CN109450704B - 一种即插即用智能配变终端及配电数据通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种即插即用智能配变终端及配电数据通信系统，该智能配变终端包括业务层和采集层，业务层设有公共模型模块，采集层设有至少两个采集模块，每个采集模块对应一种数据输入类型，该智能配变终端上设有与各采集模块对应数据输入类型的接口；采集模块用于在终端接入设备时接收设备上送的设备信息，根据设备信息更新自身的信息模型并传给公共模型模块；公共模型模块用于根据所有采集模块的信息模型更新自身的信息模型，将自身的信息模型对应的所有信息上送给主站，或根据需求将自身信息模型对应的信息上送给主站。本发明有效实现了智能配变终端对接入设备及智能配变主站对智能配变终端的即插即用功能，降低了接入设备的调试运维工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种即插即用智能配变终端及配电数据通信系统，属于电力工程继电保护技术领域。
背景技术
在目前低压配变台区的实际应用工程中，配网规模不断扩大，主站上接入终端数量可能达到百万级别，每个终端上面又接入相当数量的低压设备或者互感器。在实际使用过程中，存在智能低压设备通信方式及规约多元化、低压设备信息模型缺乏统一规范等问题，造成了智能配变终端及智能低压设备调试运维工作量大，间接影响了整个配网系统的安全性和可靠性。
因此，如何实现大量低压配网自动化设备的有效接入，减少维护的工作量，一直是困扰配电自动化发展的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种即插即用智能配变终端及配电数据通信系统，用于解决低压设备通信方法及规约多元化使得低压设备调试运维工作量大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种即插即用智能配变终端，包括业务层和采集层，所述业务层中设置有公共模型模块，所述采集层中设置有至少两个采集模块，每个采集模块对应一种数据输入类型，该即插即用智能配变终端上设置有与每个采集模块对应数据输入类型的接口；
采集模块用于在终端接入设备时，接收设备上送的设备信息，根据设备信息更新该采集模块对应的信息模型，并传送给公共模型模块；
公共模型模块用于根据所有采集模块的信息模型，更新自身的信息模型，并将自身的信息模型对应的所有信息上送给智能配变主站，或者根据需求，将自身的信息模型对应的信息上送给智能配变主站。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种即插即用配电数据通信系统，包括智能配变主站和即插即用智能配变终端，该即插即用智能配变终端包括业务层和采集层，所述业务层中设置有公共模型模块，所述采集层中设置有至少两个采集模块，每个采集模块对应一种数据输入类型，该即插即用智能配变终端上设置有与每个采集模块对应数据输入类型的接口；
采集模块用于在终端接入设备时，接收设备上送的设备信息，根据设备信息更新该采集模块对应的信息模型，并传送给公共模型模块；
公共模型模块用于根据所有采集模块的信息模型，更新自身的信息模型，并将自身的信息模型对应的所有信息上送给智能配变主站，或者根据需求，将自身的信息模型对应的信息上送给智能配变主站。
本发明的有益效果是：在终端接入设备时，采集层的采集模块根据设备上送的设备信息更新自身对应的信息模型并传送给公共模型模块，公共模型模块根据所有采集模块的信息模型更新自身的信息模型，并将自身的信息模型对应的所有信息上送给智能配变主站，或者根据需求将自身的信息模型对应的信息上送给智能配变主站，从而实现了智能配变终端对接入设备的即插即用功能，以及智能配变主站对智能配变终端的即插即用功能，降低了接入设备的调试运维工作量。
作为终端和系统的进一步改进，为了实现多类型通信，对应数据输入类型的接口包括：采集接口、串口通信接口、网口通信接口、无线通信接口、物联网关接口。
作为终端和系统的进一步改进，为了有效更新采集模块的信息模型，接收设备上送的设备信息后，根据以下两种处理方式更新采集模块的信息模型：第一，根据设备信息，建立该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型；第二，采集模块中预装有同类设备的模板模型，根据设备信息查找同类设备的模板模型，根据该模板模型生成该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型。
作为终端和系统的进一步改进，为了准确判断出采集模块对应的软件程序是否发生了变化，公共模型模块在循环接收采集模块上送的信息模型时，若采集模块的信息模型中的CRC码与公共模型模块中存储的对应采集模块的CRC码不一致，则判断该采集模块对应的软件程序发生了变化，并更新公共模型模块中存储的该采集模块的信息模型。
