CN204835711U - 一种符合iec61850通信标准的断路器通信模块 - Google Patents

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Abstract

一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块，属于电力控制、电力保护技术领域。包括核心电路、位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路、以太网通信电路以及电源电路，位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路以及以太网通信电路分别与核心电路连接，电源电路为各电路提供电源<b>。</b>优点：能避免将低压断路器接入IEC61850通信网络时进行的二次开发工作；针对抽屉式断路器能直接采集连接、分离、试验三位置信号；可方便地通过Telnet进行远程登录管理，还可使用TFTP进行文件的下载与上传；还支持NTP对时服务。

Description

一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块
技术领域
本实用新型属于电力控制、电力保护技术领域，具体涉及一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块。
背景技术
IEC61850标准是变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。IEC61850标准采用了全新的通信和信息技术设计，具有分层、ACSI(英文全称为：AbstractCommunicationServiceInterface，中文名称为：抽象服务接口)、自描述、配置管理、建模等特点，在未来一段时期内，将成为国际变电站自动化系统在通信方面的主流标准。制定IEC61850标准的一个最主要的目的是为了解决电力自动化通信领域目前由各个不同厂家生产的设备通信协议各异、不能互通互连的问题，从而满足用户对不同厂家设备之间的互操作要求，并有可能通过定义智能一次设备的过程层通信而引发相关自动化产品的全新变革。
IEC61850标准一般应用于变电站内的继电保护和自动化、高压设备状态监测等，很少应用于低压领域。然而，近年来IEC61850标准不断发展，已逐渐出现了向低压领域拓展的势头。目前在低压领域使用最广泛的是Modbus通信协议，Modbus通信协议几乎成为了低压断路器的标准配置。低压断路器若要接入到IEC61850通信网络，需要通信模块或者转换器来完成从Modbus到IEC61850的转换工作。针对此种情况，国内的很多自动化公司都推出了IEC61850规约转换器，这些转换器不仅能支持中高压领域的101、103协议，同时也能支持低压领域的Modbus等协议。但上述协议转换器并没有针对特定设备定制，用户在使用时往往需要进行二次开发，包括数据建模，通信等，由此会增加工作难度及额外的工作量，给用户造成不便。
鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块，能避免用户通过协议转换器将低压断路器接入IEC61850通信网络时进行的二次开发工作。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块，包括核心电路、位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路、以太网通信电路以及电源电路，所述的位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路以及以太网通信电路分别与核心电路连接，其中，所述的位置信号输入电路针对抽屉式断路器采集“连接”、“分离”、“试验”三位置信号；所述的状态指示电路指示通信模块的工作状态；所述的RS-485通信电路通过Modbus通信规约采集低压断路器中的包括状态、测量、保护在内的各类数据；所述的SD卡/RS-232电路包括用于将程序烧写至核心电路以及用于输出调试信息的RS-232端口；所述的以太网通信电路遵循IEC61850标准使核心电路与后台管理系统进行数据交换，所述的电源电路为通信模块中的各电路提供电源。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的RS-485通信电路包括防雷管FV1～FV3、电阻R1～R6、双向稳压管ZD1、ZD2以及RS-485芯片N1，所述的RS-485芯片N1采用MAX485，所述的电阻R1的一端与防雷管FV1的一端以及防雷管FV3的一端连接，并共同连接断路器控制器的一接线端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与双向稳压管ZD1的一端、电阻R5的一端以及RS-485芯片N1的7脚连接，防雷管FV1的另一端与防雷管FV2的一端以及电阻R3的一端连接，并共同连接断路器控制器的另一接线端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与双向稳压管ZD2的一端、电阻R6的一端以及RS-485芯片N1的6脚连接，双向稳压管ZD2的另一端与双向稳压管ZD1的另一端、防雷管FV2的另一端以及防雷管FV3的另一端连接，并共同连接断路器控制器的第三接线端，电阻R6的另一端和RS-485芯片N1的8脚共同连接直流电源VCC，RS-485芯片N1的5脚和电阻R5的另一端共同接地，RS-485芯片N1的1～4脚连接所述的核心电路。
