CN1143290A - 变电站通信处理设备 - Google Patents

Abstract

本通信处理设备包括共有17个端口的电子网络系统、四个为各自四个端口服务的四路通用异步收发装置和一个在所存储的控制程序、命令装定和命令逻辑控制下对数据流进行控制和处理的微处理器。端口中的IED端口上接智能电子装置，而主控端口上接远地终端装置、本地计算机、本地终端或与外部电话线连接的调制解调器。本设备还具有辅助数据库的缓冲存储器和长期存储器，以及同步所连接的装置的时钟的能力。

Description

变电站通信处理设备

本发明涉及用于电力线、断路器和变压器的保护系统。具体地说，本发明提出了一种主要用于变电站的通信处理设备，这种设备可以将与配置在变电站的各种保护装置和其他支持装置的通信以及这些装置之间的通信集成为一体。

通常，电力系统包括从发电装置拉出的高压(高于69千伏)输电线、一些变电站的及向用户送电的配电网(低于69千伏)和供电线。典型的电力系统包括一系列保护继电器和其他一些保护装置，它们监视电力系统的运行情况，确定系统中发生故障的时间和位置以及其他一些问题。保护继电器对断路装置进行控制。

历史上保护继电器是机械式的或机电式的，这种机电式的继电器至今仍在大量使用。然而，近来的保护继电器通常是以微处理器为基础的，一般称为数字或计算机继电器。这些计算机继电器通常记录大量的有关变电站电力线的信息，包括电力线上的电压和电流，以及与各种不正常(故障)情况有关的完整“事件”信息。这些信息存储在计算机继电器的存储器内。

继电器提供一些输出信号。在适当的时候，这些信号用来控制对电力线进行控制的断路器。存储在这种继电器内的信息可以发送给中央设施和/或通过打印机终端进行本地访问。全面的系统监视由通常称为SCADA(监控和数据采集)系统的执行。这种系统是众所周知的，已经广泛使用。

有一种改进设备称为保护远地终端装置(PRTU)，达到了在一个变电站的各种保护继电器和其他支持装置的某些通信集成。PRTU包括一个用于远地电话通信的调制解调器和用于基本通信的控制软件，能够处理来自几个不同的保护继电器的输入信息。PRTU具有简单的数据缓冲能力，以及一个用来连接一个终端、打印机或计算机的本地端口。另一种称为显示转换适配器(DTA)的改进装置可以提供从来自装有微处理器的保护继电器的数字信息得出的模拟输出信号。这有利于将保护系统与模拟的SCADA远地终端装置进行集成。这种系统可参见美国专利No.6,160,926，该专利授予本发明的同一受让人。

在另一种系统集成方法中，保护系统中的每个保护继电器或其他智能电子装置(IED)通过网路接口模块(NIM)接到一个通信网路总线上。每个NIM必需分别编程，以便检索、存信和分配IED信息。一个诸如带监视器的个人十算机那样的人机接口用来进行控制和监视。这种系统能够通过在变电站的一个远地终端装置与一个SCADA系统进行通信。还可以包括一个与远地网路装置通信所需的调制解调器。

现有的某些通信集成系统具有对出现在各端口数据缓冲器的任何数据按端口自动逐个扫描的能力。某些系统可能还根据与某个端口连接的继电器所发现的故障情况的指示直接对这个端口作出响应。某些终端装置具有额外的数据缓冲能力，使得这些终端装置可以通过一个常用的调制解调器与一个中央监视(SCADA)系统或计算机系统进行通信。在某些系统中，数据必需按ASCII格式重新格式化，以便给打印机使用。然而，其他一些装置对于从它们的端口所接收的数据又是完全透明的。

上述各种系统虽然在变电站层达到了某些通信集成，但仍不能处理从各端口所接收的信息，这些系统也没有数据库能力。这些缺点明显地限制了这些通信系统的性能。正是本发明的申请人认清了在变电站层次可能采取的改进通信集成的所有措施，从而开发了一种具有由于这些措施所得到的优点的设备。

