CN1595373A - 一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法及其装置 - Google Patents

一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法及其装置 Download PDF

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田文超
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张小波
田文超
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Abstract

本发明涉及一种电力系统中故障录波系统中故障录波数据的记录和存储的方法。一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法,其特征在于:故障录波系统中同时采用两个相互独立的故障录波数据记录和存储通道对故障录波采集到的数据进行同步记录和存储。本发明有效提高故障录波数据记录和存储的可靠性和故障录波数据的完好性。

Description

一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种电力系统中故障录波系统中故障录波数据的记录和存储的方法及其装置。
背景技术
投入运行的电力系统要求长期稳定地工作,但其涵盖的地域广泛,运行条件恶劣,包容的发电、输电及用电设备成千上万,在运行过程中其线路、设备不可避免要发生故障。故障发生后,工作人员需要详实的数据对故障原因的进行分析、判断并进行故障处理。因此故障录波是电力系统监测必须实现的一项重要工作。
故障录波的实质是长期工作的系统监测和数据采集系统,其主要功能是当被监测系统发生故障时,根据采集通道的数据变异判断出所监测对象已发生故障,并记录在故障发生前后几十毫秒到几秒中所监测的电流、电压、开关量等各监测对象的状态。鉴于故障录波的重要性,电力部颁发了《220~500KV电力系统故障动态记录技术准则》(DL/T553-94)和《220~500KV电力系统故障动态记录装置监测要求》(DL/T663-99),以及《微机型发电机变压器动态记录装置技术准则》(DL/T***-200*,报批稿),其中给出了针对故障录波系统及装置的各项技术指标和技术条件。
一旦电力系统中故障发生,故障录波系统须实时记录和存储故障录波数据,为事后故障的确认提供有力证据,并为故障的分析和处理提供信息和数据。现阶段故障录波系统和装置分为两种形式,集中式和分散式,集中式录波系统采用前置机、后台机结构,故障录波数据从前置机传送到后台机,由后台机以故障录波数据文件的形式保存到硬盘中,有的系统还将该文件在另一存储介质进行一次拷贝作为备份;分散式结构的故障录波系统是在故障发生时将故障录波数据从各分节点传送到主控节点,由主控节点进行统一存储。目前,故障录波系统中使用的存储介质均为计算机硬盘。由于录波系统处于长期无人看管运行状态,而这种基于硬盘的单一故障录波数据记录和存储通道通常是由数据发送设备或器件、传输介质、接收设备或器件、微处理器、硬盘和控制逻辑器件组成,一旦这个通道上的某个设备或器件失效,数据都将无法送达最后的存储介质保存,也无法进行拷贝备份,从而导致故障录波数据的丢失,产生不可挽回的后果。这种基于硬盘的单一记录和存储通道的故障录波技术实现简单,成本低,在现有的故障录波装置中得到普遍应用,但故障录波数据存储的可靠性不高,故障录波数据的丢失的现象常有发生。因此如何有效提高故障录波数据记录和存储的可靠性和故障录波数据的完好性是故障录波领域的关键技术问题。
发明内容
本发明的目在于提供一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法及其装置,它能有效提高故障录波数据记录和存储的可靠性和故障录波数据的完好性。
基本思路是:故障录波系统中同时采用两个相互独立并且结构和原理均不相同的故障录波数据记录和存储通道对故障录波数据进行同步记录和存储。为此,本发明提出了一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法及其装置,该方法包括:一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法,其特征是:该方法包括:1)在故障录波系统中设有两个相互独立且不相同的故障录波数据记录和存储通道,每个通道的存储媒介都具有非挥发性质;2)故障录波系统在运行时,微处理器系统将采集的数据保存在的数据缓冲区中,利用该缓冲区的数据进行实时故障判断;3)当判断有故障产生,微处理器系统将保存在的数据缓冲区的故障录波数据同时向两个相互独立故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2发送,进行同步存储。