本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：能根据IEC61850标准对断路器进行数据建模，用户在简单配置后，就可将断路器连接入IEC61850网络，无须进行额外的二次开发工作；由于所述的位置信号输入电路具有三个开关量输入接点，针对抽屉式断路器，能直接采集“连接”、“分离”、“试验”三位置信号并上传到IEC61850网络；通过在核心电路安装嵌入式Linux平台，用户可方便地通过Telnet进行远程登录管理，还可使用TFTP进行文件的下载与上传；还支持NTP对时服务，可连接到NTP服务器上进行系统对时。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型所述的RS-485通信电路的电原理图。
图3为本实用新型所述的电源电路的电原理图。
具体实施方式
申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
请参阅图1，并结合图2和图3，本实用新型涉及一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块，包括核心电路、位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路、以太网通信电路以及电源电路。所述的位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路以及以太网通信电路分别与所述的核心电路连接，所述的电源电路为上述各电路提供+3.3V和+5V的电源。所述的核心电路是通信模块的大脑，包括嵌入式处理器、DDR3内存、Nand闪存以及电源管理芯片。核心电路上安装有嵌入式Linux平台，通信模块的软件就运行在该平台上，可通过Telnet协议方便地进行远程登录管理(Telnet协议是TCP/IP协议族中的一员，是Internet远程登陆服务的标准协议及主要方式，它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力)。同时，该通信模块的软件还支持NTP(英文全称为：NetworkTimeProtocol，中文名称为：网络时间协议)对时服务，可通过连接NTP服务器进行对时。所述的嵌入式处理器采用PI3354。
所述的位置信号输入电路具有三个开关量输入接点，可用于采集抽屉式断路器中的“连接”、“分离”、“试验”三位置信号。所述的状态指示电路采用多个LED指示灯，用于指示通信模块的各个工作状态，包括电源状态、异常状态、通信状态。所述的RS-485通信电路包括防雷管FV1～FV3、电阻R1～R6、双向稳压管ZD1、ZD2以及RS-485芯片N1。所述的RS-485芯片N1采用MAX485，它是该RS-485通信电路的主要部件，具有多种通信波特率、奇偶校验选择以及无数据流向控制等设置功能。该RS-485通信电路与智能可通信断路器的控制器连接，通过双方预先约定的Modbus通信规约采集断路器中的包括状态、测量、保护在内的各类数据。在前级加入防雷管和电阻可以起到保护电路的作用。所述的SD卡/RS-232电路为通信模块提供软件烧写和调试的接口。其中的SD卡用于将软件烧写到核心电路的Nand闪存中；RS-232电路中的RS-232端口用于软件的调试，该端口能输出调试中的各类信息。SD卡/RS-232电路采用单独布线的方式设置在一块PCB(印刷电路板)板上，并通过相应接口与其他模块连接，它只供生产商内部使用，无须随产品交付给最终用户。所述的以太网通信电路采用RJ45接口，具备10/100MB自适应能力。以太网通信电路遵循IEC61850标准使核心电路与后台管理系统进行数据交换，将通信模块中的数据传到后台软件。所述的电源电路包括电容C1～C9、电阻R7～R9、DC-DC电源芯片N2以及稳压芯片N3。所述的DC-DC电源芯片N2采用24V转5V的降压芯片，该DC-DC电源芯片N2将辅助电源DC24V转换成DC5V直流电源，所述的DC5V直流电源再经稳压芯片N3转换成DC3.3V直流电源。电源电路通过采用上述结构为通信模块的各个相关电路提供DC5V和DC3.3V直流电源，保证通信模块正常工作。本实用新型涉及的其他电路在现有技术中均有公开，此处省略不再赘述。
请继续参阅图1，所述的通信模块在上电后，会自动搜索连接的断路器，并判断该断路器的具体型号，然后通过RS-485通信电路采集断路器中的各种数据。同时，通过位置信号输入电路采集断路器的抽屉座位置信号。另一方面，通信模块通过以太网通信电路与后台管理系统相连接，将采集到的数据按照IEC61850标准与后台进行数据传输。通信模块采用嵌入式Linux操作系统，不仅能使用telnet实现远程登录，还可使用TFTP(简单文件传输协议)进行文件的下载与上传。同时，SD卡/RS-232电路可以将软件调试中的各类信息输出，这些都方便了通信模块的软件管理与调试。
请参阅表1，表1为本实用新型的断路器建模表。
所述的通信模块的软件按照IEC61850标准对断路器进行数据建模，数据建模采用了分层原则，按照控制、测量、保护三种功能用途建立CTRL、MEAS、PROT三个逻辑设备，在每个逻辑设备下分出若干个逻辑节点，在每个逻辑节点下又分出若干个数据。具体如下：CTRL逻辑设备主要集合断路器的控制、遥信类数据。其中XCBR逻辑节点主要包含断路器的合/分闸状态数据；GGIO逻辑节点主要包括储能、抽屉座位置信号、报警、线圈状态等遥信数据。MEAS逻辑设备主要集合断路器的各类测量数据。其中MMXU逻辑节点主要包括断路器的电流、电压等测量数据；MMTR逻辑节点主要包括断路器有功、无功、视在电能等数据。PROT逻辑设备主要集合断路器的保护类数据。其中PTOC1逻辑节点主要包括断路器长延时保护数据；PTOC2逻辑节点主要包括断路器短延时保护数据；PIOC逻辑节点主要包括断路器瞬动保护数据；PHIZ逻辑节点主要包括断路器接地保护数据。通信模块由于软件支持NTP对时功能，因此能够连接到指定的NTP服务器，保证系统时间的准确性。
在本实施例中，通信模块由于体积小巧，因此没有设计显示屏来显示各种参数。对于系统使用到的RS-485通信波特率、校验方式、NTP服务器地址以及对时间隔等各类参数都保存在初始化配置文件中。

