CN106787191A - 一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，通过PCIE采集卡的连接器连接一体化电源系统的数据传输线实现一体化电源系统不同协议信息的数据采集，通过PCIE信号传输线传输给T4240通信处理器，T4240通信处理器将接收到的CAN、MODBUS、RS485等数据协议进行解码、分析、编译，实现IEC61850协议的转换，再通过RJ45网口连接至智能变电站信息网络，从而实现与基于IEC61850协议的智能变电站进行无缝通信，同时还通过PCIE显卡连接的显示器进行实时显示。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站技术领域，更为具体地讲，涉及一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置。
背景技术
随着智能变电站的快速发展，对独立、分散的传统站用电源系统进行整合，实现交直流电源一体化，提高电源系统的运行管理水平。而一体化电源系统的各设备由不同厂家生产设计，采用不同的通信规约和信息格式，导致一体化电源系统通信网络结构复杂、可靠性低、成本高，难以符合智能变电站智能化、网络化、信息共享标准化的需求。
近几年，国际电工委员会制定的IEC61850标准，已成为智能变电站无缝通信的最佳解决方案。IEC61850标准通过规范系统要求和智能电子设备(IED)之间的通信行为，实现不同厂家的IED之间的互操作性，即IED在同一个通信通路上共享信息和命令。然而智能变电站的一体化电源系统的IED采用不同的通信协议，如CAN、MODBUS、RS485等协议，且短时间内难以实现将一体化电源系统的IED全部更新为支持IEC61850标准的IED。
基于此，本发明设计了一种适用于智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，该装置采用微电子集成化的设计方法，利用高性能CPU芯片组和多种高速外设接口组件集成微控制装置，其具有高性能的运算和数据处理能力，同时具备多种通信接口转换和协议转换功能，可以将变电站备用电源系统通讯异构设备中的CAN、MODBUS、RS485等协议数据收集并转换为IEC61850标准信息，并将所有子设备采集和控制信息接入到基于IEC61850的智能变电站中，实现一体化电源系统信息标准化管理，为智能变电站一体化电源系统各子设备的远程监测、操作和控制提供有效的集成数字化中间件基础装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，通过协议转换软件设计，实现一体化电源系统与智能变电站的网络通信。
为实现上述发明目的，本发明一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，包括：
多个PCIE采集卡，使用PCI Express串行总线实现智能变电站一体化电源系统到通信处理器间的数据传输；
所述的PCIE采集卡均包括PCIE连接器和PCIE信号传输线，其中，PCIE连接器的传输链路既可作为独立的数据传输通道，也可以作为并行数据总线传输通道，主要用于实现一体化电源系统不同协议信息的数据采集；PCIE信号传输线采用差分信号线，通过串行信号传输的方式与通信处理器通信；
一PCIE显卡，连接显示器和智能一体化电源系统的本地监控界面，用于将多个PCIE采集卡采集的不同协议信息数据，以及其转化为IEC61850通信协议数据进行可视化；
一通信处理器，内置有存放IEC61850转换协议和稳定可靠的Linux系统程序的FLASH、电源和时钟，以及还预留有RJ45网口、USB接口和SATA接口；
通信处理器正常运行时，电源开始供电，使能各单元正常运行，在时钟同步下，将多个PCIE采集卡采集的不同协议信息数据进行解码、分析和编译后，转化为IEC61850通信协议数据，再通过RJ45网口连接至智能变电站信息网络，从而实现与基于IEC61850协议的智能变电站进行无缝通信；
通信处理器在运行过程中，用户可以通过USB接口连接键盘和鼠标，实现一体化电源系统本地监控界面的在线操作，再将监控界面信息通过PCIE显卡传输至显示器进行实时显示，还可以通过SATA接口连接固态硬盘，实现存储容量的扩容。
进一步的，所述的PCIE连接器的控制器采用Altera公司的FPGA芯片EP2S60F484作为主控模块，并使用VHDL语言实现对FPGA芯片的逻辑设计，进而实现采样时钟CLK和ADC芯片寄存器的配置、DDR2SDRAM数据存储和读写控制的设计；
所述的采样时钟CLK和ADC芯片寄存器的配置均采用SPI串行通信实现，DDR2SDRAM数据存储和读写控制采用FPGA内部资源MIG控制核实现。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，通过PCIE采集卡的连接器连接一体化电源系统的数据传输线实现一体化电源系统不同协议信息的数据采集，通过PCIE信号传输线传输给T4240通信处理器，T4240通信处理器将接收到的CAN、MODBUS、RS485等数据协议进行解码、分析、编译，实现IEC61850协议的转换，再通过RJ45网口连接至智能变电站信息网络，从而实现与基于IEC61850协议的智能变电站进行无缝通信，同时还通过PCIE显卡连接的显示器进行实时显示。
同时，本发明一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置还具有以下有益效果：
(1)、采用微电子集成化的设计方法，利用高性能CPU芯片组和多种高速外设接口组件集成微控制装置，其具有高性能的运算和数据处理能力，同时数据流具有高速传输、存储功能，能快速完成数据的接收发送、存储；
(2)、发挥T4240丰富可靠的通信接口与通信处理能力，可以将变电站备用电源系统通讯异构设备中的CAN、MODBUS、RS485等协议数据收集并转换为IEC61850标准信息，减小上层软件的解析能力；
(3)、将所有子设备采集和控制信息接入到基于IEC61850的智能变电站中，实现一体化电源系统信息标准化管理，为智能变电站一体化电源系统各子设备的远程监测、操作和控制提供有效的集成数字化中间件基础装置
附图说明
图1是本发明一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置原理图；
图2是图1中所示PCIE采集卡的逻辑设计图；
图3是图1中所示T4240通信处理器实现IEC61850协议转化的协议原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