具体说明如下:微处理器系统实现对录波数据的采集、暂存、计算和发送等功能。双通道包含故障数据记录和存储通道1和故障数据记录和存储通道2。故障数据记录和存储通道1采用常规存储介质:硬盘,故障数据记录和存储通道2的存储介质可采用CF卡或Flash ROM或铁电存储器及其等同的非挥发性存储媒介。故障数据记录和存储通道1的结构为:微处理器系统、双端口RAM、工控机、IDE接口、硬盘,正常工作时,数据流从前到后,最终保存在硬盘上。故障数据记录和存储通道2的结构为:微处理器系统、CF卡(Flash ROM或铁电存储器)并行总线接口、CF卡(Flash ROM或铁电存储器),数据流从前到后,最终保存在非易失性存储器中。两通道同时、独立、并行工作。
该方法包含如下具体步骤:a).微处理器系统首先将数据保存在静态存储器(数据缓冲区)中,然后利用静态存储器中保存的一定时间段内的数据对监控量进行故障判别,判断是否满足故障启动条件,若故障被判发生,保存故障数据起始地址、故障启动类型、启动通道信息、启动标志;
b).微处理器系统判断故障启动标志,若故障发生,则同时启动向故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2发送故障数据的任务;c).故障数据记录和存储通道1的记录和存储过程:微处理器系统将故障数据写入双端口RAM,并设置通信标志,工控机通过标准总线查询该通信标志,并接收故障数据,按照硬盘接口协议的要求,对硬盘进行寻道和写操作,将故障数据以文件的形式记录到磁盘上,并清除通信标志,等待后续的故障数据,当全部数据记录过程结束后,返回完成标志;d).故障数据记录和存储通道2的记录和存储过程:微处理器系统直接通过并行总线接口在非挥发性存储介质(CF卡、FLASH ROM、铁电存储器)中建立新的故障文件信息记录,并将静态存储器中的故障数据保存在预定的位置上,本次记录完成后,判断是否有后续数据,若有则循环以上数据记录和存储的过程,直至本次故障的数据全部记录完成,并返回完成标志;e).微处理器系统查询故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2给出的完成标志,清除相应的启动标志、故障启动类型、启动通道信息,回到步骤a)。
一种故障录波数构多通道同步记录和存储的装置,为前置机、后台机结构形式,前置机中采用数字信号处理系统DSP、16位模数转换器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash固态存储器以及大规模可编程逻辑阵列FPGA,前置机对要求监控的信号量的同步采样,后台机为PC工控机;前置机完成数据采集、在线故障判断、并将故障录波数据通过双端口RAM和工控机的ISA总线传送到后台机,实现第一故障录波数据记录和存储通道;同时,在前置机的数字信号处理器DSP中添加Compact Flash接口控制电路和Compact Flash存储卡实现故障录波数据的本地同步记录和存储,Compact Flash卡上内置了ATA/IDE控制器,即第二故障录波数据记录和存储通道。
由于采用了双通道数据同步记录和存储方法,故障录波数据通过两个工作过程互相独立的故障录波数据记录和存储通道在两个不同的存储介质同步保存,每个通道采用独立控制器结构,各自独立运行,存储数据互为备份,有效地提高了故障录波数据记录的可靠性和录波数据的完好性。因此与传统的单一故障录波数据记录和存储通道的记录和存储方式相比,本发明提出的方法,从原理上能有效提高故障录波数据记录的可靠性和故障录波数据的完好性。
附图说明
图1为本发明实施例的故障录波数据双通道记录和存储的结构框图图2为本发明实施例中故障数据第一通道记录和存储的实现框图图3为本发明实施例中故障数据第二通道记录和存储的实现框图图4为本发明实施例中微处理器系统软件流程图具体实方式本发明提出的故障录波数据双通道同步记录和存储方法,所述故障录波数据记录和存储通道是指数据流完整通道,其含义为:由微处理器系统进行数据处理、数据传输、经通信总线,最终将数据存储到存储媒介上的数据流通道。存储媒介是指具有非挥发性质的数据存储介质(即系统断电,数据仍能保存),包括:硬盘、Compact Flash卡(CF卡)、FlashROM存储器、带掉电保护功能的静态存储器、铁电存储器以及其它非易失性存储介质。因此,本方法的具体实现形式依据具体录波系统和装置中所采用的数据流通道形式有关。
现针对典型的前置机、后台机结构的故障录波系统,给出一具体实施例实现录波数据双通道记录和存储,详细说明如下:如图1所示,本实施例中故障录波系统(即一种故障录波数构多通道同步记录和存储的装置)为前置机、后台机结构形式。前置机完成数据采集、在线故障判断、并将故障录波数据通过双端口RAM和工控机的ISA总线传送到后台机,实现第一故障录波数据记录和存储通道;同时,在前置机,利用Compact Flash卡(简称CF卡)实现故障录波数据的本地同步记录和存储,即第二故障录波数据记录和存储通道。后台机功能是接收前台机传送的故障录波数据,完成对数据的第一故障录波数据记录和存储通道,并对数据进行分析处理操作。
在本实施例中,前置机中的数据采集模块的核心为高速DSP(数字信号处理器)系统、16位模数转换器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash存储器以及大规模可编程逻辑阵列(FPGA)。通过上述部分的协调工作,前置机可实现对要求监控的信号量(包括开关量和模拟量)的同步采样,采样速率可达10KHz,并实现故障数据的非易失性本地存储。
