CN205920348U - 一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种CPU处理器和智能模件，所述智能模件插接在所述CPU处理器上，所述CPU处理器对所述智能模件进行参数设置，所述智能模件包括开入模件和开出模件，所述开入模件具有16路，分别记为开入1至开入16，所述开出模件具有16路，分别记为开出1至开出16，所述智能模件还包括光电隔离装置，所述光电隔离装置具有32路，其中16路设置于所述CPU处理器和开入模件之间、16路设置于所述CPU处理器和开出模件之间。本实用新型所述的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，可以无需修改主CPU板卡软件的情况下插接在测控装置中使用，方便扩展。

Description

一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件

技术领域

本实用新型涉及光伏发电系统的装置智能模件产品，具体涉及一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件。

背景技术

光伏发电领域的测控装置产品多种多样，对于一个完整的测控装置，其中必不可少的交流量的采集、开入量的采集以及开出控制单元。对于一些较为复杂的装置来说，通常会具有多路开入量节点、多路开出量节点。用于现场的各种开关信号的接入，刀闸位置信号的接入以及各类报警装置以及限位开关位置信号、硬压板的接入等等。测控装置控制也是极其重要的，基本是控制现场的一些断路器的分合闸、输出控制信号给现场的其他电力装置用于其开入信号处理等等。通常一条线路上会至少配备12路开入和8路开出节点。但是一般测控装置会同时管理着多达16条线路的监测和控制，因此直接带来的现象就是多个开入信号和多个开出信号节点。常规的做法是在测控装置上各种板卡插接在总线板卡上，组成一套完整的装置，对于开入和开出，会有单独的IO板卡。随着开入量和开出量的增多，IO板卡也逐步的增加。这类IO板卡通常都是通过总线板上的数据总线与CPU板卡进行数据交互。每增加一块IO板卡，相应的CPU板卡上的软件就需要适当的修改来适应增加的开入和开出点数。做到对各个新增开入开出点的软件检测和控制。这种方法，在对应不同线路的测控装置来说，软件的版本不一样，造成软件维护相对复杂，另外还会造成软件的误使用。同时在使用现场如果收到本地的干扰或者扰动造成数据总线发生通信故障，造成通信瘫痪。最终导致整个装置不能正常工作，系统可靠性大大降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，克服上述缺陷，解决上述问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，包括CPU处理器和智能模件，所述智能模件插接在所述CPU处理器上，所述CPU处理器对所述智能模件进行参数设置，

所述智能模件包括开入模件和开出模件，所述开入模件具有16路，分别记为开入1至开入16，所述开出模件具有16路，分别记为开出1至开出16，

所述智能模件还包括光电隔离装置，所述光电隔离装置具有32路，其中16路设置于所述CPU处理器和开入模件之间、16路设置于所述CPU处理器和开出模件之间。

作为本实用新型所述一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的一种优选方案，所述智能模件还包括CAN通信模块和SPI通信模块，所述CAN通信模块和SPI通信模块构成冗余的数据传输通道并与所述CPU处理器连接，所述CAN通信模块为主数据传输通道，SPI通信模块为辅数据传输通道。

作为本实用新型所述一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的一种优选方案，所述智能模件还包括用于记录开入信号的SOE顺序事件的RTC模块，所述RTC模块与所述CPU处理器连接。

作为本实用新型所述一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的一种优选方案，所述智能模件还包括用于存储智能开入开出模件的配置信息和历史事件信息的Flash存储单元，所述Flash存储单元与所述CPU处理器连接。

作为本实用新型所述一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的一种优选方案，所述智能模块还包括直流供电接口，供电电源通过所述直流供电接口为智能开入开出模件提供直流12V～48V的宽电源供电。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，可以无需修改主CPU板卡软件的情况下插接在测控装置中使用，方便扩展。在数据通信方面，采用CAN通信和SPI双通信方式实现通信链路的冗余措施，提高通信的可靠性。智能模件内部软件可以实现在线升级以及在线配置其内部运行参数，使其适应于各类现场要求。避免了原始的开入开出模件与主CPU模件的软件耦合性太强的特点，不满足扩展性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的硬件框图；

