CN202050293U - 一种负荷控制采集终端 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种负荷采集控制终端，通过中央处理器对下行不同终端的数据采集、统计、分析，经过上行通道传输，实现与远调中心的通迅；通过数据FLASH、程序FLASH、镜像FLASH、定值EPROM完成对数据的记录与备份；通过管理模块完成统计、分析、传输与备份；通过控制模块，实现对负荷的投切控制。本实用新型的技术效果在于，根据负荷配额曲线，优先级，实时数据，经分析后对负荷进行投切控制。具有数据采集、分析、存储和传输的功能。能提供现场运行状态、曲线，并进行分析、统计、控制。双CPU冗余配置；多个上行通道可同时传输数据；并能在厂站级查看数据。可对每条负载进行调控、监测、告警等，并能保存历史数据。

Description

一种负荷控制采集终端
技术领域
本实用新型涉及一种负荷控制采集终端。
背景技术
目前，负荷控制采集终端在国外有很多较先进的产品，但由于其面板操作较复杂，技术实现上与国内有所差异，加之价格昂贵，所以不完全适合我国配电网的现状和要求。而国内同类的产品，虽然都具备用电现场负荷控制的功能，但普遍存在以下问题：
(1)在电表采集规约方面，不同厂家生产的电表，其采集规约也完全不同。目前我国多数负控控制终端一般只支持一种负控规约，而全国各不同省份之间，其采集规约并不相同，故不能兼容不同省份使用。同一套负控终端，当换一个省份安装使用时，必须重新烧录内存芯片。
(2)数据通信方面，由于现有的负荷控制采集终端不支持多通道、多种通信方式，因此难以实现遥信、遥控等远程控制功能。
(3)负荷控制采集终端为同时实现电表采集、负荷控制、液晶显示和遥信报警等功能，又达到实时性要求，大多数负控系统采用多线程或多进程方式来实现。这就存在线程或进程间的参数、信息传递的问题。这些方法实时性较差，消息容易丢失，且难以传递信息量大的数据，影响了系统性能。
(4)由于不同用电现场使用的电表不同，所需采集的数据量和数据种类也需根据现场实际设定，大多数负控系统没有提供灵活的采集配置功能，在安装时都需要专业的技术人员进行复杂的初始化设置工作，甚至一些厂家的产品在用电现场安装设置时因电表配置问题而需要升级程序。
(5)无厂站级信息传输，用户自己不能直观的了解实际运行情况。
(6)不能保存历史数据，从而使电力部门缺乏分析，比较的依据。
实用新型内容
为了解决现有负荷控制采集终端通用性差、使用不便、不能有效采集及传递多种数据且可靠性不足的技术问题，本实用新型提供一种通用性较好、使用方便、可采集及传递多种数据且可靠性较好的一种负荷控制采集终端。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种负荷控制采集终端，包括中央处理器、存储器、暂存器、上行通信模块、数据采集模块、投切控制模块、人机接口和时钟电路模块，还包括FPGA，所述的中央处理器、存储器、暂存器、上行通信模块、数据采集模块、投切控制模块、人机接口和时钟电路模块分别与FPGA通信连接。
所述的一种负荷控制采集终端，还包括定值EEPROM，所述的定值EEPROM与FPGA通信连接。
所述的一种负荷控制采集终端，所述的中央处理器为ARM和DSP双CPU结构。
所述的一种负荷控制采集终端，所述的存储器包括用于存储运行程序的程序FLASH、用于存储数据的数据FLASH和用于备份数据的镜像FLASH，所述的程序FLASH、数据FLASH和镜像FLASH分别与FPGA通信连接。
所述的一种负荷控制采集终端，所述的暂存器为铁电存储器。
所述的一种负荷控制采集终端，所述的上行通信模块包括以太网接口模块、CDMA/GPRS接口模块、PSTN接口模块和光纤接口模块。
