CN202995381U - 数字化变电站采集控制一体化的装置 - Google Patents

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徐卫峰
赵刚
郝勇生
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Abstract

数字化变电站采集控制一体化的装置，包含CPU插件、电源插件和智能I/O插件，其中CPU插件包含集成DSP功能的微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、热电阻输入、模拟量输入、模拟量输出和串口通信插件，开关量输入、热电阻输入、模拟量输入以硬接线方式接入智能I/O插件，智能仪表或传感器通过串口通信方式接入串口通信插件，智能I/O插件采集的数据经装置内部CAN总线传输至CPU插件；上位机通过站控层网络连接到CPU插件的物理层芯片和以太网控制器，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU 芯片，CPU处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。

Description

数字化变电站采集控制一体化的装置
技术领域
本实用新型涉及一种采集、控制一体化的装置，用于数字化变电站中有自动控制、联锁控制需求的各类应用，比如温度自动控制、风机联锁等。
背景技术
常规的变电站内对辅助及环境系统只有就地信号采集，通过硬接线将少量信号送到变电站后台；并且只能实现简单的继电器单体控制，或硬接线实现的简单联锁功能。即使是使用装置实现的，也多是提供简单的串行通信功能，不能很好的和变电站综合自动化系统融合。
由于数字化变电站的不断推广，常规的变电站辅助系统及环境系统的采集控制方式已经不能满足数字化变电站对信息互通、一体化等高级要求，同时新的数字化站对节能环保也提出更高的要求。因此需要一种新的装置，能够完成对辅助设施及环境数据的采集控制，并能够通过IEC61850将数据上送后台，完成和变电站后台的无缝连接；要求能够自动控制通风、供暖、照明等站内辅助及环境系统，以实现变电站安全、节能的运行；同时还要求辅助设施之间数据互通，以实现消防联动、安防报警、门禁联锁等功能。
实用新型内容
本实用新型的目的是：为解决上述提出的数字化变电站的新要求，设计了一种基于图形化的可配置软硬件、IEC61850规约和GOOSE通信的集采集、控制功能于一体的装置，可就地安装。
    本实用新型的技术方案是，数字化变电站采集控制一体化的装置，包括电源插件，CPU插件、智能I/O插件和人机接口插件。CPU插件，智能I/O插件之间通过CAN总线进行数据连接； 其中CPU插件包含集成DSP功能的微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层（PHY）芯片，接收相应的人机接口插件输入的信息，同时将最终的输出结果连接到人机接口插件和后台保护工程站；，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、热电阻输入、模拟量输入、模拟量输出和串口通信插件，开关量输入、热电阻输入、模拟量输入以硬接线方式接入智能I/O插件，智能仪表或传感器通过串口通信方式接入智能I/O插件串口通信插件，智能I/O插件采集的数据经装置内部CAN总线传输至CPU插件，完成数据采集功能；装置以可视化编程方式实现对采集的数据进行逻辑处理，运算结果经内部CAN总线传输至开关量输出、模拟量输出和串口通信插件，完成控制功能；上位机通过站控层网络连接到CPU插件的物理层芯片和以太网控制器，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU芯片，CPU处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信，其中装置以太网控制器提供GOOSE通信接口，完成装置间通信及联动，实现GOOSE联锁通信。B01：CPU插件（NR4106）提供最多四路以太网口(两路光纤以太网、两路双绞线以太网)，串行打印口。实现GOOSE联锁。
B02~B08，智能I/O插件，可以根据实际应用要求，选用不同类型和数量的IO插件。
图1中装置B02~B06插件(NR4410、NR4501、NR4420、NR4521、NR4411)分别采集现场设备的模拟量输入（AI）、开关量输入（DI）、热电阻输入（RTD）信号，并输出开关量输出（DO）、模拟量输出（AO）信号到现场设备进行控制；B07（NR4205）插件通过串行485通信采集其他智能设备的信号，并能通过通信对响应设备进行控制。
如图2所示，CPU插件通过背板CAN总线与智能IO插件进行交互，实现数据的采集和控制。通过人机接口插件实现对装置的人工操作。监控后台通过CPU插件的以太网口与装置相连，实现监控一体化。通过CPU插件的网口，借助GOOSE通信，完成装置间信号的共享，从而实现装置间信号的联锁控制功能。CPU插件采用双核L138处理器，ARM核用于处理对上通信及装置管理，DSP核用于控制，两个核通过共享内存高速交换数据。
其中装置的串口通信遵循GB/T19582协议（串口Modbus协议）及变电站常用的消防、门禁、周界报警协议。
