CN208445567U - 一种用于监测电力扰动的管理主板及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于监测电力扰动的管理主板和装置，该主板包括计算模块、通信模块、存储模块、第一电源模块；所述第一电源模块分别与所述计算模块、所述通信模块、所述存储模块连接，所述计算模块分别与所述存储模块、所述通讯模块连接；其中，所述计算模块包括：可编程逻辑器件、CPU、南桥芯片、DSP芯片，所述CPU与所述南桥芯片连接，所述南桥芯片与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与所述DSP芯片连接。本实用新型提供的管理主板和装置能够使得装置数据处理功能可在线定制化，并对传输数据可靠加密，有力保证了监测终端安全可控。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统分析技术领域，具体涉及一种用于监测电力扰动的管理主板及装置。
背景技术
随着在电网运行过程中，保证监测终端数据和控制的传输安全对于监测系统稳定运行具有重要意义，非加密方式的终端极其脆弱，容易受到攻击而失去其作用。因此，如何解决监测终端与主站之间的交互安全性是各方所共同关注的话题。现有技术中常用的是使用软件进行加密，但是该加密方式容易受到网络攻击、安全性较差。
另外，现有技术中的电力扰动监测终端监测功能出厂前固化，部署后无法根据实际需求，灵活在线调整终端功能，如数信号采样率、数字信号处理方法、扰动特征类型、测量累积、数据统计方法等，功能扩展性差。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电力扰动监测装置，以解决现有技术中的电力扰动监测终端容易受到攻击、安全性差、监测功能固化、扩展性差的问题。
根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于监测电力扰动的管理主板，包括：计算模块，用于对监测的数据进行信号处理；通信模块，用于实现管理主板与外部模块之间的通信连接；存储模块，用于存储来自所述外部模块的传输数据以及存储所述计算模块信号处理的数据；第一电源模块；用于将外界电源的电压进行转换并给所述管理主板内各模块提供电源，所述第一电源模块分别与所述计算模块、所述通信模块、所述存储模块连接，所述计算模块分别与所述存储模块、所述通讯模块连接；其中，所述计算模块包括：可编程逻辑器件、CPU、南桥芯片、DSP芯片，所述CPU与所述南桥芯片连接，所述南桥芯片与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与所述DSP芯片连接。
可选地，所述计算模块还包括程序存储设备，该程序存储设备用于存储外部模块传输的监测程序。
可选地，所述管理主板还包括：复位逻辑模块和时钟模块，所述复位逻辑模块与所述计算模块连接，所述第一电源模块与所述复位逻辑模块连接，所述时钟模块与所述第一电源模块连接。
可选地，所述通讯模块包括本地接口和以太网接口。
可选地，所述可编程逻辑器件是FPGA芯片。
本实用新型还提供一种用于监测电力扰动的装置，包括：前述所述的管理主板，用于接收外部模块发送的监测模式指令，将该监测模式指令发送给采集板，并将采集板采集的监测数据传输给外部模块；采集板，用于根据所述监测模式指令进行监测数据采集，并将采集的监测数据发送给所述管理主板；所述管理主板与所述采集板之间互相通信连接。
可选地，所述采集板包括调理电路，所述调理电路包括电压互感器、电流互感器和运算放大器。
可选地，所述采集板还包括采集模块，所述采集模块包括滤波器和模数转换器。
可选地，所述电压互感器和电流互感器均与运算放大器的同相输入端连接，运算放大器、滤波器、模数转换器的输出端、输入端依次首尾连接，模数转换器的输出端与管理主板上的存储电路连接
可选地，所述装置还包括底板和散热装置，所述管理主板和采集板均通过端子与所述底板连接，所述散热装置通过金属片与所述管理主板连接。
本实用新型提供的电力扰动监测装置，采用可编程逻辑器件实现传输数据的可靠加密，相对于软件加密方式，FPGA不仅可以实现密钥加密，而且可在密钥加密方式的基础上进行逻辑加密，如调整数据比特顺序等，保证程序更加安全的可靠传输。本实用新型提供的装置传输数据可靠加密，有力保证了终端安全可控；而且使用该可编程逻辑器件可以实现对DSP的控制，从而使得监测的指标能够根据实际监测需求进行在线更改，提供了一种可实现在线定制监测模式的电力扰动监测装置。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的管理主板的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例的管理主板的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的用于检测电力扰动的装置的结构示意图；