图2是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的系统框图；

图3是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的内部软件流程图；

图4是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的内部通信功能切换简图。

其中：1为CPU处理器、2为开入模件、3为开出模件、4为光电隔离装置、5为CAN通信模块、6为SPI通信模块、7为RTC模块、8为Flash存储单元、9为直流供电接口。

具体实施方式

本实用新型所述的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其包括：CPU处理器1和智能模件(未图示)。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本实用新型利用结构示意图等进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

请参阅图1，图1是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的硬件框图。如图1所示，智能开入开出模件包括：CPU处理器1和智能模件。智能模件的开入模件2进行开入量的监测，开出模件3进行开出控制的出口命令下发、每个模件包含CPU处理器1、带光电隔离装置4的开入信号节点、带光电隔离装置4的开出信号节点、CAN通信模块5、SPI通信模块6、直流供电接口9、RTC模块7。

智能模件包括开入模件2和开出模件3，每个模件均连接CPU处理器1，CPU处理器1可选用飞思卡尔M4核K60系列，开入模件2的开入数目为16路，各路开入量带光电隔离装置4，开出模件3的开出路线也为16路，每个开出通道也带光电隔离装置4，开出类型可设置成脉冲型开出或者电平保持型开出。开入接口带有光电隔离措施，可以隔离开模件外部的强电干扰信号，防止损坏模件内部的器件。开出接口同样带有光电隔离，可以避免外部的干扰信号串进智能模件内部。同时开出接口带有反校功能，反校的节点信号接入到智能模件内部的开入信号中，这些内部开入信号不对外进行开发，只对反校信号有效。当开出控制接收到下发命令时，出口动作，同时智能模件CPU开始扫描是否有反校信号产生，如果没有则产生告警事件，上送至主CPU板卡上，提示模件目前可能存在故障，主CPU板卡将故障信息上送至后台管理处，管理处运维人员根据故障信息来对装置进行检修操作。

每个智能模件可进行软件升级，智能模件采用CAN通信模块5和SPI通信模块6对通信数据进行冗余操作。将智能模件插接在CPU处理器1上，可通过CPU处理器1对其进行参数下载动作，以此来设置开入的SOE去抖时间、开出的保持时间、开出脉冲时间等。智能模件上板载RTC模块7，其为实时时钟芯片，可用于记录开入信号的SOE顺序事件记录。智能模件带有Flash存储单元8，用于存储模件配置信息和历史事件信息。智能模件的供电电源可通过直流供电接口9在直流12V～48V宽电源供电。主CPU板卡可通过CAN或者SPI通信接口对智能模件进行参数配置信息，配置当前有效的开入点数，有效的开入点号，有效的开出点数，有效的开出点号。可通过通信接口对其进行对时操作，保证智能模件的RTC时间准确运行。

所述CPU处理器1：选用飞思卡尔系类M4内核处理器，主频为100Mhz.用于采集实时开入信号逻辑判断，执行开出信号控制命令。

所述16路开入模件2：采用光电隔离装置4接入方式，隔离开现场的强电干扰，保护模件硬件器件。

所述16路开出模件3：采用光电隔离装置4控制方式，可选择脉冲型控制或者电平保持型方式，根据具体的板载硬件而定。每路开出控制信号均带有内部反校功能，反校信号作为内部的开入节点信号接入主CPU。用于判断智能模件的开出信号是否真正动作了，作为可靠性的数据依据。如果未接受到反校的开入信号，智能模件将会产生告警事件，并通过通信接口传输至CPU处理器1，提高控制信号的可靠性。

由于CAN通信模块5通常用于实时数据通信方面，传输实时性较高的数据，常用语汽车电子领域。智能模件通过内部的CAN总线与CPU处理器1进行数据交互通信，上传所采集到的开入信号，以及上送SOE顺序事件记录信息。同时接收CPU处理器1下发的控制出口命令。CAN通信模块5以最大8字节的短报文为主，并且选择CAN2.0B方式可以有29位ID信息，每个智能模件板卡的CAN ID均不一样，29位ID表示了该模件的通信优先级。CPU处理器1对开入信号的实时性要求较高，再配合每个模件的ID优先级可在通信发送竞争的时候，根据预先设置的模件优先级来硬件自动判断上传优先级高的数据，保证了数据的响应的实时性要求。

