CN112491137A - 一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备 - Google Patents
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Abstract
一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，包含主机和从机，主机负责从机的集中管理，从机实现现场设备的分散监控；其中主机为了方便完成不同协议的从机管理，主机中同时设置嵌入式工业主板，主机通过该主板实现104协议，并完成指定协议的转换，同时设置从机设备管理功能，实现多个从机的实时控制；从机的处理器可以实时转发来自主机的通信控制信息，实现对下级设备的控制。将二取二设计用于模拟电压采集，实现对模拟电压的安全采集。将硬件异构设计用于模拟电压采集，实现对模拟电压的安全采集。
Description
技术领域
本发明属于变电所技术领域，特别涉及一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备。
背景技术
变电所动环(动力环境)集中管理设备可以对变电所分布的动力设备和所内环境进行远程监控，实时监视系统和设备的运行状态，并作必要的遥控操作，实现变电所的少人、无人值守，以及电源、空调的集中监控维护管理，为机房的管理自动化、运行智能化和决策科学化提供有力的技术支持。
动环集中管理设备的本质是通过输入端直接采集或者通过通信口间接获取设备状态信息，设备的主控制器处理状态信息后，判断是否需要实施相应的动作，动作信号通过输出口直接或者通讯口间接控制设备的运行，以达到动力环境的实时监控的功能。
设备可通过RS485、开关量输入/输出等接口，实现采集现场设备运行状态、温湿度范围等，通过各环境量的监测，可以实现与其它设备进行联动控制，如温度升高，自动开启空调等。确保工作环境处于健康状态，为设备可靠运行提供有力保障。
现有动环集中管理设备采用集中控制系统结构，该方式存在风险集中的缺陷，且在实现大范围管理时，需要设置的接口数量增多，导致现场布线趋于复杂。此外，设备的可扩展性较差。
本发明针对上述缺点，本发明采用集中管理分散控制的方式，设置一个或者两个通讯主机加多个监控从机的形式，主从机之间通过网口通讯，避免风险集中，同时减少集中管理设备的接口数量，使现场连线缩短，方便布线，同时便于扩展系统规模。并支持常用电力通信协议IEC60870和IEC 61850协议，便于不同厂商之间的设备互联。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，具体方案如下：
一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，包含主机和从机，主机负责从机的集中管理，从机实现现场设备的分散监控；其中主机为了方便完成不同协议的从机管理，主机中同时设置嵌入式工业主板，主机通过该主板实现 104协议，并完成指定协议的转换，同时设置从机设备管理功能，实现多个从机的实时控制；从机的处理器可以实时转发来自主机的通信控制信息，实现对下级设备的控制。
进一步包括：其中为了保证可靠性，可以设置2个主机，从机按所需监控规模对应扩展。
进一步包括：其中主机的微型嵌入式主机同样采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II操作系统，多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以直接完成主机的多路I/O信号以及485设备的同时监控。
进一步包括：其中工业通信需要多个设备之间的信息共享和数据交换，各设备的接口协议不同时，异构网络之间的操作和信息交换难以进行，通过多协议转换器可以将不同接口设备组网,实现设备间的互操作；协议转换是一种映射，就是把某一协议的收发信息序列映射为另一协议的收发信息序列；需要映射的信息为重要信息，因此协议转换可以看作是两个协议的重要信息之间的映射，不同协议的转换通常选择OSI参考模型的第2层、第3层或2、3层之间来进行，主要是在软件层面进行转换；对于大型通信协议的转换，需要完成不同协议的建模与转换，因此选择增设高性能的嵌入式工业主板去实现不同协议之间的转换。
进一步包括：从机采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II操作系统，最多可以支持64个任务，分别对应优先级0～63，其中0为最高优先级，63为最低级，系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务，所有用户可以使用的任务数有56个；多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以通过多路485通信或者I/O口实现设备状态的实时采集及控制。
进一步包括：RS-485通信的逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示；接口信号电平比RS-232-C 降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与 TTL电路连接；同时RS-485的数据最高传输速率可达10Mbps，抗共模干能力增强，抗噪声干扰性好，最大传输距离可达3000米；RS485通信比较适合于变电所监控系统的信息交换，设计也相对简单，通常采用RS485模块，设计配套的通讯程序便可以实现485通信。
进一步包括：从机采用微型嵌入式主机，主要实现协议管理，完成不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如485、modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能具备可扩展和裁剪功能。