Claims (2)

1.一种符合IEC61850通信标准的断路器通信模块，其特征在于：包括核心电路、位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路、以太网通信电路以及电源电路，所述的位置信号输入电路、状态指示电路、RS-485通信电路、SD卡/RS-232电路以及以太网通信电路分别与核心电路连接，其中，所述的位置信号输入电路针对抽屉式断路器采集连接、分离、试验三位置信号；所述的状态指示电路指示通信模块的工作状态；所述的RS-485通信电路通过Modbus通信规约采集低压断路器中的包括状态、测量、保护在内的各类数据；所述的SD卡/RS-232电路包括用于将程序烧写至核心电路以及用于输出调试信息的RS-232端口；所述的以太网通信电路遵循IEC61850标准使核心电路与后台管理系统进行数据交换，所述的电源电路为通信模块中的各电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述的RS-485通信电路包括防雷管FV1～FV3、电阻R1～R6、双向稳压管ZD1、ZD2以及RS-485芯片N1，所述的RS-485芯片N1采用MAX485，所述的电阻R1的一端与防雷管FV1的一端以及防雷管FV3的一端连接，并共同连接断路器控制器的一接线端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与双向稳压管ZD1的一端、电阻R5的一端以及RS-485芯片N1的7脚连接，防雷管FV1的另一端与防雷管FV2的一端以及电阻R3的一端连接，并共同连接断路器控制器的另一接线端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与双向稳压管ZD2的一端、电阻R6的一端以及RS-485芯片N1的6脚连接，双向稳压管ZD2的另一端与双向稳压管ZD1的另一端、防雷管FV2的另一端以及防雷管FV3的另一端连接，并共同连接断路器控制器的第三接线端，电阻R6的另一端和RS-485芯片N1的8脚共同连接直流电源VCC，RS-485芯片N1的5脚和电阻R5的另一端共同接地，RS-485芯片N1的1～4脚连接所述的核心电路。
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