CN106026398A - 一种铁路智能牵引变电站保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路智能牵引变电站保护系统，包括CPU单元、通信单元、输入输出单元组以及电源单元；CPU单元：用于控制各部分间的数据交换；通信单元：用于实现间隔层、过程层的通信；输入输出单元组：用于实现端口配置、程序下载、调试以及与CPU单元进行通信；电源单元：为各单元供电。本发明采用上述结构，能够提高铁路智能牵引变电站的保护配置方案的采样数据通信化、跳闸命令化水平。
Description
技术领域
本发明涉及变电站领域，具体涉及一种铁路智能牵引变电站保护系统。
背景技术
变电站自动化系统包括变电站层、间隔层、过程层，变电站层包括后台监控、远动通信单元、GPS对时装置；间隔层由各种保护测控装置、交直流屏等第三方设备构成；过程层由智能操作箱、合并单元及电子互感器构成，也可以是常规的开关和互感器。相对于电力系统的应用，牵引供电系统中变电站层只有一台当地监控计算机完成后台监控的所有功能，远动通信单元完成远动通信任务，变电站层网络和间隔层网络都指同一网络。目前，牵引变电所的保护配置方案的采样数据通信化、跳闸命令化水平均有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路智能牵引变电站保护系统，解决目前的铁路智能牵引变电站的保护配置方案的采样数据通信化、跳闸命令化水平不高的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：
一种铁路智能牵引变电站保护系统，包括CPU单元、通信单元、输入输出单元组以及电源单元；
CPU单元：用于控制各部分间的数据交换；
通信单元：用于实现间隔层、过程层的通信；
输入输出单元组：用于实现端口配置、程序下载、调试以及与CPU单元进行通信；
电源单元：为各单元供电。
进一步地，作为优选技术方案，所述CPU单元包括微处理器和第一FPGA，微处理器与第一FPGA之间采用总线方式连接，微处理器通过以太网接口与间隔层、过程层进行通信，第一FPGA通过以太网光接口实现对B码的接收。
进一步地，作为优选技术方案，所述输入输出单元组包括第一输入输出单元、第二输入输出单元、第三输入输出单元以及第四输入输出单元，第一输入输出单元为过程层单元，第四输入输出单元为操作单元。
进一步地，作为优选技术方案，所述过程层单元包括第二FPGA、交换机、模数转换器以及信号处理器，模数转换器与第二FPGA实现信号连接，第二FPGA与信号处理器实现信号连接，信号处理器与交换机实现信号连接。
进一步地，作为优选技术方案，所述过程层单元包括第三FPGA，第三FPGA与各个以太网光接口实现信号连接。
进一步地，作为优选技术方案，所述第二输入输出单元和第三输入输出单元均包括一个ARM，ARM通过CAN总线与CPU单元实现通信。
进一步地，作为优选技术方案，所述通信单元包括间隔层通信部分和过程层通信部分，所述间隔层通信部分包括监控模块和以太网环网模块，监控模块和以太网环网模块实现信号连接，所述过程层通信部分包括第四FPGA，第四FPGA与过程层的各个以太网光接口实现信号连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过设置CPU单元、通信单元、输入输出单元等，不仅实现了保护配置方案的采样数据通信化，同时也实现了跳闸命令化。
（2）本发明支持IEC61588、IRIG-B、秒脉冲等多种对时方式。
（3）本发明的过程层单元可实现过程层网络的扩展，用于变压器保护点对点通信时GOOSE通信，能够进一步实现基于GOOSE的备自投和开关闭锁，消除装置和屏间硬连线。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为CPU单元的结构示意图；
图3为过程层单元的结构示意图一；
图4为过程层单元的结构示意图二；
图5为第一输入输出单元和第二输入输出单元的结构示意图；
图6为通信单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1、图2所示，本实施例所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，包括CPU单元、通信单元、输入输出单元组以及电源单元；
CPU单元：用于控制各部分间的数据交换；
通信单元：用于实现间隔层、过程层的通信；
输入输出单元组：用于实现端口配置、程序下载、调试以及与CPU单元进行通信；
电源单元：为各单元供电。
