CN111193323A - 基于can总线的配电网下行设备管理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，包括：下行设备管理APP、标准通信协议、控制处理器、上行接口和下行接口，所述的下行接口包括但不限于CAN口、通过CAN口下接配电网下行设备、通过下行设备管理APP和标准通信协议实现下行设备的即插即用，所述的控制处理器分别与上行接口和下行接口物理连接；所述的控制处理器为双核处理器，支持容器技术，最少支持4个容器；容器内部部署APP，各容器之间、APP之间可通过数据总线或者共享内存进行通讯。本发明可实现对CAN接口接入下行设备的统一管理；具有下行设备即插即用功能；具有数据管理功能，实现数据的统一发布，统一配电网下行设备的通信协议，实现下行设备的接入统一管理。

Description

基于CAN总线的配电网下行设备管理装置及方法

技术领域

本发明属于电力行业配电网技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的配电网下行设备管理装置及方法。

背景技术

目前配电网领域快速发展，接入配电网的设备也越来越多，但是接入设备的通讯协议未统一，呈现多样化特点。导致配电网的终端设备，对协议处理工作量大，针对不同的通讯设备，均需要开发对应的软件功能模块，并升级系统程序。针对支持APP安装的下行终端设备，多个APP通过同一个接口，访问不同的外设时，会存在端口控制权的冲突，导致通信出错。

因此，需要一种适用于配电网的下行设备管理装置，同时建立统一的设备通讯协议，通过该管理装置可以实现不同的下行设备的自注册、协议解析及数据采集，并将采集的数据发送给不同的应用对象，其应用对象可以为设备、也可以为应用软件。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于CAN总线的配电网下行设备管理装置及方法，旨在解决配电网下行设备协议类型多，导致更换下行设备后需要程序升级，无法实现即插即用，以及针对采用APP的终端，多个APP无法通过同一个串口访问不同协议设备的问题。

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统，网络各节点之间的数据通信实时性强，开发周期短，已形成国际标准的现场总线。

为此，本发明采用以下技术方案：

基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，包括：控制处理器、上行接口和下行接口，以及设置在控制处理器中的下行设备管理APP、标准通信协议；所述的下行接口包括但不限于CAN口、通过CAN口下接配电网下行设备、通过下行设备管理APP和标准通信协议实现下行设备的即插即用，所述的控制处理器分别与上行接口和下行接口物理连接；

所述的控制处理器为双核处理器，支持容器技术，最少支持4个容器；容器内部部署APP，各容器之间、APP之间可通过数据总线或者共享内存进行通讯。

通过CAN口下接配电网下行设备可以实现下行设备的即插即用，通过同一CAN接口，可以下接多个不同下行设备，不需要更改软件。通过同一个CAN接口，可以接入多个不同类型的下行设备，同一CAN接口下支持最多255个下行设备，下行设备通信时通过地址区分，不同下行设备之间互不影响，而下行设备下行通信管理APP可以统一管理CAN接口，无需针对不同的下行设备进行适配。

实现下行设备的即插即用，是指当下行设备上电后，通过CAN总线接入管理装置时，管理装置与下行设备之间可通过标准通信协议，确定下行设备的相关信息，完成下行设备的识别与通信，而无需额外的配置工作。

基于CAN总线的配电网下行设备管理方法，通过一个下行设备管理APP，统一管理所有CAN端口，实现下行设备即插即用；获取下行设备的信息，并根据下行设备类型进行数据轮询，实现数据的收发。

本发明具有以下有益效果：

1)通过管理装置可实现对CAN接口接入下行设备的统一管理；2)基于容器技术，可将APP运行在不同容器中，提高各APP之间的独立性，增强系统可靠性；3)具有下行设备即插即用功能；4)支持多个APP通过同一个接口访问不同的外部设备；5)具有数据管理功能，实现数据的统一发布，统一配电网下行设备的通信协议，实现下行设备的接入统一管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1为基于CAN总线的下行设备管理装置接口示意图；

图2为下行设备管理装置容器APP布局示意图；

图3为多个APP通过统一端口与多个外部下行设备通讯解决方案示意图；

图4为下行设备接入报文内容；

图5为下行设备接入确认报文内容；

图6为下行设备描述符内容；

图7为CAN端口管理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，为本发明基于CAN总线的下行设备管理装置接口示意图。基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，包括：下行设备管理APP、标准通信协议、控制处理器、上行接口和下行接口，下行设备管理APP、标准通信协议APP安装在控制处理器中；所述的下行接口包括但不限于CAN口、通过CAN口下接配电网下行设备、通过标准通信协议实现下行设备的即插即用，控制处理器分别与上行接口和下行接口物理连接。