因此，本发明是一种将一组配置在或从远地接到电力系统的一个诸如变电站那样给定地点的诸如保护继电器、仪表、终端装置、计算机之类具有数据通信能力的电子装置之间的通信集成为一体的通信处理设备。这种设备包括：一个具有包括至少一个可以与一个输入命令的装置连接的端口位置和至少一个用来输入由所述电子装置获得的数据的端口位置的一组可以分别与相应电子装置连接的端口位置的电子网路系统；一个用来存储和检索从所述电子装置得到的数据的装置；一个用来处理从所述电子装置得到的数据的装置；以及一个用来控制在所述端口之间的数据和控制命令的信息流的控制装置。

在本说明的附图中：

图1为一个示出具有代表性的变电站配置的方框图，在这变电站中配置了本发明所提出的通信处理设备；

图2为一个本发明所提出的通信处理设备的方框图；

图3为一个高层软件数据流程和命令图，示出了在本发明所提出的通信处理设备中数据流动的情况和操作控制过程；

图4为一个示出在本发明所提出的通信处理系统中的中断体系的中断等级表；

图5A至5C为图3所示的一个部分的软件流程图；以及

图6A至6B为图3所示的另一部分的软件流程图。

图1示出了一个简化了的电力系统变电站的配置。该变电站包括一对入站高压输电线10、12连接到变压器14的高压侧。在变压器1 4的低压侧接了一组配电线16、17、1 8、19。各输电线和各配电线分别配有一个相应的断路器15-15。每根高压线10、12都接着一对保护继电器(例如对于高压线10接的是继电器22、24)，而每根配电线都接着一个保护继电器(例如对于配电线16接的是继电器26)。继电器28和30分别接到变压器14的高压侧和低压侧。图1所示的这种继电器配置对于变电站来说是相当典型的。

在图1中所示的每个保护继电器各自有某组保护件(例如，一些接地件和一些距离件)，为与该继电器相应电力线提供所需的保护。然而，配电线上的继电器保护件组与高压线上的和变压器14两侧的继电器保护件组都不相同。

各继电器分别接到本发明的通信处理设备34的相应输入端口。除了与保护继电器连接的这些端口，下面称为IED(智能电子装置)端口，通信处理设备34通常至少还有一个接本地打印机36的端口和一个用来接收外部源发来的经调制或解调的IRIG(B)时间码的端口。其他分别接远地终端设备40、接诸如计算机42那样的本地用户终端和接与外部电话线44连接的调制解调器的这些端口下面称为主控端口。

在本实施例中，有16个后面板端口和一个接本地终端的前面板端口。对于电话线44，通信处理设备34可以配有一个内部调制解调器46，也可以使用一个连到处理设备的外部调制解调器。通常，通信处理设备34有许多(本实施例中为10至12个)可与诸如保护继电器或仪表之类的IED通信的端口，较少的与诸如计算机和远地终端之类设备连接、用来输入命令和/或输出数据的“主控端口”，以及少量(通常是一个)打印机适配端口。然而，可以理解，这16个后面板端口都可以用作IEO端口、主控端口或打印机端口(前面板端口是一个主控端口)，而哪个端口指定为IED端口、主控端口或打印机端口则可按用户方便而定。

应该指出，在通信处理设备34中端口的数量以及端口和各装置连接的具体安排都可按本发明的精神加以改变。因此，本发明并不局限于图1所示的持定端口数和/或安排方式，这只是示例性的。然而，图1确实示出了本发明所提出的通信处理设备的基本的综合功能，包括：可得到变电站各保护继电器的数据，控制所连接的各继电器和其他智能电子装置，提供从IRIG(B)时间码输入得到的同步时间信息，可通过调制解调器/电话线和远地监视系统通信和/或与另一个类似的通信处理系统通信，可向本地打印机提供信息，以及可接收本地或远地终端发来的输入命令。命令可以是在变电站通过本地终端或计算机42提供，也可以是来自远地终端设备40，或者是从电话线上送来。

还应该注意的是，这种通信处理设备34可以作为在某个变电站的一个独立设备进行运行，也可以是一个更复杂全面的监视系统(即SCADA系统)的一个部分。两个或更多个通信处理设备可以连接在一起，级联成一体，以在一个或多个变电站提供更为全面的综合功能。

图2示出了通信处理设备34的基本方框图。通信处理设备34有一个微处理器50。在本实施例中所用的微处理器是莫托罗拉的68332，当然也可以用功能差不多的其他微处理器。如下面将要说明的那样，微处理器50具有许多处理和控制功能，其中包括：对于每个端口进行的输入控制功能(例行程序)和消息产生功能(例行程序)，以及执行存在存储器中的实现总体数据流动和组织的各程序指令。这些指令存储在ROM存储器52中。图3示出了有关数据控制和数据流的高层软件流程图，下面将予以详细说明。

