CN110737216A - 一种变电站远动机多串口分路装置 - Google Patents

Abstract

根据电网调度自动化系统一体化需求，要求将变电站同时接入多个调度自动化系统，并在多个调度自动化系统都能对变电站进行监控。但一些变电站正在使用的远动机没有足够的接口，无法同时接入到多个调度自动化系统。为此，设计了一种用于变电站远动机的串口分路装置，串口分路装置用于为变电站自动化系统中远动机与多个调度自动化系统主站之间交换远动信息提供通道的分路共享与切换，可实现远动机同时与多个调度自动化系统主站进行数据交换，从而完成在多个主站端对变电站的调度任务。分路装置具有指示灯显示分路装置的工作状态和各通道数据传输情况，且具有配置功能，可对其工作模式及串口参数等进行配置，使其满足不同变电站的需求。

Description

一种变电站远动机多串口分路装置

技术领域

本发明涉及电力系统远动通信技术领域，更具体的说，是一种支持多种远动规约用于变电站远动机与多个调度自动化主站通信的多串口智能切换分路装置。

背景技术

根据电网调度系统一体化需求，需要对现有的调度自动化系统进行改造升级，即需要将变电站远动机通过调度数据网接入新的地调和备调主站系统，使三个调度主站能同时监控变电站的运行状况。这就要求变电站远动机具有多个接口且能同时与多个主站进行通信，但现有的站点远动机不能提供足够的接口，导致变电站远动机无法同时接入多个调度主站，若更换变电站远动机，所需成本太高，施工难度大，且变电站远动机还未超过使用年限。为此，设计了一种变电站远动机多串口分路装置，通过在远动机与多个主站之间接入分路装置，可以使多个调度主站同时与远动机通信，从而完成在多个主站对变电站的调度任务，实现调度系统一体化的改造需求，相对于更换变电站远动机，分路装置的使用可以大大减少升级改造所需的成本与施工的复杂度，且可以很好的满足电力系统调度自动化系统升级改造的需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种变电站远动机串口扩展，支持多种远动规约、通道智能切换的多串口分路装置，其可以实现变电站远动机在串口不足的情况实时的与多调度自动化主站通信。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种变电站远动机多串口分路装置，其系统设计包括硬件电路与软件设计。所述硬件电路包括ARM微控制器、电源电路、RS-232电平转换电路、指示灯电路、蜂鸣器电路及按键电路。所述电源电路采用宽电压输入，其允许输入电压范围为直流5-30V，输出稳定的3.3V直流电压为整个系统提供电源。所述RS-232电平转换电路用于将ARM微控制器输出的TTL电平转换为RS-232电平，使分路装置拥有四路RS-232串口接口，其中包括一路子站接口用于连接变电站远动机、三路主站接口用于给三个主站端提供接口，从而在硬件上实现了变电站远动机同时与多个调度主站的连接。所述指示灯电路包括用于指示电源供电是否正常的电源指示灯电路、用于指示分路装置是否正常运行的状态运行指示灯电路、用于指示四路串口收发数据情况的数据指示灯电路以及用于指示三路主站到子站通道状态的主站通道选通指示灯电路。所述蜂鸣器电路用于在串口分路装置启动、配置成功、以及复位时发出提示音。按键电路用于对分路装置进行复位以及使分路装置进入ISP模式来进行固件程序更新操作。上述电路均连接到ARM微控制器上，通过在微控制器编写控制程序对其进行控制，实现一对多通信、指示、配置及复位等功能。

在软件设计上，串口分路装置运行时，将子站接收到的数据通过分路机制同时发送给三路主站，主站端对接收到的数据进行解析处理，并在调度系统中显示变电站的实时信息，实现对变电站的实时监测。当主站端同时有命令下发给远动机时，通过分析远动规约主站与子站之间的通信特点，设计了一种自动封锁屏蔽和智能识别切换机制。自动封锁屏蔽机制实现方法为在同一时间只有一路主站到子站的通道是开启的，其他两路通道则被屏蔽，以防止多个主站与远动机同时通信时产生数据冲突，保证主站和子站的正常通信。自动封锁屏蔽机制的设计可能会使被屏蔽的两路主站端无法对子站进行遥控及遥调等操作。对此，设计了一种智能识别切换机制，在被屏蔽的两路主站通道接收到远动规约中的总召命令或控制命令时，该通道会自动切换为开启状态，原开启的通道则被屏蔽，使得在多个主站端都能实时地对子站进行遥控、遥调等操作，从而实现多调度自动化系统一体化的改造需求。