本实用新型的技术效果在于，采用双核CPU，并以FPGA作为逻辑控制及数据加密/解密处理的电路，同时设有大容量并相对独立的存储器，多个通信通道，以可靠性好的铁电存储器即FRAM作为暂存器，使本实用新型具有数据采集、分析、存储和传输的完整数据处理功能，能提供现场运行状态，查看运行曲线，并进行分析、统计、控制，双CPU冗余配置互为热备份以保证运行的可靠性，多个上行通信模块可同时以各种不同方式传输数据，并能在电厂站一级直接查看数据，了解实时运行状态，可实现对每条负载进行调控、监测、告警等，同时能保存历史数据以便查阅。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构框图。
具体实施方式
参见图1，FPGA即现场可编程门阵列，具有可靠性高、速度快、加密性好、功能定制简单等特点，采用其来作为逻辑控制及数据加密/解密处理的电路，分别与中央处理器、存储器、暂存器、上行通信模块、数据采集模块、投切控制模块、人机接口、时钟电路模块和定值EEPROM通信连接。
本实用新型中，RAM相当于计算机的内存，用于变量数据的暂存。RAM用于存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序，其读写速度快，在高速系统中，程序运行前需要从低速的FLASH中将数据拷贝到RAM中再运行，同时程序运行中的变量也保存在RAM中
本实用新型中投切控制模块主要用于断路器的合闸与分闸，起到投入与切除负荷线路的作用。根据预定策略或主站命令，实行功控，厂休控，营业报停控、当前功率下浮控，购电控等多种控制功能。控制继电器输出，告警继电器输出。
数据采集模块主要通过现场总线，将分布的负荷测量终端，如电能表、开关等的数据采集回来，其支持的方式有RS-485总线，CAN总线，光纤等现场采集三相电流，三相电压，有功功率，无功功率，功率因数，状态量采集，脉冲量采集等
本实用新型上用于人操作与查看的部分叫做人机接口，如显示、按健，主要用于人与机器的互动操作，即装置上的显示与按键。
本实用新型所设置的定值EEPROM中可预先设置16组分时功率控制参数及负载优先级设定，以根据实时的负荷情况作出投切控制，而现有终端不具备定值EEPROM，只能通过调度中心来对负荷进行投切控制。
本实用新型中，中央处理器采用TI公司的ARM+DSP双CPU结构的中央处理器芯片，ARM擅长于数据管理，而DSP擅长于数据运算处理，通过两者的整合，使整机性能达到高效和平衡。而且两CPU能互相监视，一旦其中一个CPU出现故障时，另一CPU能接管其的部分功能，以保证整个系统的稳定运行。而现有终端只有一个ARM芯片，只能用于简单的数据上传下达。
本实用新型的存储器采用程序与数据存储器分开的结构，同时还设计有大容量的镜像存储器，程序存储器、数据存储器和镜像存储器均采用FLASH芯片，程序FLASH仅在升级时才开放写操作，其它时间写允许是关闭的。当终端出现非意料的故障时，不会造成程序的改写，当故障恢复时，终端可以正常继续运行。数据FLASH设有多个备份，可以自动通过一定的算法将数据恢复。镜像FLASH能自动定期对运行数据进行镜像备份。同时安全记录存储器具有黑闸子功能，会对终端的运行状态进行记录，如用户访问终端等，并且此记录不能被用户删除，只能系统智能地将过期数据覆盖。而现有终端仅采用一片FLASH芯片用于保存程序及数据，当出现故障时，程序容易被改写，造成终端瘫痪，必须返厂维修。
本实用新型采用铁电存储器即FRAM作为重要临时数据的暂存器，铁电存储器具有存储速度快、数据容量大、擦写次数无限、掉电可保存数据十年以上等优点。保证重要的实时数据不会因为掉电而丢失。现有终端采用电池+RAM或是EEPROM的方式保存数据，由于电池容量及电池寿命问题，造成数据保存的不稳定，同时由于EEPROM写入速度慢，写入次数有限，只有在检测到掉电时才对重要数据进行保存，电路易出现失效而造成数据丢失。
