CN111740882A - 一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法,将HMI液晶作为主端和CPU模件作为从端进行连接后,通过背板RS485总线,发送上电握手报文。通过RCT保护装置配置工具,将待升级的配置文件包括硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件分别下载到CPU模件中的本地存储器中。HMI液晶面板召唤CPU模件的硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件,一旦读取到的硬件配置文件CRC、软件配置文件CRC、汉字库配置文件CRC和本地存储的不一致,那么就进行配置文件升级操作。本发明能够对多台线路保护测控装置进行在线升级操作,同时硬件成本低、功耗低、满足各种复杂环境下电磁干扰。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域,尤其涉及一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法。
背景技术
近年来,随着智能变电站的广泛实施,继电保护的发展非常快,在我国电力系统中,高低压设备都大量的采用智能保护装置,尤其是线路保护测控装置在保护电力系统安全稳定运行方面起到了不可磨灭的贡献。线路保护测控装置适用于35KV及以下电压等级的输电线路中,线路保护测控装置以电流电压保护为基本配置,同时集成了各种测控和控制功能。应用领域覆盖电力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行业。但现有的多台线路保护测控装置,其协同差,没法校验线路保护测控装置,难以发现通信异常。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法,本发明采用RCT保护配置工具以普通网线为传输媒介,首先,通过PC侧配置工具将配置文件下载到CPU模件中,更新CPU的配置,可实现自动校验下装配置文件的错误以及通信异常。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法,包括以下步骤:
步骤1,将交换机、线路保护测控装置通过网线将其连接到局域网内,分别设置好线路保护测控装置的IP地址,保证在局域网内的IP地址不冲突。
步骤2,通过在PC侧的ping命令,分别ping所有在局域网内的线路保护测控装置的IP,保证链路都是正常的。
步骤3,HMI液晶面板作为主端与CPU模件作为从端,通过RS485总线连接后,对CPU模件进行硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件的升级,在CPU模件收到线路保护测控装置下发的报文后,进行校验并写入到本地的CPU存储器中,同时,将升级配置文件标志标识为TRUE,待CPU模件升级成功后,主端向CPU模件发送握手报文,读取装置信息,装置信息包括CPU的类型码、CPU名称、CRC校验码以及串口个数、串口地址、以太网口个数信息,与CPU模件的数据进行交互,CRC校验码包括硬件配置校验码、软件配置校验码、字库配置校验码。HMI液晶面板依次检查CRC校验码,如果发现CRC校验码不一致,那么,启动升级配置文件操作流程。
检查CRC校验码的方法如下:
其中,m表示信息码组合多项式。
根据移位寄存器状态值、输入信息码序列得到校验公式:
其中,表示第j级寄存器接收到第i位信息码后的状态值,那么则为第j-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,表示第l-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,规定,为输入信息码序列,i=0,1,…,q-1为输入信息码序号,q =4,8,16,32,…表示并行度;j=0,1,…l,l代表移位寄存器编码,“.”“表示位与运算”,“⊕”表示异或运算。
多项式U(m) 每次并行运算8位,生产32位CRC检验码,因此,取p=8,l=31,p表示输入信息码序列位数,根据(1)式可知:当j=0,1,2,4,5,7,8,10,11,12,16,22,23,26时,,则(2)式可简化为:
步骤32,根据文件中的关键字,文件头的内容主要包括32个字节的文件名字、2个字节的文件大小、和4个字节的校验码,以文件名字作为关键字索引,文件名字不可重名,设定一个以文件名字和数据存储地址之间的一种映射关系函数为:file_name=Fun(key,S),其中,file_name表示文件名字,Fun(key,S)表示文件内容的映射函数关系,key表示要查找的关键词,S表示每一个16进制数据的累加求和,即要查找的内容在文件中的地址。只要查找到key所在位置,根据关系函数我们就能检索到文件名。
步骤33,根据file_crc=Fun(key+2),其中,file_crc表示文件生成的CRC校验码,Fun(key+2) 表示要查找的关键词加上2个字节后的地址所在的内容,key表示要查找的关键词,查找到相应存储区域的文件CRC校验码。
以MAC地址作为关键字索引,MAC地址代表唯一的线路保护测控装置地址,MAC地址和内存地址之间的映射关系为:Mac_ADDR=Fun(key),其中,Mac_ADDR表示根据上述映射关系函数查找的关键词在文件中的地址,Fun(key)表示要查找的关键词通过映射函数的地址所在的内容,通过PC侧发送的升级配置文件报文,通过MAC地址和内存地址之间的映射关系,迅速从报文中解析出MAC_ADDR,然后,开始启动配置文件的传输,直到所有报文到交互结束。
步骤4,CPU模件向HMI液晶面板发送响应报文,响应报文包括报文头、长度、控制域、帧计数器、源地址、目的地址、代码域、命令、校验和、结束符,按照此格式,CPU模件将本地存储的最新的配置文件发送到HMI液晶面板中,HMI液晶面板启动升级配置文件程序流程,检查状态机中的最新配置文件是否都成功写入到本地存储器中,并更新最新的配置文件的CRC校验码、以及更新配置文件标志。
步骤5,待HMI液晶面板将配置文件成功写入到本地存储器中,如果写入成功,HMI液晶面板将自动进行软复位操作,否则,再次进入升级配置文件操作流程中,待HMI液晶面板进行软复位后,HMI液晶面板重新执行boot程序的初始化操作,初始化操作包括对液晶的初始化、本地存储器的更新,以及跳转到液晶面板的主程序中,进行菜单界面的正常显示。
优选的:通讯协议采用私有规约,通讯的交互方式是主从问答式,在存储区域中,通过线性表的方式,将配置文件的CRC校验码、升级标志位、文件头的存储到指定的位置,通过PC侧客户端工具主从问答式的方式,通过TCP协议将数据包一帧一帧的进行传输。
优选的:接收到的数据包需要检验帧的长度、包固定字节的个数。
优选的:数据包检验检验不通过,需要重传。
本发明相比现有技术,具有以下有益效果:
本发明可实现自动校验下装配置文件的错误以及通信异常,方便维护及工程调试、批量生产操作,尤其是在工程应用上,可以针对多台线路保护测控装置进行在线升级操作,同时硬件成本低、功耗低、满足各种复杂环境下电磁干扰。
附图说明
图1为装置正常上电流程及升级配置文件流程图。
图2为通信处理程序流程图。
图3为地址冲突的链表法示意图。
图4为改进的哈希表。
图5为装置信息报文(0x18命令码)。
图6为硬件配置文件(0x10命令码)。
图7为软件配置文件(0x11命令码)。
图8为汉字库配置文件(0x13命令码)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法,如图1、2所示,包括以下步骤:
步骤1,将一台交换机、多台线路保护测控装置通过网线将其连接到局域网内,分别设置好线路保护测控装置的IP地址,保证在局域网内的IP地址不冲突,保证在局域网内的IP地址不冲突。
步骤2,通过在PC侧的ping命令,分别ping所有在局域网内的线路保护测控装置的IP,保证链路都是正常的。
步骤3,HMI液晶面板作为主端与CPU模件作为从端,通过RS485总线连接后,对CPU模件进行硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件的升级,在CPU模件收到线路保护测控装置下发的报文后,进行校验并写入到本地的CPU存储器中,同时,将升级配置文件标志标识为TRUE,待CPU模件升级成功后,主端向CPU模件发送握手报文,读取装置信息,装置信息包括CPU的类型码、CPU名称、CRC校验码以及串口个数、串口地址、以太网口个数信息,与CPU模件的数据进行交互,CRC校验码包括硬件配置校验码、软件配置校验码、字库配置校验码。HMI液晶面板依次检查CRC校验码,如果发现CRC校验码不一致,那么,启动升级配置文件操作流程。
检查CRC校验码的方法如下:
步骤31,首先,硬件配置文件.hrd、软件配置文件.sft、汉字库配置文件.hzk,这三种文件格式是一种特殊的ASCII码文件格式,首先,三种文件都是可以通过PC侧工具人工进行配置,根据具体的硬件、软件、汉字资源的需求来进行参数的定制,可以直接运行到系统中,文中提到的快速校验CRC算法,就是基于上述这种文件格式,待发送的是x位二进制信息码,信息码的比特序列作为多项式:
其中,m表示信息码组合多项式,(1)式本质是模-2除法求余。
根据移位寄存器状态值、输入信息码序列得到校验公式:
其中,为移位寄存器状态值,其表示第j级寄存器接收到第i位信息码后的状态值,那么则为第j-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,表示第l-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,规定,为输入信息码序列,其表示第i个输入的数据位,则i=0,1,…,q -1为输入信息码序号,q =4,8,16,32,…表示并行度。j=0,1,…l代表移位寄存器编码,“.”“表示位与运算”,“⊕”表示异或运算。
多项式U(m)每次并行运算8位,生产32位CRC检验码,因此,取p=8,l=31,p表示输入信息码序列位数,根据(1)式可知:当j=0,1,2,4,5,7,8,10,11,12,16,22,23,26时,,则(2)式可简化:
快速定位查找表的思想及算法为:基于改进哈希函数的构造方法,传统的哈希函数的主要思想包括两方面:1)如何构造哈希函数;2)如何处理冲突。
本文的快速定位查找表的算法就是为了解决上述两个问题,而且经过验证是可行的。
步骤32,根据文件中的关键字,文件头的内容主要包括32个字节的文件名字、2个字节的文件大小、和4个字节的校验码,以文件名字作为关键字索引,文件名字不可重名,设定一个以文件名字和数据存储地址之间的一种映射关系函数为:file_name=Fun(key,S),其中,file_name表示文件名字,Fun(key,S)表示文件内容的映射函数关系,key表示要查找的关键词,S表示每一个16进制数据的累加求和,即要查找的内容在文件中的地址。只要查找到key所在位置,根据关系函数我们就能检索到文件名。
步骤33,根据file_crc=Fun(key+2),其中,file_crc表示文件生成的CRC校验码,Fun(key+2) 表示要查找的关键词 加上2个字节后的地址所在的内容,key表示同上要查找的关键词,查找到相应存储区域的文件CRC校验码。这样便可迅速查找到相应存储区域的文件CRC;使用一种单向数据结构的数据链表结构,进行地址冲突的链表法如图3所示。
快速定位查找哈希表,结合插入排序中折半查找法:此方法不拘泥于原有的存储结构,组成了以折半查找的前提条件,使得在哈希表的查找中快速定位。如关键字为(3,44,16,26,12,17,24,69,57,74,36),按哈希函数Fun(key)= key mod 11和改进的哈希表得到如图4所示。
以MAC地址作为关键字索引,MAC地址代表唯一的线路保护测控装置地址,MAC地址和内存地址之间的映射关系为:Mac_ADDR=Fun(key),其中,Mac_ADDR表示根据上述映射关系函数查找的关键词在文件中的地址,Fun(key)表示同上要查找的关键词通过映射函数的地址所在的内容,通过PC侧发送的升级配置文件报文,通过MAC地址和内存地址之间的映射关系,迅速从报文中解析出MAC_ADDR,然后,开始启动配置文件的传输,直到所有报文到交互结束。
步骤4,CPU模件向HMI液晶面板发送响应报文,响应报文包括报文头、长度、控制域、帧计数器、源地址、目的地址、代码域、命令、校验和、结束符,按照此格式,CPU模件将本地存储的最新的配置文件发送到HMI液晶面板中,HMI液晶面板启动升级配置文件程序流程,检查状态机中的最新配置文件是否都成功写入到本地存储器中,并更新最新的配置文件的CRC校验码、以及更新配置文件标志。
步骤5,待HMI液晶面板将配置文件成功写入到本地存储器中,如果写入成功,HMI液晶面板将自动进行软复位操作,否则,再次进入升级配置文件操作流程中,待HMI液晶面板进行软复位后,HMI液晶面板重新执行boot程序的初始化操作,初始化操作包括对液晶的初始化、本地存储器的更新,以及跳转到液晶面板的主程序中,进行菜单界面的正常显示。