该装置配置有7个自定义智能I/O插件槽位，可通过可视化的配置，提供多种自定义I/O插件组合，任一槽位可配置或不配置I/O插件。
信号处理与逻辑运算功能由CPU插件完成，且逻辑算法以可视化功能块图的方式实现，对于不同的应用，可以从模块库中选择合适的模块，通过简单的图形化拖拽和连线完成特定的控制功能。装置提供丰富的可视化功能模块的模块库，可根据自动控制对象特性从算法模块库中选用合适的算法模块组合，对被控对象的数据进行采集和控制功能，并可以通过功能块图（FBD）方式进行图形化组态，实现对变电站通风、门禁、给排水、照明、取暖、空调、消防等系统的自动化采集控制，并能实现各系统之间的联锁保护、控制。
装置配有以太网通信(100Mbps、超五类线或光纤通信)接口可接入站控层网络，支持IEC-61850通信规约，实现装置描述的远方查看、装置配置的远方查看、控制定值远方查看修改功能。装置输入输出信号的远方查看、装置运行状态（包括动作元件的状态、运行告警和装置自检信息）的远方查看。
本实用新型的有益效果：
1．装置硬件可以根据实际采集、控制信号的数量和类型，灵活的配置板卡的数量及种类，并根据不同的设备控制要求，进行灵活的控制逻辑组态，适应各种不同的变电站辅助和环境系统的监控需求。
2．装置结合变电站辅助设备和环境监测的特点，完善了各种数据处理、控制算法，实现了设备的启停逻辑控制、过程的回路控制，达到较高的准确性和可靠性。
3．拥有强大的GOOSE功能，不需要硬接线即可实现装置间的联络和配合，方便实现不同系统间的联锁控制功能，使得信号可以就地采集。
4．拥有强大的网络功能和通信能力。从硬件上配有2个独立的以太网接口。支持电力行业通信标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和新一代变电站通信标准IEC61850，能与监控及自动化系统配合使用，实现全站测控。
5．拥有全站同步采样和SOE上送能力。为此装置对时接口可支持多种GPS对时方式，包括接点对时、485对时，支持IRGB码对时。
6．装置采用PCS系列保护成熟平台。32位高性能的CPU和DSP、内部高速总线、智能I/O，硬件和软件均采用模块化设计，灵活可配置，具有通用、易于扩展、易于维护的特点。
附图说明
图1为本实用新型采集、控制一体化装置的系统背板端子图。
图2为本实用新型采集、控制一体化装置的系统原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明：
本实用新型的一体化装置，包含电源插件，CPU插件、智能I/O插件和人机接口插件。CPU插件，智能I/O插件之间通过CAN总线进行数据连接；CPU插件接收相应的人机接口插件输入的信息，同时将最终的输出结果连接到人机接口插件和后台保护工程站。装置配置B01~B09共9个插件插槽，如图1所示。
B01：CPU插件（NR4106）提供最多四路以太网口(两路光纤以太网、两路双绞线以太网)，串行打印口。实现GOOSE联锁。
B02~B08，智能I/O插件，可以根据实际应用要求，选用不同类型和数量的IO插件。
B09，电源插件。
图1中装置B02~B06插件(NR4410、NR4501、NR4420、NR4521、NR4411)分别采集现场设备的模拟量输入（AI）、开关量输入（DI）、热电阻输入（RTD）信号，并输出开关量输出（DO）、模拟量输出（AO）信号到现场设备进行控制；B07（NR4205）插件通过串行485通信采集其他智能设备的信号，并能通过通信对响应设备进行控制。
如图2所示，CPU插件通过背板CAN总线与智能IO插件进行交互，实现数据的采集和控制。通过人机接口插件实现对装置的人工操作。监控后台通过CPU插件的以太网口与装置相连，实现监控一体化。通过CPU插件的网口，借助GOOSE通信，完成装置间信号的共享，从而实现装置间信号的联锁控制功能。CPU插件采用双核L138处理器，ARM核用于处理对上通信及装置管理，DSP核用于控制，两个核通过共享内存高速交换数据。
现场实施时，根据需要监视和控制设备的种类、数量，确定需要的I/O插件数量，并选用相关插件，确定装置的硬件配置。然后通过可视化的硬件组态工具，配置装置的硬件组成。硬件配置结束后，根据被控对象控制逻辑的要求及联锁要求，通过可视化的软件组态，确定装置的控制逻辑。可视化组态软件采用功能块图方式进行逻辑组态，并支持在线调试。

Claims (1)

1.数字化变电站采集控制一体化的装置，包括CPU插件、电源插件、智能I/O插件和人机接口插件，CPU插件、智能I/O插件之间通过CAN总线进行数据连接；其中CPU插件包含集成DSP功能的微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、热电阻输入、模拟量输入、模拟量输出和串口通信插件，其特征是：开关量输入、热电阻输入、模拟量输入以硬接线方式接入智能I/O插件，智能仪表或传感器通过串口通信方式接入串口通信插件，智能I/O插件采集的数据经装置内部CAN总线传输至CPU插件；上位机通过站控层网络连接到CPU插件的物理层芯片和以太网控制器，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU芯片，CPU处理报文数据请求，报文数据请求结果经以太网控制器反馈至数字化变电站上位机。 
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