IEC61850(International Electrotechnical Committee)：国际电工委员会制定的变电站通信网络和系统国际标准；
IED(Intelligent Electronic Device)：智能电子设备；
CAN(Controller Area Network)：控制器局域网络；
MODBUS：网络通信协议；
RS485：485通信协议；
ACSI(Abstract Communication Service Interface)：抽象通信服务接口；
MMS(Manufacture Message Specification)：制造报文规范；
PCIE：总线和接口标准。
图1是本发明一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置原理图。
在本实施例中，如图1所示，本发明基于T4240通信处理器的CPU的智能变电站一体化电源系统的信息集控装置中T4240通信处理器搭载稳定可靠的Linux系统，FLASH用于存储一体化电源系统本地监控界面以及IEC61850协议转换等系统程序，SATA2.0主要用于连接固态硬盘，实现存储容量的扩展功能。
如图1所示，PCIE采集卡均包括PCIE连接器和PCIE信号传输线，其中，PCIE连接器的传输链路既可作为独立的数据传输通道，也可以作为并行数据总线传输通道，其传输链路带宽为1000Mbps，主要用于实现一体化电源系统不同协议信息的数据采集，如CAN、MODBUS、RS485等；再通过PCIE信号传输线传输给T4240通信处理器，T4240通信处理器将接收到的CAN、MODBUS、RS485等数据协议通过已编译好的协议转换程序对其进行解码、分析、编码，最终实现IEC61850协议的转换。同时，通过1000Mbps的RJ45网口利用光纤连接至智能变电站信息网络，实现IEC61850协议的远程传输。
如图1所示，PCIE显卡连接的显示器用于显示一体化电源系统本地监控界面，将PCIE采集卡传输过来的一体化电源系统数据信息实现可视化。同时，用户可以通过该装置的USB2.0接口，连接键盘和鼠标，实现一体化电源系统本地监控界面的在线操作，比如查看历史数据库、发送断路器闭合遥控信息等。
图2是图1中所示PCIE采集卡的逻辑设计图。
如图2所示，在本实例中，PCIE采集卡的PCIE数据传输链路控制器设计采用Altera公司的FPGA芯片EP2S60F484作为主控模块，根据模块化的设计思路，使用VHDL语言实现对FPGA的逻辑设计，其主要包括采样时钟和ADC芯片寄存器的配置、DDR2SDRAM数据存储和读写控制的实现。其中采样时钟和ADC芯片寄存器配置的实现采用SPI串行通信实现，DDR2SDRAM数据存储和读写控制的实现使用FPGA内部资源MIG控制核，PCIE总线与T4240通信处理器之间的传输采用DMA方式。
图3是图1中所示T4240通信处理器实现IEC61850协议转化的协议原理图。
如图3所示，IEC61850协议转换原理主要包括常规数据模型、映射规则、IEC61850数据模型等。其中常规数据模型，指CAN、MODBUS、RS485等数据协议。映射规则，指CAN、MODBUS、RS485等数据协议中定义的服务与IEC61850标准中的抽象通信服务映射接口(ACSI)相对应的映射关系。IEC61850数据模型，指一体化电源系统的IED信息模型，比如不间断电源(UPS)IED信息模型、逆变电源IED信息模型等。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，包括：
多个PCIE采集卡，使用PCI Express串行总线实现智能变电站一体化电源系统到通信处理器间的数据传输；
所述的PCIE采集卡均包括PCIE连接器和PCIE信号传输线，其中，PCIE连接器的传输链路既可作为独立的数据传输通道，也可以作为并行数据总线传输通道，主要用于实现一体化电源系统不同协议信息的数据采集；PCIE信号传输线采用差分信号线，通过串行信号传输的式与通信处理器通信；
一PCIE显卡，连接显示器和智能一体化电源系统的本地监控界面，用于将多个PCIE采集卡采集的不同协议信息数据，以及其转化为IEC61850通信协议数据进行可视化；
一通信处理器，内置有存放IEC61850转换协议和稳定可靠的Linux系统程序的FLASH、电源和时钟，以及还预留有RJ45网口、USB接口和SATA接口；
通信处理器正常运行时，电源开始供电，使能各单元正常运行，在时钟同步下，将多个PCIE采集卡采集采集的不同协议信息数据进行解码、分析和编译后，转化为IEC61850通信协议数据，再通过RJ45网口连接至智能变电站信息网络，从而实现与基于IEC61850协议的智能变电站进行无缝通信；
通信处理器在运行过程中，用户可以通过USB接口连接键盘和鼠标，实现一体化电源系统本地监控界面的在线操作，再将监控界面信息通过PCIE显卡传输至显示器进行实时显示，还可以通过SATA接口连接固态硬盘，实现存储容量的扩容。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，所述的PCIE连接器的控制器采用Altera公司的FPGA芯片EP2S60F484作为主控模块，并使用VHDL语言实现对FPGA芯片的逻辑设计，进而实现采样时钟CLK和ADC芯片寄存器的配置、DDR2SDRAM数据存储和读写控制的设计；
所述的采样时钟CLK和ADC芯片寄存器的配置均采用SPI串行通信实现，DDR2SDRAM数据存储和读写控制采用FPGA内部资源MIG控制核实现。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，所述的通信处理器的型号选用T4240通信处理器。
4.根据权利要求1所述的一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，所述的PCIE采集卡采集不同协议信息数据的类型包括：CAN、MODBUS、RS485等协议信息数据。
5.根据权利要求1所述的一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，所述的PCIE连接器的传输链路的带宽为1000Mbps。
6.根据权利要求1所述的一种智能变电站一体化电源系统的信息集控装置，其特征在于，所述的RJ45网口的带宽为1000Mbps。
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