微处理器还包括一系列配置跨接器，用来建立一定的初始化条件，如前面板端口通信参量。这些跨接线集中地示为方框54。微处理器50还具有根据警报条件识别结果通过报警器56提供独立报警输出的能力。报警器56有一个发光二极管(LED)视觉指示器。

微处理器50通过标准电话线和调制解调器58与远地终端设备或其他系统进行通信。如上面所指出的那样，调制解调器58可以是就配在通信处理器本身内的，也可以是外加的。通信处理设备34还具有时间同步能力，如上所述。通信处理设备34通过一个后面板连接器接收一个可以是经调制的也可以是经解调的IRIG-B信号。如果这信号是经调制的，则在方框61解调。内跨接器60用来对输入的时间信号是经调制的还是经解调的进行识别。IRIG-B信号是众所周知的很容易识别的时间码信号，用来建立时间同步。

如果得不到外部的IRIG-B信号，那么由一个在通信处理设备34没接外电源时由电池64供电的内时钟/日历产生器62提供一个时间信号，对与各端口连接的装置进行时间同步。通常，内时钟62精确到每年误差不超过一分钟，而电池64的寿命为10年。IRIG-B时间信号(或内时钟时间信号)加到缓冲器63后，分配给与各端口连接的各个装置。本发明的通信处理设备34在单独一根电缆上既能进行数据通信，又能传输IRIG-B时间码。

微处理器50通过一组集中示为方框70的EIA-232(RS-232)串行口与各端口的装置进行数据通信，如上所述。在所示这个实施例中，总共有17个端口，即16个后面板端口和一个前面板端口。这个前面板端口通常是用来接位于该变电站的某个本地终端装置的。每个端口都配置了一个电平适配器(shifter)72，用来调整微处理器中所用的通常为1-5伏的TTL电压与适合EIA-232口的±12伏之间的电压电平的不匹配。

在电平适配器72和微理器50之间有四个四路通用异步收发器(QUART)。每个QUART可以为四个端口服务，因而总共有16个端口得到服务，而所示实施例中的前面板端口由微处理器50中的一个串行通信接口59服务。QUART是众所周知的商品化器件，可以从一些厂家(如Signetics公司)购得。因此，硬件通信在ROM存储器52和下面将予说明的其他存储器支持下在微处理器50和EIA-232串行口70之间进行，中间经过QUART74和电平适配器72。

在本实施例所示的通信处理设备34中，还为各端口70配置了收发指示LED76。这些LED排列在处理设备的前面板上。因此，操作人员就能知道是正在从与各端口连接的相应装置接收数据还是正在向相应装置发送数据。

从各装置接收的数据，如仪表数据、事件简要报告、目标数据、状态数据等，暂时存储(缓存)在随机存取存储器(RAM)78中。这包括对在各端口所接收的数据的本地暂存和经处理的数据的存储。对于长期存储来说，如保存事件的完整报告，使用高速存储器80，这也是一个RAM。高速存储器80是非易失的，因此在断电时，所存内容也不会丢失。

在所示实施例中，用电可擦可编程只读存储器(EEPROM)82来存储各种通过一个主控口提供给该设备的设置命令(设定)，包括各用户定义命令和执行这些命令的命令逻辑。因此，操作人员只需给出较为简短的命令，就能使处理设备进行各种重复或专用的操作。在所示实施例中，第一组命令设定(对每个端口来说)包括口配置和通信参数；第二组命令设定包括缓存控制，自动消息触发，对该端口的数据处理(分析)，对高速存储器的消息控制，以及用户消息存储。第三组命令设定包括对于整个设备的全局参数，中间逻辑变量，以及有关输出接触信号(下面将予说明)的输入设定。第四组命令是用于用户定义消息字符串的，用来补充或禁止规定的通信处理设备命令集。在所示实施例中，每个端口都具有识别多达8个用户定义命令的能力，当然这识别能力是可以加以改变的。