所述的控制处理器为双核处理器，处理器主频大于等于1GHz，内存大于等于512M，存储空间大于等于1G；支持基于开源Docker的容器技术，最少支持4个容器；支持容器状态监控、APP安装、卸载及状态监测。容器内部可部署APP，各容器之间、APP之间可通过数据总线或者共享内存进行通讯。

容器内部APP部署，根据本管理装置应用场景，优先使用三个容器，其中容器1用于下行设备相关的APP部署，包括下行设备管理APP、数据库管理APP。容器2用于数据分析类APP的部署，包括利用下行设备数据进行深入数据分析、挖掘等相关处理的APP，具体为1个或者多个APP。根据需要，每个APP可以单独安装在不同容器中，即1个APP对应1个容器。容器3用于安装上行通信APP。

如图2所示，为本发明下行设备管理装置容器APP布局示意图。管理装置内部运行多个容器；容器内部可部署多个APP。

所述数据总线，优先选用基于网络的MQTT消息总线，支持消息订阅和发布。消息定阅发布格式优先采用JSON格式。数据总线可以采用socket方式进行数据交互，消息订阅发布，可以采用自定义私有格式。

所述共享内存方式，各APP通过将数据存储在指定位置，同时从指定位置读取数据来实现数据交互。

所述支持内部多个APP通过同一接口访问不同下行设备，是指针对同一个接口连接的下行设备，由下行设备管理APP统一管理，进行命令发送、接收数据解析、数据存储。各个需要外部下行设备的APP，可通过访问数据库获取下行设备，不需要直接访问外部设备。

其中，上行接口包括但不限于：移动网络接口、以太网口、串口、载波及微功率无线接口、WIFI接口。所述上行接口可用于管理装置与上行设备的通讯，上行设备可以是配电网主站、配电网上行设备等。

下行接口除CAN口之外，还包括但不限于：串口、以太网口、载波及微功率无线接口、WIFI接口、开关量输入接口(简称开入接口)、开关量输出接口(简称开出接口)、交流信号采样接口、模拟信号输入接口。所述下行接口，用于连接配电网下行设备，包括剩余电流动作保护器、塑壳断路器、多功能表、集中器、换相开关、智能电表、分支箱、无功补偿装置、分布式能源设备、充电桩等。

如图3所示，为多个APP通过统一端口与多个外部下行设备通讯解决方案示意图。针对同一个接口连接的下行设备，由下行设备管理APP统一管理，进行下行设备发现、地址申请、命令发送，接收数据解析，并将数据存储在数据库。各个需要外部下行设备的APP，可通过访问数据库获取下行设备，不需要直接访问外部设备。

标准通信协议，包括但不限于：下行设备接入报文、下行设备接入确认报文、下行设备描述符报文、下行设备地址、预制报文。

下行设备接入报文，是指下行设备在刚接入管理装置时，发送的新的下行设备接入报文，用于标识该CAN接口下有新的下行设备接入。

如图4所示，为下行设备接入报文内容。下行设备接入报文包含帧头、帧长度、帧类型、临时地址、校验类型、校验结果等内容。

下行设备接入确认报文，是指管理装置收到下行设备接入报文后，向新接入的下行设备返回确认报文，标识管理装置已经收到下行设备接入请求，并分配新的下行设备地址。

如图5所示，为下行设备接入确认报文内容。下行设备接入确认报文包含帧头、帧长度、帧类型、临时地址、分配地址、校验类型、校验结果等内容。

下行设备描述符报文，是指包含下行设备类型、下行设备厂家、下行设备点号、下行设备点类型、下行设备点数量等信息的报文，下行设备描述符报文中包含了可以用于通信的有效信息。

如图6所示，为下行设备描述符报文内容。下行设备描述符报文包含帧头、帧长度、帧类型、设备地址、设备类型、设备名称、设备厂家、设备点信息(名称、类型、点地址)、校验类型、校验结果等内容。

下行设备地址，是指管理装置为新接入的下行设备分配的地址，管理装置根据同一CAN总线下的下行设备接入情况，自动为新接入的下行设备分配地址，并在之后的通信过程中使用该地址表示通信的方向。

预制报文，是指针对特定类型下行设备的用于获取下行设备信息的报文。

另外，本发明还提供了一种基于CAN总线的配电网下行设备管理方法，具体方法如下：通过一个下行设备管理APP，统一管理所有CAN端口，实现下行设备即插即用；获取下行设备的信息，并根据下行设备类型进行数据轮询，实现数据的收发。其中不同CAN端口采用不同的进程实现，每个CAN端口对应一个进程。每个进程负责本CAN端口的命令轮询；与外部下行设备进行通讯，实现命令发送、数据接收、协议解析、数据存储等。所存储的数据可供其余APP使用，也可供其余下行设备使用。当下行设备接入后，发送设备接入报文，APP收到下行设备接入报文后，回复下行设备接入确认报文，当下行设备收到确认报文后，向APP发送下行设备描述符报文，下行设备描述符包含了描述设备的详细信息，包括设备类型、设备点信息、设备厂家等。下行设备管理APP收到设备描述符后，根据内容建立下行设备线程(数据结构)，申请下行设备地址和对应下行设备的预制报文，并发送包含设备地址的返回报文。