后台机为PC工控机系统,DSP系统与PC工控机系统通过ISA总线相连。后台软件运行于Windows操作平台上,通过工控机VxD技术和前置机交换数据并将其存储在后台机的本地硬盘中。
本实施例系统实现了两个的故障录波数据记录和存储通道。
故障数据记录和存储通道1:如图2所示,故障数据记录和存储通道1的数据流通道为:数字信号处理器DSP从芯片静态存储器(SRAM)中取出故障数据,然后数字信号处理器DSP将故障数据送到双端口芯片DPRAM中保存,工控机VxD程序通过ISA接口从双口芯片RAM中将故障数据取出,工控机将故障数据进行格式转换,然后工控机将转换后的故障数据通过IDE接口以文件的形式存储到40G容量的硬盘中。
其中,数字信号处理器DSP采用TI公司出品的高性能TMS320C206,A/D采样芯片选用16位LTC1606,FPGA选用Actel公司的A42MX09,SRAM芯片型号为CY7C1041、双端口RAM芯片型号为CY7C024。FPGA的主要功能是协助DSP完成数据采样以及对SRAM和双端口RAM的读写操作。
故障数据记录和存储通道2:由于故障数据记录和存储通道1中存在易损耗部件,如硬盘(硬盘中存在旋转的机械部件,无故障时间较其他部件短),在长期无人值守的工作环境中,若发生部件失效将导致突发故障数据不能可靠存储。因此,在前置机内部实现基于Compact Flash卡的第二记录和存储通道。如图3所示。
其中数字信号处理器DSP、静态存储器、FPGA与故障数据记录和存储通道1中的数字信号处理器DSP、静态存储器、FPGA为同一器件,但添加了CF卡接口控制电路和CF存储卡设备。其中CF卡选择SANDISK的128MB的Compact Flash产品。CF卡上内置了ATA/IDE控制器,与硬盘相比,体积小,功耗小,而且由于没有电机和磁头等易损部件,可靠性更高。
故障数据记录和存储通道2的数据流通道为:数字信号处理器DSP从芯片静态存储器中取出故障数据,然后数字信号处理器DSP将故障数据进行存储前的预处理,数字信号处理器DSP根据CF卡的接口协议通过接口控制电路将故障数据以文件的形式存储到CF卡。
由上可知,DSP系统是故障数据记录和存储操作的发起者,一旦故障得以确认,暂存在静态存储器中的原始故障数据将被取出并发送到独立的两个故障数据记录和存储通道上。在硬件系统的支持下,该过程通过DSP系统的软件程序进行控制和实现。
程序流程如图4所示。详细说明如下:在中断服务程序中,信号数据中断进入,数字信号处理系统DSP首先将数据保存在静态存储器中,然后利用静态存储器中保存的一定时间段内的数据对监控量进行故障判别,判断是否满足故障启动条件,若为“否”时退出,若为“是”时故障被判发生,保存故障数据起始地址、故障启动类型、启动通道等信息,并置故障发生标志为1。
在DSP主程序中,数字信号处理系统DSP判断故障启动标志是否为1,若为“否”时进入多任务调度,若为“是”时将同时置故障数据记录和存储通道1与故障数据记录和存储通道2的任务标志为有效,任务的执行由数字信号处理系统DSP多任务调度模块控制。
在故障数据记录和存储通道1处理过程中,数字信号处理系统DSP检查双端口RAM状态是否为“空”,若为“空”,则根据记录的故障数据起始位置,将一部分故障数据从静态存储器转存到双端口RAM中,当填满一帧后,置双端口RAM状态为“满”,然后向工控机发送请求信号,工控机将数据读取后,置双端口RAM缓冲区为“空”标志,在此期间,数字信号处理系统DSP一直检查双端口RAM的状态标志,当双端口RAM为“空”后,将下一帧故障数据移入,直至所有的故障数据被工控机读走后,第一故障数据记录和存储通道的数据发送任务完成。工控机完成第一故障数据记录和存储通道的数据处理和存储任务。在故障数据记录和存储通道2的处理过程中,数字信号处理系统DSP对CF卡进行状态检查,若CF卡无错误和BUSY信息返回,表明可以向CF卡写入数据。一旦CF卡处于正常空闲状态时,数字信号处理系统DSP首先在CF卡中记录新故障录波文件的信息,然后与第一故障数据记录和存储通道的过程类似,数字信号处理系统DSP根据记录的故障数据起始位置,将SRAM中暂存的故障数据取出512字节(1簇为512字节),并将该512字节写入到指定的CF卡中的空闲簇中,并等待写入操作完成,CF卡恢复到空闲状态后,数字信号处理系统DSP启动下一512字节故障数据的存储操作,循环反复,直至所有的故障数据被存储到CF卡中。故障数据在CF卡上以文件的形式进行存储,因此,数字信号处理系统DSP应完成对CF卡中文件的创建、删除、读出、修改等功能。
由上可知,故障数据经过故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2分别保存在不同的存储媒介中(硬盘和CF卡)。至数字信号处理系统DSP起,两个故障数据记录和存储通道从通信通道到数据接收、缓存和存储控制最终到存储媒介都是相互独立的,并且两个故障数据记录和存储通道对每个故障录波数据的记录是同步进行的,两个记录的数据互为备份,因此利用两个相互独立的故障数据记录和存储通道对同一个故障录波数据进行同步记录和存储,提高了故障录波数据记录的可靠性,从而提高了故障录波数据的完好性。
为了说明和描述的目的,已经提供了本发明优选实施例的前面的描述。它不是详尽的或者限制本发明为揭露的精确的形式。

