CN111200612B - 一种配电网下行设备管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网下行设备管理装置，包括：相互独立的主控处理器、协控处理器，以及上行接口和下行接口；所述的主控处理器与上行接口物理连接，所述的协控处理器与下行接口物理连接；主控处理器与协控处理器之间通过并行总线实现物理连接，同时预留SPI接口作为备份；主控处理器通过上行接口负责配电网上行设备处理及总体事件调度，协控处理器通过下行接口负责配电网下行设备的通讯及数据处理；所述的主控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之间通过数据总线或者共享内存进行通讯。本发明基于容器技术对所有下行设备统一管理；支持多个APP通过同一个接口访问不同的外部设备，实现数据的统一发布。

Description

一种配电网下行设备管理装置

技术领域

本发明属于电力行业配电网配电自动化管理技术领域，具体涉及一种配电网下行设备管理装置。

背景技术

目前配电网技术领域快速发展，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，导致系统出现问题。

因此，需要一种适用于配电网下行设备的管理装置，通过该管理装置实现不同下行设备的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，本发明提供了一种适用于配电网下行设备的管理装置及管理方法，旨在解决配电网接入设备协议类型多，导致更换设备后需要程序升级，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。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种配电网下行设备管理装置，包括：相互独立的主控处理器、协控处理器，设置在主控处理器中的下行设备管理APP，以及上行接口和下行接口；所述的主控处理器与上行接口物理连接，所述的协控处理器与下行接口物理连接；主控处理器与协控处理器之间通过并行总线实现物理连接，同时预留SPI接口作为备份；主控处理器通过上行接口负责配电网上行设备处理及总体事件调度，协控处理器通过下行接口负责配电网下行设备的通讯及数据处理；所述的主控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之间通过数据总线或者共享内存进行通讯；支持内部多个APP通过同一接口访问不同下行设备，支持通讯协议自定义配置；通过下行设备管理APP和通讯协议实现下行设备的即插即用。

一种配电网下行设备的管理方法，包括以下步骤：

步骤1、协议管理：利用通讯协议配置工具，进行外接下行设备的通讯协议配置，并生成通讯协议配置文件；

步骤2、端口管理：利用步骤1所生成的通讯协议配置文件，通过一个下行设备管理APP统一管理所有端口。

本发明具有以下有益效果：

1)通过管理装置可实现对所有下行设备的统一管理；2)管理装置基于容器技术，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)管理装置具有协议配置能力，支持协议配置；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，本发明可实现采用一台管理装置、一组APP适应所有配电网通讯设备协议，完成数据采集及管理。

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设备通讯解决方案示意图；

图4为通讯协议发送帧配置内容；

图5为通讯协议接收帧头帧尾配置内容；

图6为通讯协议接收校验域配置内容；

图7为通讯协议接收数据域配置内容；

图8为通讯协议配置方法流程图；

图9为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，为本发明下行设备管理装置接口示意图。一种配电网下行设备管理装置，包括：设置在主控处理器中的下行设备管理APP，相互独立的主控处理器、协控处理器，以及上行接口和下行接口；所述的主控处理器通过USB、UART、PHY芯片等接口与上行接口物理连接，所述的协控处理器通过UART、GPIO、SPI、PHY芯片等接口与下行接口物理连接，主控处理器与协控处理器之间通过并行总线实现物理连接，同时预留SPI接口作为备份，SPI通讯速率不低于5MHz。主控处理器通过上行接口负责上行设备处理及总体事件调度，协控处理器通过下行接口负责下行设备的通讯及数据处理。

主控处理器采用双核处理器，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；运行嵌入式操作系统，支持容器技术运行，容器内部可部署APP，各容器之间、APP之间通过数据总线或者共享内存进行通讯。支持内部多个APP通过同一接口，访问不同下行设备。支持通讯协议自定义配置，不需要更改软件，采用通讯协议配置工具，对通讯协议进行配置，并将配置文件下发到管理装置，由下行设备管理APP进行文件解析后，根据配置进行通讯。

所述主控处理器，与实时时钟相连接，用于实现系统守时功能，守时精度不低于2s/天。所述主控处理器，与RAM存储器相连接，RAM存储器不低于512M字节。所述主控处理器，与FLASH存储器相连接，FALSH存储器不低于1G字节。

所述协控处理器，处理器主频大于等于120MHz，具备浮点运算功能，支持外部RAM存储器扩展。支持故障高速录波数据存储，录波速率不低于256点每周波，同时录波数量不低于64路。所述协控处理器，与RAM存储器相连接，用于运行数据的存储，特别是多通道高速录波数据的存储。RAM存储器不低于1M字节。