进一步包括：主从机的I/O均支持常用输入输出模式模式，其中输入低电平有效，输出为继电器，最大支持220V，10A交流电；继电器输出模式带有电压检测功能，通过内置特殊的交流电压检测机制可实时检测电路的接通状态，从而判定外部电路的接通情况；继电器输出方式可编程，可实现点按模式，开关模式，可方便用于实际电路控制。
进一步包括：主机采用微型嵌入式主机，上电后可快速实现对前端设备的管理，对于前端要求实时性较强的设备可避免控制延时，保障控制安全性。
进一步包括：主机主要实现以下功能：
(1)协议管理：实现不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如 485、modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能，具备可扩展和裁剪功能；
(2)网络通信：实现主机和从机之间的网络通信，外设8个RJ45网口，并设置调试口，方便功能调试；同时还支持交换机功能。
进一步包括：为了支持常用电力通信协议IEC60870和IEC61850，设置工控主机完成协议管理，用于实现电力通信协议之间的转换，同时实现视频流管理，并承担主要的界面及人机操作等内容。
进一步包括：主机的输出口之间相互隔离，可以实现远程控制与本地控制互不影响。
相对于现有技术，本发明可以：1、将二取二设计用于模拟电压采集，实现对模拟电压的安全采集。2、将硬件异构设计用于模拟电压采集，实现对模拟电压的安全采集。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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附图。
图1是本发明的集中管理设备；
图2是本发明的OSI参考模型。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
本专利设计的集中管理设备如图1所示。设备包含主机和从机，主机负责从机的集中管理，从机实现现场设备的分散监控。为了保证可靠性，可以设置 2个主机，从机按所需监控规模对应扩展。
1、从机的设计方案：
从机采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II操作系统，最多可以支持64个任务，分别对应优先级0～63，其中0为最高优先级，63为最低级，系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务，所有用户可以使用的任务数有56个。
多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以通过多路485通信或者I/O 口实现设备状态的实时采集及控制。
RS-485通信的逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。同时RS-485的数据最高传输速率可达10Mbps，抗共模干能力增强，抗噪声干扰性好，最大传输距离可达3000米。RS485通信比较适合于变电所监控系统的信息交换，设计也相对简单，通常采用RS485模块，设计配套的通讯程序便可以实现485通信。
主从机的I/O均支持常用输入输出模式模式，其中输入低电平有效，输出为继电器，最大支持220V，10A交流电。继电器输出模式带有电压检测功能，通过内置特殊的交流电压检测机制可实时检测电路的接通状态，从而判定外部电路的接通情况。继电器输出方式可编程，可实现点按模式，开关模式等，可方便用于实际电路控制。
从机的处理器可以实时转发来自主机的通信控制信息，实现对下级485设备的控制。
2、主机设计方案：
主机的微型嵌入式主机同样采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II 操作系统。多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以直接完成主机的多路I/O信号以及485设备的同时监控。
主机和从机的差别在于，为了方便完成不同协议的从机管理，主机中同时设置嵌入式工业主板。主机通过该主板实现104协议，并完成指定协议的转换，同时设置从机设备管理功能，实现多个从机的实时控制。
工业通信需要多个设备之间的信息共享和数据交换，各设备的接口协议不同时，异构网络之间的操作和信息交换难以进行，通过多协议转换器可以将不同接口设备组网,实现设备间的互操作。协议转换是一种映射，就是把某一协议的收发信息(或事件)序列映射为另一协议的收发信息序列。需要映射的信息为重要信息，因此协议转换可以看作是两个协议的重要信息之间的映射。
不同协议的转换通常选择在图2所示的OSI参考模型的第2层、第3层或 2、3层之间来进行，主要是在软件层面进行转换。对于大型通信协议的转换，需要完成不同协议的建模与转换，因此选择增设高性能的嵌入式工业主板去实现不同协议之间的转换。
主机采用微型嵌入式主机，上电后可快速实现对前端设备的管理，对于前端要求实时性较强的设备可避免控制延时，保障控制安全性。主要实现以下功能：
1、协议管理：实现不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如485、 modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能，具备可扩展和裁剪功能；
2、网络通信：实现主机和从机之间的网络通信，外设8个RJ45网口，并设置调试口，方便功能调试；同时还支持交换机功能。
为了支持常用电力通信协议IEC60870和IEC61850，设置工控主机完成协议管理，用于实现电力通信协议之间的转换，同时实现视频流管理，并承担主要的界面及人机操作等内容。
主机的输出口之间相互隔离，可以实现远程控制与本地控制互不影响。