所述SPI通信模块用于在现场因为受到干扰或者由于硬件故障等原因导致CAN主通信网络断开时，此时CPU处理器1通过SPI通信模块6的数据总线将当前的重要数据，实时性要求高，优先级高的数据通过备份SPI通道进行数据的读取和交互，同时测控装置本身将会监测到智能模件的异常信息，及时上报告警信息，通知后台运维人员，进行装置的及时维修。

所述冗余通信，以CAN通信模块5为主，SPI通信模块6为辅的方式，保证数据上送和命令下发的可靠性。CAN通信模块5作为第一数据通讯接口、SPI通信模块6作为第二数据通讯接口，第一数据通讯接口和第二数据通讯接口构成冗余的数据传输通道并与CPU处理器1连接；采用双总线并行工作方式，实现冗余的数据传输，当其中一条通讯总线由于发生意外而出现故障时，整个系统的数据传输通道仍能正常畅通。

所述RTC模块7为实时时钟模块：CPU处理器1可对智能模件板卡进行对时操作，用来时间校准，校准结束之后，智能模件可以自己维护自己的时钟，当有外部开入信号发生变位或者接收CPU处理器1的控制出口命令时，智能模件获取当前的实时时间值，记录下变位事件以及动作事件，产生事件报文。通过后续的通信方式将本地的事件报文信息上传至主CPU侧。具体的说，RTC实时时钟用于在发生开入变位事件或者开出控制命令下发时，读取当前的RTC时间，记录下当前的事件发生事件，并作为事件记录信息存储在模件内部分，并通过CAN或者SPI通信接口将事件信息传送至主CPU板卡中。

所述CPU处理器1可通过CAN通信模块5的网络接口对智能模件进行内部的在线程序升级或者内部程序更换，便于生产出来的智能模件板卡可用于各类不同的项目上。智能模件的软件可以实现在线升级，通常的软件升级方式是需要将智能模件拔出测控装置，利用烧写器对所述CPU处理器1进行软件烧写，这样工作效率低，并且工序较多，不利于提高生产效率。本智能模件在线升级，只需要在所述CPU处理器1上下发升级命令和升级数据，在智能模件上采用自编程的方式，将新的程序更新到模件中，整个过程无需拆装模件板卡，完全可以由用户在测控装置的液晶操作面板或者与之配套的后来控制软件来实现。

所述Flash存储单元8用于存储该模件的配置参数信息，以及历史记录的事件信息，包括开入信号的去抖时间，开出类型选择，是脉冲型还是电平保持型，如果是脉冲型的话，表示开出脉冲保持的时间宽度。同时该Flash还存储历史事件记录信息，可存储多达256条事件记录。

智能模件可接受直流12V～48V宽电源供电方式，大大扩宽了其硬件接入的兼容性。

请参阅图2，图2是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的系统框图。如图2所示，智能模件板卡可以插接在测控装置的背板插槽上，通过其内部的CAN或者SPI通信接口与主CPU板卡进行数据交互。接收主CPU板卡下发的控制出口命令。上传外部的实时开入信号，以及产生的SOE变位事件数据信息。按照理论来讲智能模件板卡可以无限的扩展，在主CPU板卡软件固定下来之后，每增加一块智能模件板卡无需改动主CPU板卡上的软件。当加入一个智能模件板卡时，需要在测控装置的液晶操作面板和按键板设置好增加的模件板卡的序号，使能该智能模件，或者通过后台软件来使能所插入的板卡。当该测控装置不需要智能模件板卡时，同样通过液晶面板和按键板卡操作删除掉该模件板卡之后，智能模件功能失效，主CPU板卡不会再从智能模件板卡获取数据。