作为终端和系统的进一步改进，为了实现可靠通信，该即插即用智能配变终端还包括数据集市模块和MQTT数据总线，数据集市模块、公共模型模块以及各采集模块均与MQTT数据总线相连；数据集市模块用于存储各个模块的数据。
附图说明
图1是本发明即插即用配电数据通信系统的结构示意图；
图2是本发明自描述信息模型文件的示意图；
图3是本发明采集APP层的APP与传感层设备之间的连接示意图；
图4是本发明公共模型APP和智能配变主站之间交互数据的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
即插即用配电数据通信系统实施例：
本实施例提供了一种即插即用配电数据通信系统，包括智能配变主站和即插即用智能配变终端(简称智能配变终端)。该智能配变主站设置有主站侧需要的信息模型文件，智能配变主站和对应的信息模型文件构成了主站层。如图1所示，根据功能需求不同，该智能配变终端加载的所有APP分为两层：业务APP层和采集APP层。
采集APP层用于实现对新接入传感层的各设备的自动感知；业务APP层用于实现对采集APP层的变化的自动感知；智能配变主站用于完成对业务APP层中公共模型APP的变化的自动感知，接收业务APP层中公共模型APP中的所有设备信息模型，并根据主站侧特殊需求从公共模型APP中筛选出所需的设备信息模型。
其中，业务APP层(也称业务层)用于完成专项功能类业务。例如，在基础采集功能的基础上，可以完成智能电容器业务、电动汽车充电管理业务以及环境监测业务等具体功能。每个业务APP层的APP都作为智能配变终端的某项功能模块存在，各APP之间没有直接的联系或者数据交互。
采集APP层(也称采集层)的各个APP对应一种数据输入类型，并设置有对应数据输入类型的接口，这些接口包括基础性质的采集接口、串口通信接口、网口通信接口、无线通信接口和物联网关接口，这些接口用于专门接入传感层的各类低压设备或传感器，例如交流采集器、电度表等设备，主要用于提供基础数据。其中，传感层包含有需接入智能配变终端的各类低压设备和互感器，当然也可以是低压设备和互感器中的任意一种，在实际应用过程中，传感层待接入设备的特点是数量多以及重复性强。
其中采集接口用于连接需经过电缆线接入智能配变终端的传感器，以实现电气测量类业务；串口通信接口用于连接需经过RS232和RS485串口接入智能配变终端的低压设备，以实现串口通信类业务；网口通信接口用于连接需经过快速以太网接入智能配变终端的低压设备，以实现快速以太网通信类业务；无线通信接口用于连接需经过射频通信技术接入智能配变终端的低压设备，以实现射频通信类业务；物联网关接口用于连接需经过物联网关接入智能配变终端的低压设备，以实现物联网关类业务。
上述的即插即用配电数据通信系统可以实现两种即插即用功能：智能配变终端-传感层之间的即插即用功能；智能配变主站-智能配变终端之间的即插即用功能。
如图1所示，智能配变终端的业务APP层的每个APP和采集APP层的每个APP(即采集模块)均配置有自己的自描述信息模型文件，也就是Profile文件。如图2所示，这些Profile文件都是遵循统一的规范生成，其内容包括对应APP的功能描述、制造商、版本号、CRC校验码、输出信息集合和输入信息集合。
在本实施例中，智能配变终端的采集APP层包括5个APP，如图3所示，每个APP对应设置采集接口(通过电缆连接传感层设备)、串口通信接口(通过串口连接传感层设备)、网口通信接口(通过网线连接传感层设备)、无线通信接口(通过无线射频通信连接传感层设备)、物联网关接口(通过物联网关连接传感层设备)中的其中一种接口，用于接入传感层的低压设备或互感器。
采集APP层采用主动查询机制，动态获取传感层设备的上线状态。当采集APP层检测到新上线设备后，该新上线设备主动上报设备信息给采集APP层的对应APP。采集APP层的对应APP根据接收到的设备信息，添加新增设备的设备信息模型，该设备信息模型为传感器档案或低压设备信息模型。
其中，为了动态获取设备的上线状态，所有设备首次接入采集APP层时，都需要智能配变终端进行接入认证。采集APP层在工作状态下，循环查询所有接入该采集APP层的设备的认证情况，通过查询反馈的设备认证情况可以来判断是否有新的设备接入采集APP层。新上线设备主动上报的设备信息所包含的内容有：设备的功能描述、制造商、版本号、CRC校验码、输出信息集合和输入信息集合。