因此，本发明的通信处理设备34的特征是，由于在设备内提供了相当充分的数据库能力，可以具有完善的通信处理功能，所以全面地存储数据。这种通信处理设备34还具有直接通过接触输入端86接收来自各继电器的输入的能力。这些输入包括来自这些继电器的报警接触信号或继电器故障接触信号。输入可能还包括来自不具备数据通信能力的其他监视装置或具有辅助接触点的供电装置的接触信号。接口总线88将这些接触输入端与微处理器50相连。通信处理设备34还具有用来例如向断路器之类装置输出跳闸信号的接触输出端90。在本实施例中有16个接触输入端和4个接触输出端。图2还示出了提供通信处理设备34运行所需的各种电平电源92。

在运行中，本发明的通信处理设备34具有通过ASCII通信格式与各端口装置进行通信的能力。这些端口能用设置命令分别加以配置，以适合所连接的相应装置的特定通信参数，如波特率、数据的位数、停止位、奇偶校验、端口超时时间、通断控制等。如果通信处理设备34明确相应装置所要求的端口配置，这可以在自动配置基础上通过预先编程的指令来实现。与端口的通信也可以格式化成使得处理设备就端口到端口而言对于来自IED的信息是透明的，也就是说，来自IED的二进制信息可以直接输出给本地终端或通过调制解调器输出给远地终端。此外，处理设备34具有使所有与它的各端口连接的装置与给定日期和时间同步的能力，或者通过随着数据/消息通信一起向相应端口发送外部的IRIG(B)信号或者用内部产生的时钟信号来实现同步。因此，与各端口连接装置的通信十分灵便。这种设备的结构和处理能力可以支持与所有端口连接装置、与多个用户设备同时通信。所以通信处理设备34是一个多任务、多用户的设备。

图3是本发明的处理设备的高层软件设计流程图。这是基本设计文件，一个有经验的程序员可依此得出实现本发明的通信处理和控制功能的专用代码。图5A-5C和6A-6B分别示出了图3的一些具体部分的软件流程图。图3中的圆圈表示专用子程序，这些子程序以后还会较详细地加以说明，而靠近的平行实线表示数据存储器。实连接线表示数据流的路径，而虚连接线表示命令控制路径。

在所示实施例中的17个端口，每个端口都有一个相应的基本处理程序，称为端口任务或子程序。图3示出了两个端口的各子程序和数据存储器。无论在全局意义上还是在一个单独端口意义上，这代表了所有17个单独端口的软件操作和控制情况，因而也就示出了这种设备整体的情况。

图3示出了第一端口的端口任务或子程序100和第二端口的端口任务或子程序102。端口任务100是负责对与这端口任务有关的端口和与远端口连接的装置之间的数据传输进行处理和控制。如前面所述，本发明的通信处理设备总共有17个端口，其中16个端口由四个QUART服务。每个QUART为与这个QUART所连接的四个端口装置的每个装置的通信产生相应中断，发给微处理器50。

QUART为发自装置的输入通信和发至装置的输出通信产生不同的中断。微处理器50通过执行中断服务程序(ISR)为中断服务。以一个具体端口为例，ISR104控制对QUART所服务的一个端口的输入通信，而ISR138控制对同一端口的输出通信。相同的ISR控制对QUART的剩下这三个端口的输入/输出通信。通过输入ISR104接收的数据可以是ASCII格式的(如从终端或调制解调器来的输入命令)，也可以是二进制格式的(如从保护继电器IED来的数据)。ISR输入程序根据QUART发出的中断的顺序逐个读出进入的字符。这数据相应地或者存入ASCII缓冲存储器106，或者存入二进制缓冲存隼器108。消息检验程序110对正在进入的数据进行检验，确定数据流或消息是否终止。

此时，端口任务100占主导地位，与缓冲存储器106或108通信和接收消息检验器110发来的控制消息。对于来自某个IED端口的未经请求的输入消息或对由命令设定所确立的周期性或专用消息请求作出响应的输入消息，任务100将按照由命令设定所确定的各种预先确立的规则进行分析后加以处理，将这消息存入RAM数据库112中的缓冲存储器，或者，如果这消息是一个事件报告，就存入长期高速存储器114。

