分为逻辑节点（LN）（可采用IEC61850-7-3和IEC61850-7-4中文件中的逻辑节点），逻辑节点是通信交换数据的最小部分，其代表物理装置内的某项功能，再继续将逻辑节点的通信数据分解为各类通信信息片（PICOM），通信信息片（PICOM）包括传输的数据值（DV）和数据属性（DA），PICOM 通信信息片描述两个逻辑节点间、给定逻辑连接且具有给定通信属性的信息交换。通信管理机通过装置配置软件将对IED能力的描述配置成ICD文件。系统配置工具将描述充电站系统功能及通信设置的数据配置为SSD文件，最后将ICD与SSD文件进行信息模型匹配，并进行充电站的通信参数配置，最后系统配置工具输出一个符合标准定义的充电站的整体配置SCD文件，这个文件描述全站所有IED的实例配置和通信参数信息、IED之间的联系信息以及充电站一次系统结构，装置配置工具接受系统配置工具传送过来的SCD文件，将SCD文件中相关的IED配置信息提取出来，并生成适合IED设备实例化CID文件，CID文件描述IED的功能配置。
通过建立信息模型完成了功能服务的抽象后，特殊通信服务映射（SCSM）将IEC61850里抽象的服务映射到具体的通信网络及协议上，服务借助通信得以实现。这一方案采用MMS+TCP/IP+以太网的通信模型架构来实现MMS通信。抽象通信服务除了在IEC61850- 7-2中GOOSE和SMV(采样值传输)外，其余抽象通信服务均利用IEC61850-8-1中的抽象通信服务接口(ACSI)到MMS的特定通信服务映射(SCSM)规范进行相关映射，并生成MMS报文。然后通过两组通信服务来实现通信：a 客户/服务器(C/S)模式,如控制或读取服务，b对等(peer一topeer)模式,如GOOSE和SMV）。最后在底层TCP/IP协议的基础上，采用以太网，并利用MMS报文实现智能电子设备之间的通信。
写入第一单片机AT89C51中的充电电压和充电电流的监控程序、单片机CS5461A中的电量计算程序、单片机W925E240中的温度监测程序和烟浓度监测程序是本领域的技术人员所公知的程序；电动车内的车载电池系统为电动车自带的蓄电池管理系统，该系统能将电动车的蓄电池的电量信息上传到充电站监控系统。
本发明提供了一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统，该系统能满足现在对电动车充电站的智能化要求，同时具有较高的兼容性，容易扩展其他的硬件设施，降低的充电站的成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为监控后台的示意图。
图3为充电控制系统的示意图。
图4为安防系统的示意图。
图5为通信管理系统的示意图。
具体实施方式
一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统，包括监控后台、充电桩、配电系统、安防系统、写入有电力标准IEC61850的通信管理机以及短信服务系统；
监控后台包括服务器、工作台主机、工作台副机和交换器，服务器通过交换器分别和工作台主机和工作台副机连接；
充电桩包括充电控制系统、充电计量系统、基于CAN总线的充电插口和触摸显示屏，充电控制系统包括内部写有监控程序的第一单片机AT89C51，充电计量系统包括内部写入有电量计算程序的单片机CS5461A，第一单片机AT89C51和单片机CS5461A的信号采集端口都和电压传感器与电流传感器的输出端连接，电压传感器与电流传感器的输入端和充电桩上的充电插口连接，充电插口的通信接口和第一单片机AT89C51连接，单片机CS5461A的信号输出端和第二单片机AT89C51的数据输入端连接，第一单片机AT89C51的网络接口和通信管理机连接；
配电系统包括变压器和配电监控系统，变压器的输入端通过第一智能断路器和市电连接，变压器的输出端连接有整流桥，整流桥通过第二智能断路器和充电桩上的充电插口连接，配电监控系统包括智能开关柜，智能开关柜内的信号采集端和变压器的输出端连接，智能开关柜内的中央处理器的控制信号输出端和变压器输入线路上的第一智能断路器的控制端连接，第一单片机AT89C51的控制信号输出端和第二智能断路器的控制端连接，智能开关柜的网络通讯接口和通讯管理机连接；
安防系统包括分布在充电站内的摄像头、固定在充电桩上的温度传感器、烟感传感器和报警终端，报警终端包括内部写有温度监测程序和烟浓度监测程序的单片机W925E240和与单片机W925E240连接的警报器，温度传感器与烟感传感器的输出端和单片机W925E240连接，单片机W925E240的网络接口通过CAN总线和通讯管理机连接，摄像头通过CAN总线和通讯管理机连接；