进一步的，在分路装置中设有命令行配置功能，通过串口给分路装置发送配置命令，可以对串口参数及远动规约等相关信息进行配置，并将配置信息自动保存在芯片中，使分路装置在进行简单配置后就能够满足在不同变电站的需求，大大增强串口分路装置的通用性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图

图2为本发明的软件结构示意图

图3为本发明的分路机制原理图

图4为本发明自动封锁屏蔽机制原理图

图5为本发明自动识别切换机制流程图。

具体实施方式

以下结合附图所示作进一步详述。

以下结合具体实例对本发明作详细说明。

本发明设计的一种变电站远动机多串口分路装置，具有四路串口接口，且支持多种远动规约，能够解决不同变电站远动机串口不足而无法接入多个调度主站端的问题。本发明结构形式属于嵌入式系统，为便于说明，下面以功能或其结构为要素划分进行详细描述。本发明的系统结构如图1所示，总体工作原理为：利用ARM微控制器进行数据传输、参数配置、复位与指示灯控制，通过RS-232串口接口连接远动机和多个主站端通道，设计了一种一对多的通信方法，一方面将远动机采集的遥测、遥信数据通过主站接口上传到多个电力系统调度自动化主站，另一方面在接收到调度主站的控制命令时，将控制命令实时的转发给变电站远动机，实现在多个调度主站对变电站的实时控制，完成对变电站的遥控、遥调及远程管理。本发明可以简化为硬件模块，控制模块及配置模块，其中控制模块与配置模块属于软件部分。基于前述设计目标以及功能化分原则，可以用图2所示结构图来表示本发明的软件结构。

1、硬件模块

本发明的硬件电路包括ARM微控制器、电源电路、RS-232电平转换电路、指示灯电路、蜂鸣器电路及按键电路。其中以ARM微控制器为核心，其具有32位RISC内核，内置高速存储器，外设组件包括四路通用异步串口接口，四个通用定时器，看门狗定时器以及多达70个通用I/O引脚等，完全满足串口分路装置的需求。电源电路采用开关电源的方式进行电压转换，允许宽电压输入，输入电压范围为直流5-30V，输出电压为3.3V，为整个系统提供稳定电源。为实现调度系统主站与变电站远动机之间的可靠通信，将ARM微控制器上的四路异步串口收发器外设接口通过RS-232电平转换电路转换成R-S232串口接口，其中包括一路子站接口用于连接到变电站远动机及三路主站接口用于为三个主站提供接口。

所述指示灯电路包括一路电源指示灯、一路状态运行指示灯、四路数据指示灯以及三路选通状态指示灯。电源指示灯正极接到电源电路输出3.3V电压处，用于指示电源电路是否正常供电。运行状态指示灯为共阳红绿双色发光二极管，用于指示串口分路装置的不同运行状态；三路选通状态指示灯为蓝色发光二极管，用于指示下行通道的选通状态。四路数据指示灯为共阳黄绿双色发光二极管，用于指示串口收发数据情况，当收到数据时，指示灯黄灯亮，发送数据时绿灯亮。所述蜂鸣器电路由一个电磁式无源蜂鸣器与一个PNP型三极管组成，用于在启动、配置、复位等操作时发出不同的提示音，根据提示音就可以判断串口分路装置的所处的状态或正在执行的操作。所述按键电路用于复位及需要更新固件程序，正常上电时，微控制器正常运行，当按下按键开关时，微控制器根据按下的时间执行对应的复位操作。若按住按键开关上电，微控制器会进入ISP模式，此时可以通过串口对微控制器中的固件程序进行更新升级。