Claims (3)

1.一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法,其特征是:该方法包括:(1)在故障录波系统中设有两个相互独立且不相同的故障录波数据记录和存储通道,每个通道的存储媒介都具有非挥发性质;(2)故障录波系统在运行时,微处理器系统将采集的数据保存在的数据缓冲区中,利用该缓冲区的数据进行实时故障判断;(3)当判断有故障产生,微处理器系统将保存在的数据缓冲区的故障录波数据同时向两个相互独立故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2发送,进行同步存储。
2.根据权利要求1所述的一种故障录波数据双通道同步记录和存储的方法,其特征是:该方法包含:故障数据记录和存储通道1采用常规存储介质:硬盘,故障数据记录和存储通道2的存储介质可采用CF卡或Flash ROM或铁电存储器及其等同的非挥发性存储媒介,故障数据记录和存储通道1的结构为:微处理器系统、双端口RAM、工控机、IDE接口、硬盘,正常工作时,数据流从前到后,最终保存在硬盘上;故障数据记录和存储通道2的结构为:微处理器系统、并行总线接口、CF卡或Flash ROM或铁电存储器,数据流从前到后,最终保存在非易失性存储器中;具体步骤如下:a).微处理器系统首先将数据保存在静态存储器中,然后利用静态存储器中保存的一定时间段内的数据对监控量进行故障判别,判断是否满足故障启动条件,若故障被判发生,保存故障数据起始地址、故障启动类型、启动通道信息、启动标志;b).微处理器系统判断故障启动标志,若故障发生,则同时启动向故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2发送故障数据的任务;c).故障数据记录和存储通道1记录和存储过程:微处理器系统将故障数据写入双端口RAM,并设置通信标志,工控机通过标准总线查询该通信标志,并接收故障数据,按照硬盘接口协议的要求,对硬盘进行寻道和写操作,将故障数据以文件的形式记录到磁盘上,并清除通信标志,等待后续的故障数据,当全部数据记录过程结束后,返回完成标志;d).故障数据记录和存储通道2记录和存储过程:微处理器系统直接通过并行总线接口在非挥发性存储介质:CF卡或FLASH ROM或铁电存储器中建立新的故障文件信息记录,并将静态存储器中的故障数据保存在预定的位置上,本次记录完成后,判断是否有后续数据,若有则循环以上数据记录和存储的过程,直至本次故障的数据全部记录完成,并返回完成标志;e).微处理器系统查询故障数据记录和存储通道1、故障数据记录和存储通道2给出的完成标志,清除相应的启动标志、故障启动类型、启动通道信息,回到步骤a)。
3.一种故障录波数据双通道同步记录和存储的装置,为前置机、后台机结构形式,前置机中采用数字信号处理系统(DSP)、16位模数转换器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash存储器以及大规模可编程逻辑阵列(FPGA),后台机为PC工控机;前置机完成数据采集、在线故障判断、当监测到电力系统故障时,将故障录波数据通过双端口RAM和工控机的ISA总线传送到后台机,后台机将故障数据在本地硬盘上进行存储;其特征是:在前置机的数字信号处理器(DSP)中设有Compact Flash接口控制电路和Compact Flash存储卡,同时实现故障录波数据的本地同步记录和存储。
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