短信服务系统包括第二单片机AT89C51、型号为GR64的GSM通信模块和刷卡机，刷卡机的输出端和第二单片机AT89C51的信号输入端连接，第二单片机AT89C51还和触摸显示屏连接，第二单片机AT89C51还和和第一单片机AT89C51连接，第二单片机AT89C51和GSM通信模块通过串行接口连接。

Claims (1)

1.一种基于IEC61850的电动车充电站监控系统，其特征在于包括监控后台、充电桩、配电系统、安防系统、写入有电力标准IEC61850的通信管理机以及短信服务系统；
监控后台包括服务器、工作台主机、工作台副机和交换器，服务器通过交换器分别和工作台主机和工作台副机连接；
充电桩包括充电控制系统、充电计量系统、基于CAN总线的充电插口和触摸显示屏，充电控制系统包括内部写有监控程序的第一单片机AT89C51，充电计量系统包括内部写入有电量计算程序的单片机CS5461A，第一单片机AT89C51和单片机CS5461A的信号采集端口都和电压传感器与电流传感器的输出端连接，电压传感器与电流传感器的输入端和充电桩上的充电插口连接，充电插口的通信接口和第一单片机AT89C51连接，单片机CS5461A的信号输出端和第二单片机AT89C51的数据输入端连接，第一单片机AT89C51的网络接口和通信管理机连接；
配电系统包括变压器和配电监控系统，变压器的输入端通过第一智能断路器和市电连接，变压器的输出端连接有整流桥，整流桥通过第二智能断路器和充电桩上的充电插口连接，配电监控系统包括智能开关柜，智能开关柜内的信号采集端和变压器的输出端连接，智能开关柜内的中央处理器的控制信号输出端和变压器输入线路上的第一智能断路器的控制端连接，第一单片机AT89C51的控制信号输出端和第二智能断路器的控制端连接，智能开关柜的网络通讯接口和通讯管理机连接；充电桩内的第一单片机AT89C51通过传感器能测得蓄电池充电的充电电压和充电电流，若测得的充电电压和充电电流在监控程序的安全阈值外，第一单片机AT89C51控制第二智能断路器断开，蓄电池的充电线路断开；智能开关柜能实现对整个充电站的总功率、总电压、功率因数的监控，若变压器的输出电压不稳定，或者输出电压过高，智能开关柜将控制变压器输入线路上的第一智能断路器断开；
安防系统包括分布在充电站内的摄像头、固定在充电桩上的温度传感器、烟感传感器和报警终端，报警终端包括内部写有温度监测程序和烟浓度监测程序的单片机W925E240和与单片机W925E240连接的警报器，温度传感器与烟感传感器的输出端和单片机W925E240连接，单片机W925E240的网络接口通过CAN总线和通讯管理机连接，摄像头通过CAN总线和通讯管理机连接；温度传感器和烟感传感器能测得充电桩上的温度和烟浓度，并将温度和烟雾浓度数据传输到报警终端内的单片机W925E240上，在单片机W925E240内将测得的数据和温度监测程序和烟浓度监测程序中设定的安全阈值比较，若大于安全阈值，则单片机控制警报器报警，同时安防系统中单片机W925E240将测得的数据和摄像头测得的充电站内视频信息实时地传输到通讯管理机上；
短信服务系统包括第二单片机AT89C51、型号为GR64的GSM通信模块和刷卡机，刷卡机的输出端和第二单片机AT89C51的信号输入端连接，第二单片机AT89C51还和触摸显示屏连接，第二单片机AT89C51还和和第一单片机AT89C51连接，第二单片机AT89C51和GSM通信模块通过串行接口连接；第一单片机AT89C51获得蓄电池的电能状况，并将蓄电池的充电状态的信息传递给第二单片机AT89C51，第二单片机AT89C51控制GSM通信模块给客户发送充电完成短信，单片机CS5461A由传感器测得的充电电压和电流可推算出充电费用，并实时地输出到充电桩上的触摸显示屏上，付费后第一单片机AT89C51控制变压器输出线路上的第二智能断路器断开，完成蓄电池的充电；
第一单片机AT89C51测得的数据、智能开关柜上测得的数据和安防系统中测得的数据都通过通讯管理机传输到监控后台的工作台主机上，便于对充电站的管理，服务器监控整个网络，并负责工作台主机和工作台副机的调度工作，当工作台主机出现故障时，服务器调度工作台副机工作。
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