本终端具有多个上行通道，包括以太网接口、CDMA/GPRS接口、PSTN接口、光纤接口。各通道可以同时工作，在一个通道数据出现故障或阻塞时，数据可以通过其它通道传递。数据不仅能与调度主站进行数据交换，同时可与厂站级主计算机通讯，并具有各自的数据访问权限。现有终端只有一种上行通信接口，不具有互备功能。也不支持多主机的接入，更没有多权限的访问控制。
同时本实用新型可以对现有的测量/计量仪表进行数据采集，并对采集到的数据进行分析、统计，并根据上级下发的配额定值曲线，结合用户设定的负载优先级进行智能投切控制。同时还可产生各种报表及运行曲线图，可查看到线损、变损、电压变化、负载变化、电能统计、历史记录等多种运行数据。现有的负荷控制采集终端只是起到单一的上传下达的作用，仅对测量仪表进行数据采集并上传至服务器，不具有分析、统计、智能控制功能。
本实用新型具有协议解析转换功能，虽然下端采集数据具有多种协议，但上传的数据经协议解析转换后，生成为统一的数据协议(61850协议)。上行的数据经AES数据加密处理后传输，有效防止数据截获、破解。协议转换由CPU完成，AES加密/解密由FPGA完成，分别发挥CPU应用灵活，FPGA高速高效的优势。原有的终端不具有协议解析功能，只能做简单的数据采集上传，上行的数据采用明码传输(DL645)，容易被攻击及破解。
本实用新型可支持各种采集仪表的通讯协议，各种不同的协议可以同时运行，并可将采集到的数据进行解析，获取有效数据并重新组帧(IEC61850)；采用文件的方式对各协议进行管理，增加新的协议只需要添加一个协议文件即可，文件可通过各数据接口，如以太网、U盘、SD卡等快速升级。且也设置了对文件的处理有相关的权限证验，未经授权用户不能增加、删除文件，以确保安全运行。原有的终端能支持的协议有限，新增加一个协议需要对源代码重新编译，然后重新烧写程序。程序的更新不具有权限证验，升级采用通用的工具，容易被未授权用户修改或损坏代码。
本实用新型ARM运行LINUX操作系统，DSP运行UCOS实时操作系统，LINUX为开放式操作系统，其安全性高，通用性好，运行稳定，多种工业系统均使用LINUX操作系统。UCOS为实时多任务操作系统，其主要优势为实时、稳定，而现有终端不用操作系统，或是仅有简单的操作系统。

Claims (6)

1.一种负荷控制采集终端，包括中央处理器、存储器、暂存器、上行通信模块、数据采集模块、投切控制模块、人机接口和时钟电路模块，其特征在于，还包括FPGA，所述的中央处理器、存储器、暂存器、上行通信模块、数据采集模块、投切控制模块、人机接口和时钟电路模块分别与FPGA通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种负荷控制采集终端，其特征在于，还包括定值EEPROM，所述的定值EEPROM与FPGA通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种负荷控制采集终端，其特征在于，所述的中央处理器为ARM和DSP双CPU结构。
4.根据权利要求1所述的一种负荷控制采集终端，其特征在于，所述的存储器包括用于存储运行程序的程序FLASH、用于存储数据的数据FLASH和用于备份数据的镜像FLASH，所述的程序FLASH、数据FLASH和镜像FLASH分别与FPGA通信连接。
5.根据权利要求1所述的一种负荷控制采集终端，其特征在于，所述的暂存器为铁电存储器。
6.根据权利要求1所述的一种负荷控制采集终端，其特征在于，所述的上行通信模块包括以太网接口模块、CDMA/GPRS接口模块、PSTN接口模块和光纤接口模块。
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