从机采用微型嵌入式主机，主要实现协议管理，完成不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如485、modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能具备可扩展和裁剪功能。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，包含主机和从机，主机负责从机的集中管理，从机实现现场设备的分散监控；其中主机为了方便完成不同协议的从机管理，主机中同时设置嵌入式工业主板，主机通过该主板实现104协议，并完成指定协议的转换，同时设置从机设备管理功能，实现多个从机的实时控制；从机的处理器可以实时转发来自主机的通信控制信息，实现对下级设备的控制。
2.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：其中为了保证可靠性，可以设置2个主机，从机按所需监控规模对应扩展。
3.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：其中主机的微型嵌入式主机同样采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II操作系统，多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以直接完成主机的多路I/O信号以及485设备的同时监控。
4.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：其中工业通信需要多个设备之间的信息共享和数据交换，各设备的接口协议不同时，异构网络之间的操作和信息交换难以进行，通过多协议转换器可以将不同接口设备组网,实现设备间的互操作；协议转换是一种映射，就是把某一协议的收发信息序列映射为另一协议的收发信息序列；需要映射的信息为重要信息，因此协议转换可以看作是两个协议的重要信息之间的映射，不同协议的转换通常选择OSI参考模型的第2层、第3层或2、3层之间来进行，主要是在软件层面进行转换；对于大型通信协议的转换，需要完成不同协议的建模与转换，因此选择增设高性能的嵌入式工业主板去实现不同协议之间的转换。
5.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：从机采用ARM架构的嵌入式处理器，使用UC/OS-II操作系统，最多可以支持64个任务，分别对应优先级0～63，其中0为最高优先级，63为最低级，系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务，所有用户可以使用的任务数有56个；多任务处理的方式可以提高系统的实时性，可以通过多路485通信或者I/O口实现设备状态的实时采集及控制。
6.如权利要求5所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：RS-485通信的逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示；接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接；同时RS-485的数据最高传输速率可达10Mbps，抗共模干能力增强，抗噪声干扰性好，最大传输距离可达3000米；RS485通信比较适合于变电所监控系统的信息交换，设计也相对简单，通常采用RS485模块，设计配套的通讯程序便可以实现485通信。
7.如权利要求6所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：从机采用微型嵌入式主机，主要实现协议管理，完成不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如485、modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能具备可扩展和裁剪功能。
8.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：主从机的I/O均支持常用输入输出模式模式，其中输入低电平有效，输出为继电器，最大支持220V，10A交流电；继电器输出模式带有电压检测功能，通过内置特殊的交流电压检测机制可实时检测电路的接通状态，从而判定外部电路的接通情况；继电器输出方式可编程，可实现点按模式，开关模式，可方便用于实际电路控制。
9.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：主机采用微型嵌入式主机，上电后可快速实现对前端设备的管理，对于前端要求实时性较强的设备可避免控制延时，保障控制安全性。
10.如权利要求1所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：主机主要实现以下功能：
(1)协议管理：实现不同协议的转换，以兼容不同接口的监控设备，如485、modbus或其他指定协议，外围扩增4个独立的485通信口，8路带隔离的开关量输入和8路开关量输出，实现动环设备的监控功能，具备可扩展和裁剪功能；
(2)网络通信：实现主机和从机之间的网络通信，外设8个RJ45网口，并设置调试口，方便功能调试；同时还支持交换机功能。
11.如权利要求10所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：为了支持常用电力通信协议IEC60870和IEC61850，设置工控主机完成协议管理，用于实现电力通信协议之间的转换，同时实现视频流管理，并承担主要的界面及人机操作等内容。
12.如权利要求11所述的一种变电所辅助综合控制系统动环集中管理设备，进一步包括：主机的输出口之间相互隔离，可以实现远程控制与本地控制互不影响。
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