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；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、配电网设备等。

下行接口包括但不限于：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。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。

所述主控处理器，与移动网络接口、以太网口、串口、载波及微功率无线、WIFI接口等接口相连接，完成数据交互及管理功能。连接移动网络接口不低于1个，以太网口不低于2个，串口不低于1个，载波及微功率无线接口不低于1个，WIFI接口不低于1个。主控处理器完成通讯协议解析、收发控制、数据存储及处理、数据发送等功能。

所述协控处理器，与串口、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、模拟信号输入接口相连接，完成数据收发及采集功能。连接串口不低于4路，网口不低于1路，载波及微功率无线接口不低于1路，WIFI接口不低于1路，开入开出接口不低于8路，交流信号采集接口不低于64路，模拟信号输入接口不低于2路。协控处理器完成通讯协议解析、收发控制、数据存储及处理、数据发送等功能。

所述主控处理器和协控处理器通讯协议解析，采用APP方式实现，不同的通讯协议可通过不同的APP完成协议解析。通讯信息从外部接口进入管理装置后，处理器中运行的APP按照通讯规约要求，进行协议解析，并将解析好的数据根据设计的软件算法运算后，将结果进行存储或者发送到其余外部设备。

容器基于开源Docker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。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。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用于部署上行通讯处理APP。

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。同时支持采用socket方式进行数据交互，消息订阅发布，采用自定义私有格式。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。

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。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、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下行设备。

如图4所示，为通讯协议发送帧配置内容。发送帧配置内容包括链路号、设备号、命令序号、发送帧长度、发送数据、校验类型、校验起始字节、校验数据长度、发送帧尾字节数、发送帧尾等字段。

如图5所示，为通讯协议接收帧头帧尾配置内容。接收帧头帧尾配置内容包括接收帧长度、接收帧头长度、接收帧头报文、接收帧尾长度、接收帧尾报文等字段。

如图6所示，为通讯协议接收校验域配置内容。接收校验域配置内容包括校验域个数、校验域起始位置、校验位字节数、校验类型、校验起始字节、校验数据长度等字段。

如图7所示，为通讯协议接收数据域配置内容。接收数据域配置内容包括数据域个数、点类型、数据序号、位序号、数据域起始位置、数据字节数、数据格式、数据偏置、基准值、系数等字段。

另外，本发明还提供了一种配电网下行设备的管理方法，具体包括以下步骤：

步骤1、协议管理。利用通讯协议配置工具，进行外接下行设备的通讯协议配置，并生成通讯协议配置文件，该文件可以离线或在线使用。通讯协议配置分为发送帧配置、接收帧头帧尾配置、接收校验域配置、接收数据域配置，其中接收校验域配置、接收数据域配置为可复制单元，每条命令可包含1个或者多个该字段。通过协议配置，支持标准问答式通讯协议、非标准问答式通讯协议的自动解析，支持协议自定义。

如图8所示，为通讯协议配置方法流程图，通过利用通讯协议配置工具、进行外接下行设备的通讯协议配置、并生成通讯协议配置文件的详细步骤如下：

步骤1.1、发送参数配置；

步骤1.2、接收帧头帧尾配置；

步骤1.3、接收校验域配置；

步骤1.4、判断校验域配置是否已经完毕，若是、转下一步，若否、转步骤1.3；

步骤1.5、接收数据域配置；

步骤1.6、判断数据域配置是否已经完毕，若是、转下一步，若否、转步骤1.5；

步骤1.7、生成通讯协议配置文件；

步骤1.8、下载通讯协议配置文件到管理装置；

步骤1.9、外接下行设备的通讯协议配置流程结束。

步骤2、端口管理。利用步骤1所生成的通讯协议配置文件，通过一个下行设备管理APP统一管理所有端口。针对开关量输入接口、开关量输出接口、交流信号采样接口、模拟信号输入接口等不需要协议配置的接口，根据管理装置硬件设计，采用直接读取接口数据方式实现。针对串口、以太网口、载波及微功率无线接口、WIFI接口等通讯接口，根据该通讯端口的通讯协议配置，对命令进行轮询，实现数据的收发。其中不同端口采用不同的进程实现，每个端口对应一个进程。每个进程负责本端口的命令轮询。与外部设备进行通讯，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。

如图9所示，为端口管理方法的流程图，通过一个下行设备管理APP统一管理所有端口的详细步骤如下：

步骤2.1、对通讯协议配置文件进行解析；

步骤2.2、对通讯端口X进行参数设置；

步骤2.3、发送通讯端口X的协议数据；

步骤2.4、接收通讯端口X的协议数据、并进行解析；

步骤2.5、存储通讯端口X的协议数据；

步骤2.6、判断通讯端口X的协议数据域是否已经收发完毕，若是、转下一步，若否、转步骤2.3；

步骤2.7、等待；

步骤2.8、判断是否到达下次发送时间，若是、转步骤2.2，若否、转步骤2.7。

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 (6)