考虑到实际应用中，同类设备可重复接入，在采集APP层可根据接入方式不同，预装同类设备的模板模型。其中，这里的同类设备是根据采集接口、串口通信接口、网口通信接口、无线通信接口、物联网关接口来划分的。当采集APP层感知到传感层的新设备接入时，可依据设备信息查找是否已经有同类设备的模板模型可以使用，若有则根据该模板模型生成该设备的设备信息模型，这样节约了同类设备接入智能配变终端时的设备信息模型传输时间。这是由于，如果采集APP层已有同类设备的模板模型，则设备信息模型可以直接拿来复用，如果模型模板不存在，需要重新从新设备传输至采集APP层，所以同类设备不需要重复传输相同的设备信息模型，节省了时间。当然，采集APP层也可以根据传感层新接入设备的设备信息，直接生成该设备的设备信息模型。在实际应用时，可以选择上面两种方式中的其中一种来生成设备对应的设备信息模型。在设备信息模型建立完毕，智能配变终端和传感层设备之间的信息可以正常交换后，就完成了智能配变终端和传感层之间的即插即用功能。
如图4所示，智能配变终端的业务APP层设置有公共模型APP即公共模型模块，该公共模型APP用于专门存储智能配变终端上所有APP的信息模型，以循环查询智能配变终端上已经加载的APP上线情况。其中，智能配变终端上所有APP的信息模型包括智能配变终端所有已经注册完成的APP的信息模型，按照规范汇总到公共模型APP的信息模型中，供智能配变主站筛选所需要的信息。公共模型APP采用主动查询机制，来判断APP是否有新增或者有更新变化。当检测到APP有变化时，公共模型APP自动更新对应的信息模型。
为了判断APP是否有新增或者有更新变化，在智能配变终端运行期间，公共模型APP采用循环自动查询方式检测以下两项内容：检测当前已经注册APP的信息模型中的CRC校验码是否发生改变；检测是否有未经注册的APP已经加载。其中，检测当前已经注册APP的信息模型中的CRC校验码是否发生改变的步骤包括：循环检测比对公共模型APP记录的注册APP的CRC校验码和APP内部存储的CRC校验码，比对结果不一致，则判断为当前注册APP发生变化。检测是否有未经注册的APP已经加载的步骤包括：循环对加载到信息总线上的APP进行问询时，判断是否已经注册认证，若有APP未进行注册认证，则判断为当前加载APP为新增APP。
当检测到APP有变化时，公共模型APP自动更新对应的信息模型包括：当注册APP发生变化或加载新的APP时，发生变化的注册APP或者新加载的APP需要主动上报信息模型给公共模型APP，公共模型APP根据收到信息模型生成档案，针对性地更新和建立新的公共模型APP的信息模型。
需要说明的是，这里采集APP层中的每个APP的信息模型不仅包括自身的信息，还包括由于接入传感层的设备而生成的设备信息模型。当传感层的设备发生改变时，会导致采集APP层的对应APP的信息模型发生变化，进而导致公共模型APP的信息模型发生变化。
为了实现智能配变主站对业务APP层中公共模型APP的变化的自动感知，公共模型APP完成自动更新后，在智能配变主站和公共模型APP的数据交互过程中，当发现公共模型APP信息发生变化时，例如CRC发生变化，则判断出智能配变终端的信息模型发生变化。此时，业务APP层中的公共模型APP会主动将所有APP最新的信息模型上报给智能配变主站。智能配变主站根据地区需求，从智能配变终端的全部信息模型中筛选出所需的信息，重新反馈给公共模型APP，公共模型APP根据反馈后的信息，选择性地上送智能配变主站所需要的信息。这种筛选机制，节省了数据传输过程中消耗的资源，去除了一些不必要以及冗余的信息，智能配变终端和智能配变主站按照更新后的信息模型进行信息交换，完成了智能配变终端和智能配变主站之间的即插即用流程，提升了低压配电网的装备智能化和信息化水平。
当然，作为其他的实施方式，在判断出智能配变终端侧信息模型发生变化后，公共模型APP也可以将所有的信息均发送给智能配变主站，然后由智能配变主站根据需要筛选出自己所需要的信息。
另外，该智能配变终端还包括数据集市模块，数据集市模块是整个智能配变终端的实时数据库，智能配变终端中的所有数据均存储在该数据集市模块中。可依据类型的不同，分为遥测、遥信和遥控等所有一切在终端内部交互的数据类型。智能配变终端中的各APP将自己的输出数据传输到数据集市模块中进行实时更新保存，同时各APP也都是从数据集市模块中取出自己所需要的输入数据，来进行后续的单独逻辑处理。通过构建统一的数据集市模型，利于整个智能配变终端内部的数据交互和维护，不再需要业务APP层和采集APP层之间进行数据直接交互，突出了各APP的独立性，减少了各APP之间的互相依赖和耦合，对于后期某个APP单独维护提供了便利。在本实施例中，智能配变终端采用MQTT信息总线模式实现数据交互，即：智能配变终端内部APP之间数据交互使用MQTT信息总线模式，组织的数据格式遵循MQTT协议；智能配变终端中的公共模型APP与智能配变主站之间数据传输的格式遵循MQTT协议。其中MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是即时通讯协协议，使用发布/订阅的消息模式，提供一对多的消息分发和应用间的解耦，消息传输不需要知道负载内容，且提供三种等级的服务质量，以确保可靠传输，同时传输消耗和协议数据交换较小，在异常连接断开时能通知相关各方，减少了传统点对点通信方式的通道维护工作。MQTT协议数据表示灵活，支持二进制、UTF-8编码字符等多种方式，可实现面向对象的数据描述。针对现有配电网的规模，现场配置主备两台MQTT服务即可满足需求。同时，需要根据电力应用场景，实现MQTT点对点的消息交互模式。接入智能配变终端和智能配变主站不需要维护长链接，通过MQTT服务器订阅与发布消息主题，来实现信息交互。