2、控制模块

控制模块主要通过在ARM微控制器中编程实现，包括一对多通信控制模块、指示控制模块与蜂鸣器模块，控制系统中一对多通信控制模块为功能实现模块，其通过分路机制、自动封锁屏蔽机制与智能识别切换机制来控制多个主站与子站之间的通信。分路机制用于上行数据转发控制，子站在接收到远动机上行数据时，将接收到的上行数据通过主站串口同时转发给三个主站端，实现上行数据的分路。分路机制示意图如图3所示。

自动封锁屏蔽机制用于实现多主站与子站的正常通信，主站系统正常运行时，会按照设定的时间间隔发送先相同的命令给子站远动机，若分路装置无差别的将三个主站端命令转发给远动机，容易造成通信混乱和数据冗余。因此只需将其中一个主站下发的命令转发给远动机，在收到命令后远动机返回的上行数据经过分路机制将数据分别发送给三个调度主站，以此实现多主站与子站之间的正常通信。因此，自动封锁屏蔽机制实现的基本原理为在初始状态时，三路主站到子站的下行通道处于自动选通状态。当其中一路主站最先接收到数据时，将该主站到子站的下行通道设置成开启状态一段时间，称该通道为选通通道，其他两路主站的下行通道设置成屏蔽状态，称为未选通通道。每次选通后，通道会持续开启一段时间，我们称这段时间为通道活跃时间，通道活跃时间可以进行配置。若选通通道在活跃时间内没有再次接收到数据，主站通道会自动恢复到自动选通状态。其状态变化如图4所示。若选通通道在活跃时间内接收到数据，通道状态保持不变，即选通的通道会一直处于开启状态，其他通道则处于屏蔽状态。自动封锁屏蔽机制的设计使多个主站端系统在正常运行时能同时监测到厂站端的状态信息。但不能在多个主站端同时对厂站端进行遥控、遥调等控制操作，对此，设计了一种智能识别切换机制，以解决这一问题。

智能识别切换机制用于识别远动规约的控制命令，并根据主站端发送的命令类型进行通道切换和数据处理。分析实际系统中远动规约的通信方式，当其中一路主站通道选通后，由于主站端会持续发送命令给变电站远动机，则该选通通道会持续接收到下行数据并一直处于开启状态，其他主站下行通道则持续处于屏蔽状态，导致被屏蔽的主站通道无法对子站进行遥控、遥调等操作。因此，设计了一种智能识别切换机制，其工作原理为当分路装置主站通道中的一路通道处于选通状态，其他处于未选通状态时，处于未选通状态的主站通道在接收完一帧数据后，会根据报文中的控制数据段识别其是否为控制命令，若是控制命令，再根据校验位检验数据帧是否接收正确，若接收正确，则等待处于选通状态的主站通道将正在接收的数据帧接收完，再将其设置成屏蔽状态，将接收到控制命令的主站通道设置为选通状态，在完成通道切换后，将缓存的控制命令通过子站串口发送给远动机。该机制的设计，使得不管通道是否为开启状态，在多个主站端都可以实时的对厂站端进行控制。除控制命令外，若采用的是101规约，未选通通道在接收到请求链路状态、复位远方链路以及总召命令时，根据收到的命令不同，进行不同的处理，使多个主站端与厂站端正常通信。其实现流程图如图5所示。

指示控制模块用于直观的显示分路装置数据收发情况、运行状态及通道选通状态，数据指示灯用于指示串口数据传输情况以及数据传输方向，在分路器上设计了四路LED数据指示灯，指示灯为黄绿双色指示灯，当分路器RS-232串口接收到数据时指示灯黄灯亮，发送数据时绿灯亮，这样就可以直观的显示是否有数据以及数据的传输方向。此外，为更直观的显示分路装置的运行状态，在扩展模块上设计了运行状态指示灯，用以指示分路器工作状态；电源指示灯，用于指示电源是否正常供电；三路通道选通指示灯，用于指示主站到子站的通道是否开启，若开启，对应指示灯常亮，若关闭，对应指示灯灭。

蜂鸣器模块用于在串口分路装置启动、配置以及复位时发出不同的提示音，方便安装调试。其实现是通过定时器控制GPIO引脚的输出频率，调整定时器的定时时间可以控制蜂鸣器发出不同的声音。