1.一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，包括：相互独立的主控处理器、协控处理器，设置在主控处理器中的下行设备管理APP，以及上行接口和下行接口；所述的主控处理器与上行接口物理连接，所述的协控处理器与下行接口物理连接；主控处理器与协控处理器之间通过并行总线实现物理连接，同时预留SPI接口作为备份；主控处理器通过上行接口负责配电网上行设备处理及总体事件调度，协控处理器通过下行接口负责配电网下行设备的通讯及数据处理；

所述的主控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之间通过数据总线或者共享内存进行通讯；支持内部多个APP通过同一接口访问不同下行设备，支持通讯协议自定义配置；

容器基于开源Docker容器技术，支持容器状态监控、APP安装、卸载及状态监测；

通讯协议自定义配置时，发送帧配置内容包括：链路号、设备号、命令序号、发送帧长度、发送数据、校验类型、校验起始字节、校验数据长度、发送帧尾字节数和发送帧尾；接收帧头帧尾配置内容包括：接收帧长度、接收帧头长度、接收帧头报文、接收帧尾长度和接收帧尾报文；接收校验域配置内容包括：校验域个数、校验域起始位置、校验位字节数、校验类型、校验起始字节和校验数据长度；接收数据域配置内容包括：数据域个数、点类型、数据序号、位序号、数据域起始位置、数据字节数、数据格式、数据偏置、基准值和系数；

配电网下行设备管理装置的管理方法包括以下步骤：

步骤1、协议管理：利用通讯协议配置工具，进行外接下行设备的通讯协议配置，并生成通讯协议配置文件；

步骤2、端口管理：利用步骤1所生成的通讯协议配置文件，通过一个下行设备管理APP统一管理所有端口；

步骤1所述的协议管理具体包括以下步骤：

步骤1.1、发送参数配置；

步骤1.2、接收帧头帧尾配置；

步骤1.3、接收校验域配置；

步骤1.4、判断校验域配置是否已经完毕，若是、转下一步，若否、转步骤1.3；

步骤1.5、接收数据域配置；

步骤1.6、判断数据域配置是否已经完毕，若是、转下一步，若否、转步骤1.5；

步骤1.7、生成通讯协议配置文件；

步骤1.8、下载通讯协议配置文件到管理装置；

步骤1.9、外接下行设备的通讯协议配置流程结束；

步骤2所述的端口管理具体包括以下步骤：

步骤2.1、对通讯协议配置文件进行解析；

步骤2.2、对通讯端口X进行参数设置；

步骤2.3、发送通讯端口X的协议数据；

步骤2.4、接收通讯端口X的协议数据、并进行解析；

步骤2.5、存储通讯端口X的协议数据；

步骤2.6、判断通讯端口X的协议数据域是否已经收发完毕，若是、转下一步，若否、转步骤2.3；

步骤2.7、等待；

步骤2.8、判断是否到达下次发送时间，若是、转步骤2.2，若否、转步骤2.7。

2.根据权利要求1所述的一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，所述的主控处理器采用双核处理器，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，运行嵌入式操作系统；

所述的协控处理器，处理器主频大于等于120MHz，具备浮点运算功能，支持外部RAM存储器扩展，支持故障高速录波数据存储，录波速率不低于256点每周波，同时录波数量不低于64路。

3.根据权利要求2所述的一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，所述主控处理器与实时时钟相连接，用于实现系统守时功能，守时精度不低于2s/天；所述主控处理器与RAM存储器相连接，RAM存储器不低于512M字节；所述主控处理器与FLASH存储器相连接，FALSH存储器不低于1G字节；

所述协控处理器与RAM存储器相连接，用于运行数据的存储，RAM存储器不低于1M字节。

4.根据权利要求1所述的一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，所述的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；

所述的下行接口包括但不限于：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。

5.根据权利要求4所述的一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，主控处理器连接移动网络接口不低于1个，以太网口不低于2个，串口不低于1个，载波及微功率无线接口不低于1个，WIFI接口不低于1个；

协控处理器连接串口不低于4路，网口不低于1路，载波及微功率无线接口不低于1路，WIFI接口不低于1路，开入开出接口不低于8路，交流信号采集接口不低于64路，模拟信号输入接口不低于2路。

6.根据权利要求1所述的一种配电网下行设备管理装置，其特征在于，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；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。

Images