如图7所示，为CAN端口管理方法流程图。基于CAN总线的配电网下行设备管理方法，包含以下步骤：

步骤1、判断是否有新的下行设备接入，如果是、转下一步，如果否、重复步骤1；

步骤2、发送下行设备接入报文，管理装置返回下行设备接入确认报文；

步骤3、向下行设备管理APP发送下行设备描述符报文；

步骤4、下行设备管理APP解析下行设备描述符报文；

步骤5、下行设备管理APP建立线程；

步骤6、向下行设备管理APP发送下行设备预制提出报文；

步骤7、下行设备管理APP接收数据报文；

步骤8、下行设备管理APP解析数据报文，储存结果。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，包括：控制处理器、上行接口和下行接口，以及设置在控制处理器中的下行设备管理APP、标准通信协议；所述的下行接口包括但不限于CAN口、通过CAN口下接配电网下行设备，所述的控制处理器分别与上行接口和下行接口物理连接；

所述的控制处理器为双核处理器，支持容器技术，最少支持4个容器；容器内部部署APP，各容器之间、APP之间可通过数据总线或者共享内存进行通讯。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，标准通信协议，包括但不限于：下行设备接入报文、下行设备接入确认报文、下行设备描述符报文、下行设备地址、预制报文。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，下行设备接入报文，是指下行设备在刚接入管理装置时，发送的新的下行设备接入报文，用于标识该CAN接口下有新的下行设备接入；

下行设备接入确认报文，是指管理装置收到下行设备接入报文后，向新接入的下行设备返回确认报文，标识管理装置已经收到下行设备接入请求，并分配新的下行设备地址；

下行设备描述符报文，是指包含下行设备类型、下行设备厂家、下行设备点号、下行设备点类型、下行设备点数量的报文；

下行设备地址，是指管理装置为新接入的下行设备分配的地址；

预制报文，是指针对特定类型下行设备的用于获取下行设备信息的报文。

4.根据权利要求3所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，下行设备接入报文包含：帧头、帧长度、帧类型、临时地址、校验类型、校验结果；

下行设备接入确认报文包含：帧头、帧长度、帧类型、临时地址、分配地址、校验类型、校验结果；

下行设备描述符报文包含：帧头、帧长度、帧类型、设备地址、设备类型、设备名称、设备厂家、设备点信息、校验类型、校验结果。

5.根据权利要求1－4任一项所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，所述的控制处理器，处理器主频大于等于1GHz，内存大于等于512M，存储空间大于等于1G；支持基于开源Docker的容器技术，支持容器状态监控、APP安装、卸载及状态监测。

6.根据权利要求1－4任一项所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，所述数据总线，优先选用基于网络的MQTT消息总线，支持消息订阅和发布；

所述共享内存是指，各APP通过将数据存储在指定位置，同时从指定位置读取数据来实现数据交互。

7.根据权利要求1－4任一项所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，上行接口包括但不限于：移动网络接口、以太网口、串口、载波及微功率无线接口、WIFI接口；

下行接口除CAN口之外，还包括但不限于：串口、以太网口、载波及微功率无线接口、WIFI接口、开关量输入接口、开关量输出接口、交流信号采样接口、模拟信号输入接口。

8.根据权利要求7所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理装置，其特征在于，配电网下行设备包括：剩余电流动作保护器、塑壳断路器、多功能表、集中器、换相开关、智能电表、分支箱、无功补偿装置、分布式能源设备、充电桩。

9.基于CAN总线的配电网下行设备管理方法，其特征在于，通过一个下行设备管理APP，统一管理所有CAN端口，实现下行设备即插即用；获取下行设备的信息，并根据下行设备类型进行数据轮询，实现数据的收发。

10.根据权利要求9所述的基于CAN总线的配电网下行设备管理方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、判断是否有新的下行设备接入，如果是、转下一步，如果否、重复步骤1；

步骤2、发送下行设备接入报文，管理装置返回下行设备接入确认报文；

步骤3、向下行设备管理APP发送下行设备描述符报文；

步骤4、下行设备管理APP解析下行设备描述符报文；

步骤5、下行设备管理APP建立线程；

步骤6、向下行设备管理APP发送下行设备预制提出报文；

步骤7、下行设备管理APP接收数据报文；

步骤8、下行设备管理APP解析数据报文，储存结果。

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