CN205231857U - 一种485总线架构的dtu装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型旨在提供一种485总线架构的DTU装置。本实用新型中的主控模块通过2路高达10MbPS的高速485总线分别于交流模块，开关量模块进行通信；其中4个交流模块占用一路485总线与主控模块进行数据交互连接，4个开关量模块占用另一路485总线与主控进行连接；每路485总线只需A、B两条数据线，使得主控和交流模块、开关量模块之间的连接非常简单、可靠；485总线是差分传输方式，抗干扰能力强，使得系统运行更稳定。本实用新型可应用于电能设备领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能设备领域，尤其涉及一种485总线架构的DTU装置。
背景技术
随着国家智能电网的建设，对配网的自动化程度提出了越来越高的要求，配网安装更多的智能化远方终端设备是一种必然需求。DTU就是一种智能化远方终端设备，它完成开关设备的位置信号，电压，电流，有功功率，无功功率等电能量数据的采集和计算。但现有DTU的内部总线大都采用点对点的通信方式，或采用CANBus总线通信方式，这两种方式都有其缺点。点对点的总线通信方式导致主控和各业务板卡之间的互联信号线繁多，导致系统总线相互之间容易产生串扰，抗干扰能力差，导致系统不稳定；CanBus总线是一种串行总线，可解决互联信号线繁多的问题，但其接口芯片价格较高，且协议复杂，需要一定的技术积累和培训，开发难度较高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种实用可靠、智能化程度高的远方终端站所用基于485总线架构的DTU装置。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括主控板卡模块、交流采样板卡模块、开关量板卡模块和电源模块，所述主控板卡模块包括主控模块和驱动模块，所述主控模块通过2路485总线分别与交流采样板卡模块和开关量板卡模块进行通信，所述主控模块、驱动模块、交流采样板卡模块、开关量板卡模块均采用模块化结构，支持热插拔，其中，
所述主控模块用于负责整个系统的数据处理、协议转换和通信，对上，通过以太网或RS232接口和主站进行连接，接收并解释来自主站的命令，并把本地的状态信息上报；对下，通过485总线管理交流采样板卡模块和开关量板卡模块；
所述驱动模块用于将所述主控模块发来的串口收发数据转换成差分的形式连接到系统总线上，同时将总线上的差分收发信号转换成串口的收发数据并送回所述主控模块处理；
所述交流采样板卡模块用于对各路交流电压和电流进行采样，并进行快速的AD转换，转换后的数据通过485总线上送给主控模块；
所述开关量板卡模块用于快速读取各路开关量输入的状态，并进行滤波后，将数据通过485总线上送给主控模块；通过485总线接收来自主控模块的命令，然后对命令进行解释后，通过光耦隔离对各路分合闸控制继电器进行分合操作；
所述电源模块用于向所述主控板卡模块、交流采样板卡模块和开关量板卡模块供电。
本实用新型的主控模块通过2路高达10MbPS的高速485总线分别于交流模块，开关量模块进行通信，其中4个交流模块占用一路485总线与主控模块进行数据交互连接，4个开关量模块占用另一路485总线与主控进行连接。每路485总线只需A、B两条数据线，使得主控和交流模块、开关量模块之间的连接非常简单、实用、可靠，485总线是差分传输方式，抗干扰能力强，使得系统运行更稳定；采用主控模块实现远方终端的控制，实现智能化操控。
进一步地，所述主控模块包括MCU、存储电路、复位和时钟电路、2路以太网接口电路和串口转并口总线电路，所述MCU为双核CPU，内含ARM+DSP核，所述存储电路、所述复位和时钟电路、2路所述以太网接口电路和所述串口转并口总线电路均与所述MCU连接，所述串口转并口总线电路与所述驱动模块连接。主控模块通过内部高速的485总线实时采集交流板卡模块、开关量板卡模块上送的数据，并通过DSP进行计算处理后，按照用户选定的协议（101或104）上送给主站，实现数据处理和通信功能。
另进一步地，所述驱动模块包括485收发芯片和差分接口保护电路。
再进一步地，所述交流采样板卡模块包括16位采样单片机、复位和时钟电路、电压采样电路、电流采样电路、ADC转换电路和485收发电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路经所述ADC转换电路与所述16位采样单片机连接，所述复位和时钟电路和所述485收发电路与所述16位采样单片机连接。交流采样板卡模块对各路交流电压和电流进行采样，并进行快速的AD转换，转换后的数据通过内部高速的485总线上送给主控模块，实现遥测功能。