3、配置模块

配置模块可用于配置分路装置的串口参数及工作模式等。在不同变电站远动机采用的通信规约及串口参数可能不同，分路装置的工作模式及串口参数也需要进行相应的调整。对此，在分路器中增加了配置功能，根据变电站远动机采用规约及串口参数的不同，配置成不同的工作模式及串口参数，其配置以命令行的方式实现。在配置分路装置时，需要先让分路装置进入配置模式，然后发送相应的配置命令进行串口参数、工作模式及通道活跃时间的配置。由于主站端上位机与远动机所采用的串口是一致的，因此，分路装置配置串口参数时，设置的参数同时作用于四路串口，这样就不需要每一路串口都配置一次。此设计使分路装置的使用更加简便，有效的减少了安装调试时的工作复杂度与难度。通过配置功能配置分路装置后，配置信息会自动保存在芯片的片内FALSH中，在掉电重启后，分路装置自动读取保存的配置信息进行配置，使分路装置以掉电前的工作模式工作。

特别的，为提高分路装置的可靠性，在分路器中加入看门狗复位，若分路器在运行时出现未知故障，在设定的时间内没有发生喂狗，分路器会自动重启，从而恢复正常工作。此外，在分路装置的使用过程中需要重启或清除保存的配置信息使其恢复到默认值，可以使用按键复位，按键复位根据复位键按下的时长不同执行不同的复位操作。首先，为避免在意外情况下按下复位键使分路装置复位，因此在复位键按下不到1秒时，分路器不发生复位。而在复位键持续按下1~5秒时，分路装置重新程序；持续按下复位键5~10秒时，分路器将各串口参数恢复为默认值，但分路器通道选通模式和通道活跃时间不变；持续按下复位键10秒以上时，将分路器所有配置信息恢复为默认值。

以上所揭露的仅为本发明的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.本发明是一种用于变电站远动机的串口分路装置，采用模块化设计，分为主控模块和扩展模块，串口分路装置具有四路RS-232接口，包括一路子站和三路主站接口，并且设计了一种一对多的通信方法，使变电站远动机能够与多个调度系统实时通信，解决了变电站远动机不能同时接入多个调度系统的问题，在此基础上，分路装置的可配置、自恢复、复位、指示功能使其具有更强的通用性、可靠性和实用性。

2.根据权利要求1所述的一对多通信方法，其特征在于：分路装置运行时，将子站接收到的数据通过分路机制同时发送给三路主站，主站端对接收到的数据进行解析处理，并在上位机中显示变电站的实时信息，实现对变电站的实时监测，当主站端同时有数据下发给远动机时，分路装置中采用自动封锁屏蔽和智能识别切换机制将下行数据有选择的发送给远动机，使远动机能同时与多个主站端正常通信，实现变电站与多调度主站的数据交互，完成在多调度主站端对同一变电站的监控和调度工作。

3.根据权利要求3所述的分路机制，其特征在于：通过分路机制，分路装置将子站串口接收到的远动机数据分别转发给三路主站，使得在多个主站端都能接收到变电站远动机采集的数据，实现在多个主站端对变电站的监控。

4.根据权利要求3所述的自动封锁屏蔽机制，其特征在于：在进行一对多通信时，若将主站到子站的下行数据无差别的转发给子站，会导致数据混乱，而自动封锁屏蔽机制在一路主站与子站通信时，会将其它两路主站通道屏蔽，保证主站与子站之间的正常通信，等其通信完成一段时间后自动释放通道，供其它主站与子站进行通信。

5.根据权利要求3所述的智能识别切换机制，其特征在于：自动封锁屏蔽机制可能会使其中一路主站一直占用下行通道，导致其它主站无法对变电站远动机进行控制，而智能识别切换机制能够识别多种远动规约的控制命令，被屏蔽的主站通道在接收识别到控制命令后，智能识别切换机制会将下行通道切换到该主站，使任一主站端能实时地对变电站进行遥控、遥调操作，从而实现在多个主站端对变电站的调度。

6.根据权利要求1所述的可配置功能，其特征在于：串口分路装置通过命令行的方式配置串口的参数、工作模式以及通道活跃时间，并将配置信息数据保存在片内Flash中，在断电重启后自动读取保存的配置信息进行配置，使分路装置具有很强的通用性和实用性，能够满足不同变电站需求。

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