本实施例中通过数据集市模块来实现采集APP中各APP与公共模型APP的数据交互，作为其他实施方式，还可直接通过MQTT信息总线来实现采集APP中各APP与公共模型APP之间的数据交互。
即插即用智能配变终端实施例：
本实施例提供了一种即插即用智能配变终端，由于该即插即用智能配变终端已经在上述的即插即用配电数据通信系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种即插即用智能配变终端，其特征在于，包括业务层和采集层，所述业务层中设置有公共模型模块，所述采集层中设置有至少两个采集模块，每个采集模块对应一种数据输入类型，该即插即用智能配变终端上设置有与每个采集模块对应数据输入类型的接口；
采集模块用于在终端接入设备时，接收设备上送的设备信息，根据设备信息更新该采集模块对应的信息模型，并传送给公共模型模块；
公共模型模块用于根据所有采集模块的信息模型，更新自身的信息模型，并将自身的信息模型对应的所有信息上送给智能配变主站，或者根据需求，将自身的信息模型对应的信息上送给智能配变主站；
接收设备上送的设备信息后，根据以下两种处理方式更新采集模块的信息模型：第一，根据设备信息，建立该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型；第二，采集模块中预装有同类设备的模板模型，根据设备信息查找同类设备的模板模型，根据该模板模型生成该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型。
2.根据权利要求1所述的即插即用智能配变终端，其特征在于，对应数据输入类型的接口包括：采集接口、串口通信接口、网口通信接口、无线通信接口、物联网关接口。
3.根据权利要求1或2所述的即插即用智能配变终端，其特征在于，公共模型模块在循环接收采集模块上送的信息模型时，若采集模块的信息模型中的CRC码与公共模型模块中存储的对应采集模块的CRC码不一致，则判断该采集模块对应的软件程序发生了变化，并更新公共模型模块中存储的该采集模块的信息模型。
4.根据权利要求1或2所述的即插即用智能配变终端，其特征在于，该即插即用智能配变终端还包括数据集市模块和MQTT数据总线，数据集市模块、公共模型模块以及各采集模块均与MQTT数据总线相连；数据集市模块用于存储各个模块的数据。
5.一种即插即用配电数据通信系统，其特征在于，包括智能配变主站和即插即用智能配变终端，该即插即用智能配变终端包括业务层和采集层，所述业务层中设置有公共模型模块，所述采集层中设置有至少两个采集模块，每个采集模块对应一种数据输入类型，该即插即用智能配变终端上设置有与每个采集模块对应数据输入类型的接口；
采集模块用于在终端接入设备时，接收设备上送的设备信息，根据设备信息更新该采集模块对应的信息模型，并传送给公共模型模块；
公共模型模块用于根据所有采集模块的信息模型，更新自身的信息模型，并将自身的信息模型对应的所有信息上送给智能配变主站，或者根据需求，将自身的信息模型对应的信息上送给智能配变主站；
接收设备上送的设备信息后，根据以下两种处理方式更新采集模块的信息模型：第一，根据设备信息，建立该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型；第二，采集模块中预装有同类设备的模板模型，根据设备信息查找同类设备的模板模型，根据该模板模型生成该设备的设备信息模型，并根据该设备的设备信息模型更新采集模块的信息模型。
6.根据权利要求5所述的即插即用配电数据通信系统，其特征在于，对应数据输入类型的接口包括：采集接口、串口通信接口、网口通信接口、无线通信接口、物联网关接口。
7.根据权利要求5或6所述的即插即用配电数据通信系统，其特征在于，公共模型模块在循环接收采集模块上送的信息模型时，若采集模块的信息模型中的CRC码与公共模型模块中存储的对应采集模块的CRC码不一致，则判断该采集模块对应的软件程序发生了变化，并更新公共模型模块中存储的该采集模块的信息模型。
8.根据权利要求5或6所述的即插即用配电数据通信系统，其特征在于，该即插即用智能配变终端还包括数据集市模块和MQTT数据总线，数据集市模块、公共模型模块以及各采集模块均与MQTT数据总线相连；数据集市模块用于存储各个模块的数据。
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