又另进一步地，所述开关量板卡模块包括16位开关单片机、复位和时钟电路、继电器及驱动电路、遥信输入处理电路、光耦隔离电路和485收发电路，所述继电器及驱动电路和所述遥信输入处理电路经所述光耦隔离电路后与所述16位开关单片机连接，所述复位和时钟电路和所述485收发电路与所述16位开关单片机连接。快速读取各路开关量输入的状态，并进行滤波后，将数据通过内部高速的485总线上送给主控模块，实现遥信功能；通过内部高速的485总线接收来自主控模块的命令，然后对命令进行解释后，通过光耦隔离对各路分合闸控制继电器进行分合操作，实现遥控功能。
所述电源模块包括AC-DC电源模块、EMC滤波器、5VDC-DC转换电路和2路24VDC-DC转换电路，所述AC-DC电源模块接受额定AC220的交流电输入，经该模块转换为48VDC输出，48VDC直流电压经EMC滤波器滤波后输出给5VDC-DC转换电路和2路24VDC-DC转换电路。EMC滤波器的滤波规格为共模±4kV，差模±2KV，达到4级标准。5VDC-DC将48VDC电压转换为5VDC，作为整个系统数字和模拟的工作电源；24VDC-DC转换电路，将48VDC转换为24VDC输出，其中一路用作遥信电源，另一路用作工用户使用的通信电源。
本实用新型的有益效果是：本实用新型包括模块化的主控板卡模块、交流采样板卡模块、开关量板卡模块和电源模块，其结构简单，支持热插拔，使用可靠，且能实现远方终端智能控制。
附图说明
图1是本实用新型的简易结构框图；
图2是所述主控板卡模块的结构框图；
图3是所述交流采样板卡模块的结构框图；
图4是所述开关量板卡模块的结构框图；
图5是所述电源模块的结构框图。
具体实施方式
如图1至5所示，在本实施例中，本实用新型包括主控模块1、驱动模块2、交流采样板卡模块3～6、开关量模块7～10。
主控模块1结构如图2所示：由MCU、存储电路，复位和时钟电路，以太网接口电路（2路），串口转并口总线电路组成。MCU是整个系统的核心，是一个双核CPU，内含ARM+DSP核，负责整个系统的数据处理，协议转换，通信管理的功能。对上，通过以太网或RS232接口和主站进行连接，接收并解释来自主站的命令，并把本地的状态信息上报；对下，通过内部485总线管理各交流采样模块、开关量模块。
驱动模块主要包括485收发芯片和差分接口保护电路。驱动模块将MCU发过来的串口收发数据转换成差分的形式连接到系统总线上，同时将总线上的差分收发信号转换成串口的收发数据，送给MCU处理。
交流采样模块结构如图3所示：由16位采样单片机，复位和时钟电路，电压采样电路，电流采样电路，ADC转换电路，485收发电路组成。16位采样单片机负责协议的转换和本板的控制。被测电压、电流经电压采样电路、电流采样电路进入ADC转换电路，将被测电压、电流模拟信号转换位数字信号，最后送到16位采样单片机进行处理。处理后的测量数据经485收发电路推送到系统总线上。
开关量模块结构如图4所示：由16位开关单片机，复位和时钟电路，继电器及驱动电路，遥信输入处理电路，光耦隔离电路，485收发电路组成。16位开关单片机负责协议的转换、继电器的控制、以及遥信开关量的输入采样。遥信输入信号通过遥信输入处理电路进行整形，滤波后送到光电隔离电路，经隔离后送给16位开关单片机，单片机对接收到的信号进行必要的软件滤波、数据处理后，再经485收发电路推送到系统总线上；16位开关单片机通过485收发电路接收来自主控模块的命令，并转换成本板的控制操作命令，经光耦隔离电路推动继电器驱动电路，进而控制继电器的分合，达到遥控输出的目的。
电源模块结构如图5所示：由AC-DC电源模块，EMC滤波器，5VDC-DC转换电路，24VDC-DC转换电路（2路）组成。其中AC-DC电源模块接受额定AC220的交流电输入，经该模块转换为48VDC输出。48VDC直流电压经EMC滤波器滤波后输出给3路DC-DC转换电路。EMC滤波器的滤波规格为共模±4kV，差模±2KV，达到4级标准。5VDC-DC将48VDC电压转换为5VDC，作为整个系统数字和模拟的工作电源。24VDC-DC转换电路，将48VDC转换为24VDC输出，其中一路用作遥信电源，另一路用作工用户使用的通信电源。
本实用新型的工作原理为：
本系统中涉及到的主控模块、驱动模块、交流采样模块、开关量模块均采用模块化结构，支持热插拔，大大提高系统可靠性的同时，方便维护和系统扩容。主控模块采取定时轮询的方式与交流采样模块，开关量模块进行通信。1）交流采样模块将被监控线路的电压、电流数据进行采样、高精度的AD转换后，放到内部的RAM中等待系统轮询，当被主控模块轮询时马上通过内部高速的485总线上送给主控模块。主控模块正确接收到数据后，通过内部的高速数字信号处理器DSP进行实时的FFT快速运算并做出相应处理，并将结果通过标准的104协议或101协议，经以太网或串口发往配电网自动化控制中心（主站）或分站。2）系统也可接收配电网自动化控制中心下达的命令，经主控模块的协议处理后转换为内部的协议，通过485总线推送到开关量模块，从而实现相应的远方分合闸操作；3）开关量模块通过遥信输入处理电路，实时监测线路上开关的状态、电机的储能状态、蓄电池的电量状态等信息，并经本板硬件滤波，软件滤波后放到本地RAM中等待主控轮询，当被主控模块轮询时马上通过485总线上送给主控模块。主控模块接收到数据后，将结果通过标准的104或101协议，经以太网或串口上送。
