CN110958290A - 一种基于fpga控制通信的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA控制通信的装置及方法，并且更具体地，涉及信息通信技术领域。本发明装置包括：第一信号采集模块，第二信号采集模块，电流检测模块，电压检测模块，接口模块，设备数据库，处理器，所述处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。本发明结构简单，相较于集成电路成本低廉，能够与不同通信类设备连接工作，并将不同设备进行分类、匹配，运行方便；本发明采用FPGA硬件编程语言实现，比服务器加软件模式计算速度快，安全性能高。

Description

一种基于FPGA控制通信的装置及方法
技术领域
本发明涉及信息通信技术领域，并且更具体地，涉及一种基于FPGA 控制通信的装置及方法。
背景技术
电力系统数字实时仿真能实时模拟电力系统的各种过程，并能接入外部实际装置或系统进行闭环试验。目前能够实现电力系统实时仿真的手段主要包括物理仿真、数字物理混合仿真和数字仿真，其中数字实时仿真基于现代计算机技术和信息技术，使用灵活方便，性价比高，而且占地面积小，可扩展性好，是当前国际上实时仿真的主要发展方向。
电力系统数字实时仿真系统通常由计算平台、接口装置等模块组成。计算平台包括多个计算核心(一般为多台高性能服务器或多个DSP芯片)，多个计算核心间通过数据总线或高速网络互联，基于并行计算实现电力系统的实时仿真计算；接口装置是数字计算平台和外部装置/系统之间的信号转换接口，不同的外部设备/系统需要不同的接口装置，通信接口用于外接通信形式连接的实际电力系统装置/系统，基于FPGA的电力系统全数字实时仿真系统智能通信控制器是一种高效、安全的通信接口装置。
FPGA，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别，也造成了FPGA开发入门较难。FPGA开发需要从顶层设计、模块分层、逻辑实现、软硬件调试等多方面着手。
FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(复杂可编程逻辑器件)，现有的通用控制器安全性能低。
发明内容
针对上述问题本发明主要目的是研究一种基于FPGA的电力系统全数字实时
本发明提供了一种基于FPGA控制通信的装置，包括：
第一信号采集模块，所述第一信号采集模块连接电流检测模块，采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块；
第二信号采集模块，所述第二信号采集模块连接电压检测模块，采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块，所述电流检测模块连接处理器，接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，确定电流信号无异常；
电压检测模块，所述电压检测模块连接处理器，接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测，确定电压信号无异常；
接口模块，所述接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统，发送或接收所述处理器与通信设备间的交互数据；
设备数据库，对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
处理器，所述处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
可选的，系统还包括：供电模块，所述供电模块用于提供电能。
可选的，系统还包括：分类模块，所述分类模块对设备进行分类。
可选的，接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
可选的，通信设备包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS端口及设备端口的输出端连接。
本发明还提供了一种基于FPGA控制通信的方法，包括：
第一信号采集模块采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块，第二信号采集模块采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，电压检测模块接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测；
接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统；设备数据库对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，通过接口模块读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
可选的，方法还包括：分类模块对通信设备属性信息进行分类。
可选的，接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
可选的，通信设备包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS端口及设备端口的输出端连接。
本发明辅助电力系统数字仿真系统与外部通信类设备/系统实现双向的通信方式交互。
本发明结构简单，相较于集成电路成本低廉，能够与不同通信类设备连接工作，并将不同设备进行分类、匹配，运行方便；
本发明采用FPGA硬件编程语言实现，比服务器加软件模式计算速度快，安全性能高。
附图说明
图1为本发明一种基于FPGA控制通信的装置应用场景示意图；
图2为本发明一种基于FPGA控制通信的装置接口模块示意图；
图3为本发明一种基于FPGA控制通信的装置终端模块示意图；
图4为本发明一种基于FPGA控制通信的装置结构图；
图5为本发明一种基于FPGA控制通信的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于FPGA控制通信的装置，如图4所示，包括：
第一信号采集模块，第一信号采集模块连接电流检测模块，采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块；
第二信号采集模块，第二信号采集模块连接电压检测模块，采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块，电流检测模块连接处理器，接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，确定电流信号无异常；
电压检测模块，电压检测模块连接处理器，接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测，确定电压信号无异常；
接口模块，如图2所示，接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统，应用场景如图1所示，发送或接收所述处理器与通信设备间的交互数据；
通信设备，如图3所示，包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS 端口及设备端口的输出端连接。
接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
设备数据库，对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
处理器，所述处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量和数据类型与通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
供电模块，所述供电模块用于提供电能。
分类模块，所述分类模块对设备进行分类。
本发明还提供了一种基于FPGA控制通信的方法，如图5所示，包括：
第一信号采集模块采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块，第二信号采集模块采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，电压检测模块接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测；
接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统；设备数据库对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，通过接口模块读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
分类模块对通信设备属性信息进行分类。
通信设备包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS端口及设备端口的输出端连接。
本发明辅助电力系统数字仿真系统与外部通信类设备/系统实现双向的通信方式交互。
本发明结构简单，相较于集成电路成本低廉，能够与不同通信类设备连接工作，并将不同设备进行分类、匹配，运行方便；
本发明采用FPGA硬件编程语言实现，比服务器加软件模式计算速度快，安全性能高。