端口任务100在执行中通过命令流线对如前面所述那样预先安置在EEPROM中的设定或用户定义命令进行响应，这些设定或用户定义命令被记作处理设备按照EEPROM117中的指令执行的一个具体操作序列。一些设定可以设置或用来重复实现某些相应功能。这样一个没定将包括一个在什么时间由一个端口任务提出一个特定请求(例如每隔2秒)的“发布条件”，而这个设定的“命令状态”部则确立这个特定请求的目的，例如是从所连接的IED取得仪表数据或向主控端口发送消息。在满足为某个IED端口规定的发布条件时，“本地目标”区(图3中的141)中有一个标志位被置位，端口任务发现这标志位被置位后就接入这个IED发出数据请求的相应命令状态。这个数据请求按输出ISR138的操作通过发送缓冲存储器117转到这IED。在所请求的数据由IED提供时(通常在相当短的时间内)，端口任务100通过ISR104操作实现这个设定的确立数据分析状态的最后部分。

设备的日期和时间功能由时钟控制ISR130执行。这个ISR负责时钟维护、更新设备时钟和校准由于晶体而引起的时钟误差。如果有外界(经调制或经解调的)IRIG时间码，时钟控制ISR130就将这具体时间读入日期/时间存储器132。存储器132可接受端口任务程序100和一个运行命令逻辑及具有其他一些功能的周期性中断定时ISR118的访问。时钟控制ISR130还负责监视存储故障情况的RAM存储器。

图3还示出了高速仪表数据采集程序134，该程序在消息检验器116发现来自二进制缓冲存储器108的高速仪表数据后对此进行响应。快速仪表数据是从IED得到的二进制形式的原始电压和电流的采样值。通信处理设备34可以从这些数据计算出其他一些量，如电压和电流的相角等。然后，高速仪表数据存入数据库112。

图4示出了设备中各ISR之间的中断体系的等级。具有最高优先权的是时钟控制ISR，在本实施例中为每隔1.0毫秒左右进行一次。然后是前面板端口ISR、其他各端口ISR，最低的是周期中断定时(PIT)ISR，每隔3.9毫秒进行一次。各种中断都通过接收和传送字符启动。各中断程序首先要做的是读存储器中的中断寄存器，获得是哪个端口进行的中断、是发送中断还是接收中断的信息。然后，相应的ISR用接收或发送ISR程序完成所要求的动作。

以上已经对各端口ISR和时钟控制ISR的功能作了说明。周期中断定时(PIT)ISR除了象前面所指出的那样运行EEPROM中的命令逻辑、得出与具体用户定义命令对应的机器指令以外，还对在通信处理设备内的许多实时任务调度进行控制。它为串行ISR控制在本实施例中称为XON/XOFF的通断软件的操作，在一个端口要接收数据时启动相应端口任务，以及执行其他一些监视功能。PIT ISR118与设置在存储器中的局部(端口)目标(控制位)141以及全局(设备)目标143之间有数据交流。一个端口任务可以通过使存储器中的一个触发位144置位迫使PIT ISR118动作。

本设备还包括一个诊断任务程序124，这是一个对ROM、EEP-ROM和高速存储器以及电源进行监视的自测试程序。如果发生故障，这个任务就将状态位126置位。ROM的诊断测试在时钟控制ISR130内进行，如前面所述。端口任务(例如端口任务100)发现状态位126被置位后，将警报计数器128或与其有关的一个标志位置位一段时间。如果这个标志位被置位，警报控制器132就使一个警报接触点在这段时间内或长期闭合。

空任务139在设备接通时启动。这是一个使设备所有其他程序/任务初始化的子程序。

如上所述，处理设备的工作情况由为各端口所提供的这些命令设定(包括通过EEPROM中命令逻辑执行的用户定义命令)确定。在判明对于某端口装置的一个设定的发布条件部分时，局部目标标志141被置位，端口任务程序100通过输出ISR138的操作向与该端口连接的IED提出一个对由这个设定的命令状态部分规定的某些数据的请求。然后，继电器通常很快(在几秒钟或更短的时间内)发回所要求的数据。接收到的数据字符通过输入ISR104经缓冲存入设备后，由端口任务程序进行处理，再暂时存入RAM数据库112。如果判明输入是来自那些能提供原始电压和电流数据的继电器的高速仪表二进制数据，那么这信息由消息检验程序110加以识别，通过高速仪表程序106的处理后也存入RAM数据库。