请参阅图3，图3是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的内部软件流程图。如图3所示：

1).智能模件启动之后，首先接收主CPU板卡的使能信息，以此来使能该智能模件的功能，否则该智能模件将不起作用。

2).接收到使能信息之后，主CPU会下发该模件的运行参数信息。智能模件对运行参数信息进行软件校验，确认无误之后回传确认信息至主CPU板卡。

3).主CPU板卡进行对时操作，设置智能模件的RTC实时时钟事件信息，设置结束之后再回读该模件的时间信息，确认正常之后，开始智能模件的有效开入和有效开出点号的配置。

4).智能模件根据下发的配置参数配置目前有效的开入的点号以及与之对应的开入去抖时间，再配置有效的开出点号，并配置其开出控制的类型，属于脉冲型还是电平保持型。

5).参数配置结束后开始运行开入的扫描逻辑和执行开出控制命令过程。

6).当有外部开入变位产生，并且防抖确认之后产生变位事件，将事件存储在模件上的Flash中。

7).当有主CPU下发控制命令时，根据接收到的开出点号进行开出控制，此时只能模件会读取与之对应的开出反校节点信息，进一步确认开出是否成功，如果成功将产生一条控制事件信息，否则将产生一条故障信息记录，确定当前故障开出点号。

8).主CPU板卡读取当前智能模件的变位事件和故障信息事件，如果有故障事件，主CPU板卡会上送该故障信息至后台软件中，供运维人员进行检修提供故障信息。

请参阅图4，图4是本实用新型的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件的内部通信功能切换简图。如图4所示：

1).智能模件优选CAN通信作为主通信方式，接收主CPU的数据信息。

2).模件如果在20ms内未接收到主CPU的任务数据信息，则判定当前通信异常，会启动复位CAN硬件木块的任务，复位CAN功能。

3).如果复位之后还是无法接收主CPU的数据信息，开始启动备用SPI接口进行数据通信，在此复位和启动的过程中，智能模件仍然能继续执行其内部逻辑与事件记录功能。

4).启动SPI通信功能之后，生产一条故障信息。上报当前CAN通信功能产生故障。

5).智能模件开始以SPI接口为主要数据通信方式与主CPU板卡进行数据交互。

所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本实用新型的特点或目的之一在于：本实用新型所述的一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，可以无需修改主CPU板卡软件的情况下插接在测控装置中使用，方便扩展。在数据通信方面，采用CAN通信和SPI双通信方式实现通信链路的冗余措施，提高通信的可靠性。智能模件内部软件可以实现在线升级以及在线配置其内部运行参数，使其适应于各类现场要求。避免了原始的开入开出模件与主CPU模件的软件耦合性太强的特点，不满足扩展性要求。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其特征在于，包括：CPU处理器和智能模件，所述智能模件插接在所述CPU处理器上，所述CPU处理器对所述智能模件进行参数设置，

所述智能模件包括开入模件和开出模件，所述开入模件具有16路，分别记为开入1至开入16，所述开出模件具有16路，分别记为开出1至开出16，

所述智能模件还包括光电隔离装置，所述光电隔离装置具有32路，其中16路设置于所述CPU处理器和开入模件之间、16路设置于所述CPU处理器和开出模件之间。

2.如权利要求1所述的用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其特征是：所述智能模件还包括CAN通信模块和SPI通信模块，所述CAN通信模块和SPI通信模块构成冗余的数据传输通道并与所述CPU处理器连接，所述CAN通信模块为主数据传输通道，SPI通信模块为辅数据传输通道。

3.如权利要求1所述的用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其特征是：所述智能模件还包括用于记录开入信号的SOE顺序事件的RTC模块，所述RTC模块与所述CPU处理器连接。

4.如权利要求1所述的用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其特征是：所述智能模件还包括用于存储智能开入开出模件的配置信息和历史事件信息的Flash存储单元，所述Flash存储单元与所述CPU处理器连接。

5.如权利要求1所述的用于光伏电力测控装置的智能开入开出模件，其特征是：所述智能模块还包括直流供电接口，供电电源通过所述直流供电接口为智能开入开出模件提供直流12V～48V的宽电源供电。