如图2所示，本实施例的 CPU单元包括微处理器和第一FPGA，微处理器与第一FPGA之间采用总线方式连接，微处理器通过以太网接口与间隔层、过程层进行通信，微处理器可以采用PPC440EPx系列或ARM芯片，支持总线扩展，第一FPGA通过以太网光接口实现对B码的接收，同时第一FPGA可将秒脉冲、1ms脉冲等传输给微处理器，另外，第一FPGA还可输出秒脉冲到背板。
本实施例的输入输出单元组包括第一输入输出单元、第二输入输出单元、第三输入输出单元以及第四输入输出单元，第一输入输出单元为过程层单元，第四输入输出单元为操作单元。
如图3所示，为了实现AD采样的需要，本实施例的过程层单元包括第二FPGA、交换机、模数转换器以及信号处理器，模数转换器与第二FPGA实现信号连接，第二FPGA与信号处理器实现信号连接，信号处理器与交换机实现信号连接，模拟信号经过滤波处理后在模数转换器中实现模数转换，得到的数字信号输入到第二FPGA中，同时，相应的背板信号，如检修开入、秒脉冲等信号输入到第二FPGA中，第二FPGA通过FT3接口或者总线输入信号到信号处理器中，这里的信号处理器可以是ARM或者DSP，信号处理器再将信号输入到交换机中，交换机通过各个以太网光接口与外部设备实现通信，另外，第二FPGA也可直接发送信号给交换机。
如图4所示，为了实现过程层网络的扩展，用于变压器保护点对点通信时GOOSE通信，本实施例的过程层单元可采用如下结构来实现：过程层单元包括第三FPGA，第三FPGA与各个以太网光接口实现信号连接，同时，相应的背板信号，如检修开入、秒脉冲等信号输入到第三FPGA中，而第三FPGA也可实现以太网信号的收发。
如图5所示，本实施例的第二输入输出单元和第三输入输出单元均包括一个ARM，ARM通过CAN总线与CPU单元实现通信，第二输入输出单元和第三输入输出单元分别有20个开入，分为两组，6个开出，分为4组，ARM通过RS232口进行配置、程序下载、调试等，使用CAN总线与主控CPU通信。将两个开入固定用作检修和当地/远方，开出用于其他单元，比如过程层单元。
如图6所示，本实施例的通信单元包括间隔层通信部分和过程层通信部分，间隔层通信部分和过程层通信部分为两个相互独立的部分，间隔层通信部分包括监控模块和以太网环网模块，监控模块和以太网环网模块实现信号连接，监控模块可与面板/液晶实现串口通信，而过程层通信部分包括第四FPGA，第四FPGA与过程层的各个以太网光接口实现信号连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：包括CPU单元、通信单元、输入输出单元组以及电源单元；
CPU单元：用于控制各部分间的数据交换；
通信单元：用于实现间隔层、过程层的通信；
输入输出单元组：用于实现端口配置、程序下载、调试以及与CPU单元进行通信；
电源单元：为各单元供电。
2.根据权利要求1所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述CPU单元包括微处理器和第一FPGA，微处理器与第一FPGA之间采用总线方式连接，微处理器通过以太网接口与间隔层、过程层进行通信，第一FPGA通过以太网光接口实现对B码的接收。
3.根据权利要求2所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述输入输出单元组包括第一输入输出单元、第二输入输出单元、第三输入输出单元以及第四输入输出单元，第一输入输出单元为过程层单元，第四输入输出单元为操作单元。
4.根据权利要求3所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述过程层单元包括第二FPGA、交换机、模数转换器以及信号处理器，模数转换器与第二FPGA实现信号连接，第二FPGA与信号处理器实现信号连接，信号处理器与交换机实现信号连接。
5.根据权利要求3所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述过程层单元包括第三FPGA，第三FPGA与各个以太网光接口实现信号连接。
6.根据权利要求3所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述第二输入输出单元和第三输入输出单元均包括一个ARM，ARM通过CAN总线与CPU单元实现通信。
7.根据权利要求1所述的一种铁路智能牵引变电站保护系统，其特征在于：所述通信单元包括间隔层通信部分和过程层通信部分，所述间隔层通信部分包括监控模块和以太网环网模块，监控模块和以太网环网模块实现信号连接，所述过程层通信部分包括第四FPGA，第四FPGA与过程层的各个以太网光接口实现信号连接。
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