重要的是应该理解每个端口都具有值得注意的相应处理能力，包括端口任务程序、串行输入和输出ISR、消息检验、ASCII和二进制输入缓存、发送缓存、高速仪表数据采集任务。端口任务具有与RAM、高速存储器和EEPROM进行数据通信的能力，对设置在存储器的各个局部和全局目标(控制位)区域中的标志进行响应。端口任务还具有通过使触发存储器144中的触发位置位而拒绝对某一位的正常逻辑的能力。有三个缓冲存储器与每个串行端口相应：一个ASCII接收缓冲存储器、一个二进制接收缓冲存储器和一个发送缓冲存储器。这些缓冲存储器用来在串行ISR(输入和输出)与端口任务之间进行数据传送。

与每个端口相关的是RAM存储器中的端口数据结构。在端口数据结构中有五个数据段用于设备内的过程内通信。其中：操作段指示具体端口任务的需执行的操作，类型段指示与本端口连接的装置的类型，模式段指示本端口当前是处于透明模式还是直接模式，请求方段在某些通信过程中用来指示其他哪个端口任务正在请求本端口的某个过程，而请求码段用来定义这请求的性质。

在每个端口结构中此外还有一些由串行和PIT ISR用来控制数据通信的标志和定时器。除了其他一些外，其中包括XON和XOFF标志，启动传输，传输完成和消息结束标志。输入缓冲存储器也在端口数据结构内。

根据接收命令的端口所识别的用户定义命令，已经存入数据库112的数据可以用一个相应命令进行检查，也可以对某个命令作出响应或自动地发送出任一端口或几个端口。还可以用一个映象命令来检查在一个端口数据库中数据的组织情况。接收命令的端口的输入ISR的输入控制一结束，就将一个位置位。端口任务100发现该位被置位后，从数据库112检索出所要求的数据。数据按所要发向的装置相应格式化后，通过发送ISR138发向所选择的本地终端或再经电话线发向远地终端设备。

所发送的信息，如上面简略提到的那样，已由端口任务先前在从一个诸如IED那样的端口装置接收时处理过了。这个处理过程称为分析。从IED输入的数据按照一定规则进行分析。分析基本上设计成使数据的有效元或字节长度成为最小。这样，由于允许其他装置请求和得到的只是它们需要的专用数据，因此为这些装置减轻了通信和处理的负担。分析可用各种常用的方法实现，其中包括：只保存整数(ASCII整数)，保存整数和任何小数(ASCII浮点数)，保存字符串中的所有整数和字符以及一个最高有效/最低有效字节排列。当然也可以采用其他类型的分析。

根据命令或请求消息从IED端口进入通信处理设备的数据称为征求性数据。如上所述，这些消息可以分析后存入数据库112。从端口装置接收的另一种消息是非征求性消息，也就是未经请求而直接送到它的相应端口的数据。这些非征求性消息包括来自本地或远地DC的命令，以及由IED装置自动发送的报告保护继电器IED所识别的特定动作情况和状态的消息。这一些包括事件报告总结，状态报告，以及指示某个继电器的组设置改变情况的组设置切换报告。非征求性命令消息可以是通信处理设备受特意编程进行识别的消息，也可以是使那些由命令逻辑用来实现所要求的机器功能的控制位置位的用户定义命令。

除了上述这些以外，在本设备中还运行其他一些重要的处理程序。例如，处理由XON和XOFF字符启动和终止。当在某个端口的输入ASCII数据流中接收到这样一个字符时，这个字符并不进入ASCII缓冲存储器，而是使一个用来允许或禁止发送ISR的相应标志置位。在所示实施例中，如果一个输入缓冲存储器(无论是二进位的还是ASCII的)超过了其容量的75％，XOFF标志就被置位。发送ISR读出这个标志后，将一个XOFF字符插入它的输出数据流。其次，当检测到输入缓冲存储器已经跌到低于25％的容量时，XON就被置位。发送ISR读出这个标志后，将一个XON字符插入它的输出数据流。一旦一个XOFF标志被一个ISR识别出来，这个ISR接着要发送的唯一有效字符是一个XON或XOFF字符。不那样的正常传输受到禁止。

此外，在本实施例中，当接收缓冲存储器(ASCII或二进制的)超过总容量的50％时，或者在60毫秒左右以上的时间内还没有接收到字符时，相应端口任务，例如端口任务100，由周期中断定时ISR启动。这是通过将该端口的端口结构的操作段中的一个字符接收位置位来实现的。