通过保护装置配置工具,首先,对CPU模件进行硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件的升级,在CPU收到配置工具下发的报文后,进行校验并写入到本地的CPU存储器中,同时,将升级配置文件标志标识为TRUE,待CPU模件升级成功后,HMI液晶面板即可开始进行握手报文的召唤,读取装置信息,分别将向CPU读取到的硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件三者之中任一一个文件的CRC校验码,同HMI本地存储器的配置文件CRC进行比较,如果不一致,则启动升级配置文件流程,待HMI将最新的配置文件写入到HMI本地存储器中,自动进行软复位操作,如果一致,则正常启动装置界面显示。
首先,通过RCT保护装置配置工具将硬件配置文件*.hrd、软件配置文件*.sft、*.hzk文件,烧入到CPU模件中,待RCT配置工具左下角显示完成,即可,断电上电进行重启,等候大约10~20秒钟左右,装置屏幕会黑一下,此时,表明boot程序已经启动,正在进行液晶的初始化及键盘以及II2C总线的初始化操作等,然后,HMI液晶显示面板会打出“”上传装置信息中…”,等候大概10~20秒,HMI配置文件会升级成功,然后,装置会自动跳转到主界面显示“线路保护测控装置”。
如图5所示,读取装置信息报文(0x18命令码)。
如图6所示,读取硬件配置文件(0x10命令码)。
如图7所示,读取软件配置文件(0x11命令码)。
如图8所示,读取汉字库配置文件(0x13命令码)。
其次,为了解决生产测试、现场调试的问题,只需要通过简单的一根网线就可以配置线路保护装置的全部配置文件,同时,也支持远程升级功能,方便了研发人员对现场问题的分析及故障定位,及时、快捷的解决客户的问题。
再次,PC侧和CPU之间采用以太网报文格式,CPU和HMI液晶面板之间采用RS485通信,通信稳定可靠、抗干扰能力比较强。其基于数据链路层网络、传输层网络TCP、应用层网络IP协议,将分层网络化、IP报文的报文流进行快速捕获、匹配、定位。
通过IP报文的源地址、目的地址、MAC地址、TCP端口号,在PC侧客户端通过发起TCP请求报文,根据报文中的MAC地址和IP地址的后两位,如172.16.40.114,
这里假定以MAC地址作为关键字索引,MAC地址代表唯一的装置地址,设定一个以MAC地址和内存地址之间的映射关系为:Mac_ADDR=Fun(key),通过PC侧发送的升级配置文件报文,通过上述映射关系,迅速从报文中解析出MAC_ADDR,然后,开始启动配置文件的传输,直到所有报文到交互结束,将CRC等关键数据,写入存储地址中,置上升级成功标志位,关闭文件流,结束传输。
通讯协议是私有规约,通讯的交互方式是主从问答式,在存储区域中,通过线性表的方式,将配置文件的CRC校验码、升级标志位、文件头的存储到指定的位置,通过PC侧客户端工具主从问答式的方式,通过TCP协议将数据一帧一帧的进行传输,在校验包的完整性时,装置自身接收到包,是自身或者认可的地址,但是,并不知道包是否具有正确的格式。发生了畸变的包,或传输站发出的格式不正确的包,仍然可以被接收装置所接收。为了避免处理畸变的包,接收装置必须要校验包的几个特性,如下:
1.校验的特性是长度,如果帧的长度大于1000字节,则认为此帧为超长帧。如果接收装置的CRC校验错误,那么,需要重传此帧报文;
2.错误定界的包不是以8位为界。所有的包都有固定能够的字节的个数,并且在被定义的字节数后必须结束。没有以字节边界结束的包对准校验将失败。
3.如果通过了所有的校验,则认为帧是有效的,格式正确、文件头、长度合法、CRC正确。如果接收装置通信仍然有问题,则必须进一步启动重传机制,重传3次,如果重传3次仍然失败,报通信中断。
本发明的线路保护测控装置硬件的CPU正是基于嵌入式32位ARM处理器,软件基于开源的RTOS操作系统,软硬件协同操作,大大提高了装置的性能,以及稳定性,在市场中具有广阔前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种线路保护测控装置自动校验配置文件方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将交换机、线路保护测控装置通过网线将其连接到局域网内,分别设置好线路保护测控装置的IP地址,保证在局域网内的IP地址不冲突;
步骤2,通过在PC侧的ping命令,分别ping所有在局域网内的线路保护测控装置的IP,保证链路都是正常的;