在本系统中，主控模块通过2路高达10MbPS的高速485总线分别于交流模块，开关量模块进行通信。其中4个交流模块占用一路485总线与主控模块进行数据交互连接，4个开关量模块占用另一路485总线与主控进行连接。每路485总线只需A、B两条数据线，使得主控和交流模块、开关量模块之间的连接非常简单、可靠。485总线是差分传输方式，抗干扰能力强，使得系统运行更稳定。
本实用新型可应用于电能设备领域。
Claims (6)
1.一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：它包括主控板卡模块、交流采样板卡模块、开关量板卡模块和电源模块，所述主控板卡模块包括主控模块和驱动模块，所述主控模块通过2路485总线分别与交流采样板卡模块和开关量板卡模块进行通信，所述主控模块、驱动模块、交流采样板卡模块、开关量板卡模块均采用模块化结构，支持热插拔，其中，
所述主控模块用于负责整个系统的数据处理、协议转换和通信，对上，通过以太网或RS232接口和主站进行连接，接收并解释来自主站的命令，并把本地的状态信息上报；对下，通过485总线管理交流采样板卡模块和开关量板卡模块；
所述驱动模块用于将所述主控模块发来的串口收发数据转换成差分的形式连接到系统总线上，同时将总线上的差分收发信号转换成串口的收发数据并送回所述主控模块处理；
所述交流采样板卡模块用于对各路交流电压和电流进行采样，并进行快速的AD转换，转换后的数据通过485总线上送给主控模块；
所述开关量板卡模块用于快速读取各路开关量输入的状态，并进行滤波后，将数据通过485总线上送给主控模块；通过485总线接收来自主控模块的命令，然后对命令进行解释后，通过光耦隔离对各路分合闸控制继电器进行分合操作；
所述电源模块用于向所述主控板卡模块、交流采样板卡模块和开关量板卡模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：所述主控模块包括MCU、存储电路、复位和时钟电路、2路以太网接口电路和串口转并口总线电路，所述MCU为双核CPU，内含ARM+DSP核，所述存储电路、所述复位和时钟电路、2路所述以太网接口电路和所述串口转并口总线电路均与所述MCU连接，所述串口转并口总线电路与所述驱动模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：所述驱动模块包括485收发芯片和差分接口保护电路。
4.根据权利要求1所述的一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：所述交流采样板卡模块包括16位采样单片机、复位和时钟电路、电压采样电路、电流采样电路、ADC转换电路和485收发电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路经所述ADC转换电路与所述16位采样单片机连接，所述复位和时钟电路和所述485收发电路与所述16位采样单片机连接。
5.根据权利要求1所述的一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：所述开关量板卡模块包括16位开关单片机、复位和时钟电路、继电器及驱动电路、遥信输入处理电路、光耦隔离电路和485收发电路，所述继电器及驱动电路和所述遥信输入处理电路经所述光耦隔离电路后与所述16位开关单片机连接，所述复位和时钟电路和所述485收发电路与所述16位开关单片机连接。
6.根据权利要求1所述的一种485总线架构的DTU装置，其特征在于：所述电源模块包括AC-DC电源模块、EMC滤波器、5VDC-DC转换电路和2路24VDC-DC转换电路，所述AC-DC电源模块接受额定AC220的交流电输入，经该模块转换为48VDC输出，48VDC直流电压经EMC滤波器滤波后输出给5VDC-DC转换电路和2路24VDC-DC转换电路。
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|---|---|---|---|---|
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| CN112953018A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-06-11 | 云谷技术(珠海)有限公司 | 一种基于can fd总线架构集中式站所终端设备 |
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