通常，一个IED将只向它的相应端口进行发送。然而，如果这个端口处在透明模式，则这个IED将向在它自己的端口数据结构的请求方段中所规定的一个不同端口发送数据。为了启动这种向不同端口进行数据发送，发请求的端口任务将消息信息写入所请求的端口的端口结构，再将这个具体端口的启动发送标志置位。当检测到这个标志时，这个端口的发送ISR得到允许。当发送ISR检测到所要求的数据结束时，将发送完成位置位，于是在启动的端口任务的端口数据结构的操作段中发送完成操作位被置位。

每当在某个端口接收到一个字符时，周期中断定时ISR就将与这个端口任务相应的超时定时器复位。如果时间已用完，则通过将这个端口的端口结构的操作段内的端口超时位置位，重新启动这个端口任务。于是，处在透明模式的端口利用这超时位启动终止透明模式，而主控端口利用它作为一个退出命令。

如图3所示和以上所述，各个端口任务能相互进行通信。这是必需的，其理由包括为了实现下列功能：端口复位，设定改变，透明模式启动，透明模式终止，自动波特操作，以及自动配置操作。在端口复位操作中，请求改变的端口任务将其他端口的端口结构的操作段内的端口复位位置位和将请求方段置位。接收端口任务必需对它的配置重新初始化。然而只要是在复位这是被禁止的。复位完成后再通知初始化端口任务。

在改变对某个端口任务的设定(从而请求一个不同的发布条件或不同的数据)时，这个过程必需加以控制，以防在其他端口任务中同时有所改变。然而，受到影响的每个端口任务，必需都知道改变情况。执行改变设定的端口任务向受到影响的端口的端口任务和高速仪表任务分别设置一个标志，防止这些任务主动地使用设定。一旦设定改变完成，立即清除这些标本。

如前面所指出的那样，本通信处理设备中的各个端口既可以工作在“透明模式”也可以工作在普通模式。在透明模式，数据不经任何处理通过通信处理设备，因此通信处理设备对数据是透明的。主控端口可以根据接收到的命令启动透明模式的通信。首先验证要进入透明模式的具体端口，然后将这个端口的端口结构的操作段内的请求位设置为透明模式。如果一个所请求的端口能进入透明模式，它必需也将这主控端口的端口结构的操作段内的一个透明模式启动位置位。

为了终止透明模式，主控端口将透明端口的端口结构的操作段内的透明模式终止位置位，再设置这个端口的端口事件。从属端口识别出这个操作后，立即将发请求的端口的端口结构的操作段内的透明模式终止位置位，清除它自己的端口结构内的请求段。

图5和6示出了端口任务100和PIT ISR功能的概括流程图，以简化形式巩固以上提供的信息。端口任务一般是事件驱动的，而PIT ISR是每隔3.9毫秒进行一次，如前面所述。

通信处理设备的工作情况是以一个保护继电器接到一个IED端口上为例进行说明的。首先，将这保护继电器接到一个所选定的IED后面板端口上。一个终端或计算机通常接到前面板端口上。来自前面板端口终端的初始命令设定产生与特定IED通信的正确格式化数据。在某些情况下，如果这特定IED是一个具体已知的装置，则端口的自动配置是可行的。否则必需按所连接的装置规定专用的波特率、数据位、停止位等参数。可适应的波特率的范围很广(按照端口配置情况可以高达38，400)。XON和XOFF“握手”联络方式用来启动和终止通信。

在这个端口配置过程后，可以进行在一个用户(如终端、计算机或远地设备)与所连接的IED装置之间收发消息的数据通信。可以确立在某些时间从所连接的IED请求一定数据的设定。可以自动、周期地或一次性地进行数据获取。还规定了数据处理的分析规则。确立了具体端口的各用户定义命令，以便由设备中的命令逻辑加以使用。如果在时间上发布条件(周期性的、在特定时间、特定日期等)满足，端口任务就向发送缓冲存储器提供一个对在设定的命令状态部中所规定的数据的请求，然后通过所要求的端口的输出ISR发送给继电器。

继电器将在很短的一段时间内作出响应，在发布条件的间隙提供例如仪表数据。数据通过输入ISR进入，如果是二进制码的高速仪表数据，则数据加到二进制缓冲存储器，由高速仪表数据采集任务处理后存入数据库。如果数据不是高速仪表数据，则这数据由端口任务处理(分析)后存入RAM数据库。如果数据是一个事件报告或其他要求长期存储的数据，则可以存入高速存储器。数据库中的数据可由端口任务加以选择，从数据库中检索出来，通过一个选定端口自动或一次性地提供给一个本地终端或远地终端，在那里按需要对数据进行检查或分析。