步骤3,HMI液晶面板作为主端与CPU模件作为从端,通过RS485总线连接后,对CPU模件进行硬件配置文件、软件配置文件、汉字库配置文件的升级,在CPU模件收到线路保护测控装置下发的报文后,进行校验并写入到本地的CPU存储器中,同时,将升级配置文件标志标识为TRUE,待CPU模件升级成功后,主端向CPU模件发送握手报文,读取装置信息,装置信息包括CPU的类型码、CPU名称、CRC校验码以及串口个数、串口地址、以太网口个数信息,与CPU模件的数据进行交互,CRC校验码包括硬件配置校验码、软件配置校验码、字库配置校验码;HMI液晶面板依次检查CRC校验码,如果发现CRC校验码不一致,那么,启动升级配置文件操作流程;
检查CRC校验码的方法如下:
其中,m表示信息码组合多项式;
根据移位寄存器状态值、输入信息码序列得到校验公式:
其中,表示第j级寄存器接收到第i位信息码后的状态值,那么则为第j-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,表示第l-1级寄存器接收到第i-1位信息码后的状态值,规定,为输入信息码序列,i=0,1,…,q-1为输入信息码序号,q =4,8,16,32,…表示并行度;j=0,1,…l,l代表移位寄存器编码,“.”“表示位与运算”,“⊕”表示异或运算;
多项式U(m) 每次并行运算8位,生产32位CRC检验码,因此,取p=8,l=31,p表示输入信息码序列位数,根据(1)式可知:当j=0,1,2,4,5,7,8,10,11,12,16,22,23,26时, ,则(2)式简化为:
步骤32,根据文件中的关键字,文件头的内容主要包括32个字节的文件名字、2个字节的文件大小、和4个字节的校验码,以文件名字作为关键字索引,文件名字不可重名,设定一个以文件名字和数据存储地址之间的一种映射关系函数为:file_name=Fun(key,S),其中,file_name表示文件名字,Fun(key,S)表示文件内容的映射函数关系,key表示要查找的关键词,S表示每一个16进制数据的累加求和,即要查找的内容在文件中的地址;只要查找到key所在位置,根据关系函数我们就能检索到文件名;
步骤33,根据file_crc=Fun(key+2),其中,file_crc表示文件生成的CRC校验码,Fun(key+2) 表示要查找的关键词加上2个字节后的地址所在的内容,key表示要查找的关键词,查找到相应存储区域的文件CRC校验码;
以MAC地址作为关键字索引,MAC地址代表唯一的线路保护测控装置地址,MAC地址和内存地址之间的映射关系为:Mac_ADDR=Fun(key),其中,Mac_ADDR表示根据映射关系函数查找的关键词在文件中的地址,Fun(key)表示要查找的关键词通过映射函数的地址所在的内容,通过PC侧发送的升级配置文件报文,通过MAC地址和内存地址之间的映射关系,迅速从报文中解析出MAC_ADDR,然后,开始启动配置文件的传输,直到所有报文到交互结束;
步骤4,CPU模件向HMI液晶面板发送响应报文,响应报文包括报文头、长度、控制域、帧计数器、源地址、目的地址、代码域、命令、校验和、结束符,按照此格式,CPU模件将本地存储的最新的配置文件发送到HMI液晶面板中,HMI液晶面板启动升级配置文件程序流程,检查状态机中的最新配置文件是否都成功写入到本地存储器中,并更新最新的配置文件的CRC校验码、以及更新配置文件标志;
步骤5,待HMI液晶面板将配置文件成功写入到本地存储器中,如果写入成功,HMI液晶面板将自动进行软复位操作,否则,再次进入升级配置文件操作流程中,待HMI液晶面板进行软复位后,HMI液晶面板重新执行boot程序的初始化操作,初始化操作包括对液晶的初始化、本地存储器的更新,以及跳转到液晶面板的主程序中,进行菜单界面的正常显示。
2.根据权利要求1所述线路保护测控装置自动校验配置文件方法,其特征在于:通讯协议采用私有规约,通讯的交互方式是主从问答式,在存储区域中,通过线性表的方式,将配置文件的CRC校验码、升级标志位、文件头的存储到指定的位置,通过PC侧客户端工具主从问答式的方式,通过TCP协议将数据包一帧一帧的进行传输。
3.根据权利要求2所述线路保护测控装置自动校验配置文件方法,其特征在于:接收到的数据包需要检验帧的长度、包固定字节的个数。
4.根据权利要求3所述线路保护测控装置自动校验配置文件方法,其特征在于:数据包检验检验不通过,需要重传。
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