Claims (9)

1.一种基于FPGA控制通信的装置，所述装置包括：
第一信号采集模块，所述第一信号采集模块连接电流检测模块，采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块；
第二信号采集模块，所述第二信号采集模块连接电压检测模块，采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块，所述电流检测模块连接处理器，接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，确定电流信号无异常；
电压检测模块，所述电压检测模块连接处理器，接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测，确定电压信号无异常；
接口模块，所述接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统，发送或接收所述处理器与通信设备间的交互数据；
设备数据库，对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
处理器，所述处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
2.根据权利要求1所述的系统，所述的系统还包括：供电模块，所述供电模块用于提供电能。
3.根据权利要求1所述的系统，所述的系统还包括：
分类模块，所述分类模块对设备进行分类。
4.根据权利要求1所述的系统，所述的接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
5.根据权利要求1所述的系统，所述通信设备包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS端口及设备端口的输出端连接。
6.一种基于FPGA控制通信的方法，所述方法包括：
第一信号采集模块采集电流信号并将电流信号传输至电流检测模块，第二信号采集模块采集电压信号并将电压信号传输至电压检测模块；
电流检测模块接收第一信号采集模块采集的电流信号，对电流信号进行检测，电压检测模块接收第二信号采集模块采集的电压信号，对电压信号进行检测；
接口模块连接通信设备和电力全数字实时仿真系统；设备数据库对通信设备属性信息进行备份，对连接接口模块的通信设备进行属性信息比对，确定备份通信设备属性信息与连接接口模块的通信设备匹配，并把匹配成功信息发送至处理器；
处理器接收到匹配成功信息后，对通信设备和通信过程进行状态监测并获取监测信息，通过接口模块读入通信设备通信配置文件，按照配置约定的数据量、数据类型和通信协议与电力全数字实时仿真系统和通信设备实时交互数据，完成通信报文格式转换和交互数据的数值计算。
7.根据权利要求6所述的方法，所述的方法还包括：分类模块对通信设备属性信息进行分类。
8.根据权利要求6所述的方法，所述的接口模块上设有通信接口、BAS端口及通信连接类设备端口，所述通信连接类设备接口为电力线通信接口或以太网接口，所述BAS端口为以太网接口。
9.根据权利要求6所述的方法，所述通信设备包括电力通信网络、BAS网络及通信连接类设备，所述的通信网络、BAS网络及通信连接类设备分别与通信接口、BAS端口及设备端口的输出端连接。
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