因此，上面所说明的电力系统的多端口通信处理设备能够实现各种智能型电子装置，如保护继电器等，之间的多任务、多用户通信处理，从而使得一个电力系统的变电站具备理想的通信集成能力。这种通信处理设备具有配置各个端口的通信参数以适应所选定的分别接到各端口上的相应装置的参数的能力，具有存储数据的数据库能力，还具有处理数据的通信处理能力。

虽然以上揭示了本发明的一个优选实施例，但这只是示例性的。应该理解，在这样的实施例基础上可以进行种种变动、修改和替代，这并不背离以下权利要求所阐明的本发明的精神实质。

Claims (25)

1.一种将一组配置在或从远地接到电力系统的一个诸如变电站那样给定地点的诸如保护继电器、仪表、终端装置、计算机之类具有数据通信能力的电子装置之间的通信集成为一体的通信处理设备，所述设备包括：

一个具有一组可以分别与相应电子装置连接的端口位置的电子网路系统，这组端口位置包括至少一个可以与一个输入控制命令的装置连接的端口位置和至少一个用来输入由所述电子装置获得的数据的端口位置；

一个用来存储和检索从所述电子装置得到的数据的装置；

一个用来处理从所述电子装置得到的数据的装置；以及

一个用来控制在所述设备内和所述端口之间的数据和控制命令的信息流的控制装置。

2.一种如权利要求1中所述的设备，其中，与保护继电器或仪表连接的端口标识为IED端口，而与终端或调制解调装置连接的端口标识为主控端口，所述设备包括至少一个主控端口和至少六个IED端口。

3.一种如权利要求2中所述的设备，其中，所述设备还包括一个可以与一个打印机连接的端口，用来打印出从所述IED端口得到的数据。

4.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来配置各端口的通信参数的装置，以便各端口与所连接的相应装置之间可以正常进行数据通信。

5.一种如权利要求4中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来为所选定的装置自动配置端口的装置。

6.一种如权利要求4中所述的设备，其中，所述通信参数包括波特率、数据位的位数、停止位和奇偶校验位。

7.一种在如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一组各自为相应一组端口服务的四口通用异步收发装置，用来在分别与相应端口分别连接的各装置与所述通信处理设备之间输入/输出数据。

8.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备对命令设定，包括用户定义命令，进行响应，实现与所述命令设定和用户定义命令相应的专用功能。

9.一种如权利要求8中所述的设备，其中，所述设备还包括一个对一个具体端口的一个命令设定进行响应而自动向所述具体端口提出请求和从所述具体端口得到数据的装置。

10.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一组用来分别接收来自相应保护继电器的信号的接触输入装置和一组用来分别提供相应输出信号的接触输出装置。

11.一种如权利要求10中所述的设备，其中，所述输出信号中至少有一个输出信号是一个报警信号。

12.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来为各个与所述端口连接的装置提供同步时钟的时间信息的装置。

13.一种如权利要求12中所述的设备，其中，所述时间信息的源是一个外部产生的IRIG-B时间码信号。

14.一种如权利要求12中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来产生所述时间信息的内部时钟。

15.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来使所述设备对从一个端口接收的数据透明的装置。

16.一种如权利要求15中所述的设备，其中，所述设备可以同时对来自多于一个端口的数据透明。

17.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个可以与外部电话线连接的内部调制解调器，用来向远地传输经选择的数据。

18.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一些分别与各端口对应的缓冲存储器。

19.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来暂时存储从各端口收到后经分析处理所得到的数据的装置。

20.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来存储经选择的数据的长期非易失存储器。

21.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括每个端口的缓冲存储装置，用来分开存储二进制格式数据和ASCII格式数据。

22.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述设备还包括一个用来处理和存储来自IED装置的高速仪表二进制数据的装置。

23.一种如权利要求1中所述的设备，其中，所述数据处理装置包括一个用来按照所选规则分析所接收的数据的装置。

24.一种如权利要求23中所述的设备，其中，所述这组规则是预先建立的。

25.一种如权利要求23中所述的设备，其中，所述这组规则是由操作人员规定的。

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