图4是本实用新型实施例采集板的结构示意图；
图5是本实用新型实施例基于X86架构的用于检测电力扰动的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
根据本实用新型实施例，提供了一种用于监测电力扰动的管理主板，该管理主板设置在电力扰动监测终端一侧，用于监测电力扰动。
图1是根据本实施例的用于检测电力扰动的管理主板的结构示意图，如图1所示，该管理主板包括：计算模块1、存储模块2、通讯模块3和第一电源模块4，其中该计算模块1包括可编程逻辑器件5、南桥芯片6、CPU7、DSP芯片8。
该计算模块1用于对监测的数据进行信号处理。该CPU 7与该南桥芯片6连接，该南桥芯片6与该可编程逻辑器件5连接，该可编程逻辑器件5与该DSP芯片8连接。其中该CPU可以是X86架构CPU，也可以是不限于X86架构，诸如arm等其他架构也可以用于本实用新型的管理主板。X86架构CPU通过DMI总线与南桥芯片连接，南桥芯片通过LPC接口与FPGA芯片，FPGA芯片通过地址数据总线与DSP芯片连接。该可编程逻辑器件可以是FPGA。FPGA不仅可以实现密钥加密，而且可在密钥加密方式的基础上进行逻辑加密，如调整数据比特顺序等，保证程序更加安全的可靠传输；同时该FPGA可以实现对DSP的控制，从而使得监测的指标能够根据实际监测需求进行在线更改，提供了一种可实现在线定制监测模式的电力扰动监测装置。
下面结合具体运用进行说明。实际运用时若需要更新监测模式，首先将需要更新的装置数据处理程序上传到外部设备，如上位机，进行数据传输之前该上位机和该计算模块的FPGA都预配置密钥，上位机使用密钥对传输的DSP程序进行加密存储，待上位机发送模式变更指令后，装置通过网口登陆到上位机，并且数据处理程序下载到装置存储模块；当装置控制重新上电后，FPGA会通过南桥的LPC接口读取硬盘中的数据，通过硬件解密方式对加密内容解密，并进行密钥核对，核对成功后把这些数据通过DSP的数据地址总线发送给DSP的程序存储设备(FLASH)中，并且控制DSP启动，至此装置新功能加载成功。加密的方式包括但不限于简单置换方法、对称加密AES算法等公知的加密方法。该存储模块，用于存储来自所述外部模块的传输数据以及存储所述计算模块信号处理的数据。该存储模块包括ROM存储器、RAM存储器、NOR FLASH存储器、NAND FLASH存储器和固态硬盘，ROM存储器以串行方式与CPU的四个SP1管脚连接，RAM存储器、NOR FLASH存储器、NAND FLASH存储器和固态硬盘均以并行方式与CPU及南桥芯片的控制总线管脚连接。
通信模块3，用于实现管理主板与外部模块之间的通信连接。通过该通信模块，将来自该外部模块，如上位机的的监测指令传送到该管理主板，在该管理主板执行该监测指令之后，再将执行的结果通过该通信模块传送给该上位机。该通信模块包括本地接口和以太网接口，本地接口包括USB接口、R232接口和RS485接口；以太网接口包括第一网口、第二网口、第三网口和第四网口；四个网口均是采用PCI-E接口连接到X86的CPU上；USB接口、R232接口和RS485接口是通过南桥芯片连接到X86的CPU上。
第一电源模块7，所述第一电源模块分别与所述计算模块和所述通信模块连接。所述第一电源模块包括第一电源芯片，该第一电源芯片的型号可以为MAX15041。该第一电源芯片用于将外部电源的电压进行转换并给该管理主板内各模块供电，如将来自于外部电源的12V电压转换为隔离5V、3.3V、1.8V、1.2V电压等电压，其中隔离5V电压用于给RS232接口和RS485接口供电，3.3V电压用于给CPU、FPGA、DSP、NORFLASH存储器、NANDFLASH存储器、ROM存储器、第一网卡、第二网卡、第三网卡、第四网卡、实时时钟和看门狗芯片供电，1.8V电压用于给RAM存储器和CPU供电，1.2V电压也用于给CPU供电。
该管理主板内各模块的型号选择可以做如下选择，如：DSP为6000系列的32位DSP处理器，其型号为TMS320C6748；FPGA采用赛灵思的spartan6系列芯片，其型号为XC6SLX100；X86架构CPU型号为Intel core i5 2400s处理器；南桥芯片组为C224芯片组；FPGA芯片型号为XC6SLX45-N2FGG484I。四个网卡为RTL8111网卡。上述的ROM存储器的型号为AT25640B，RAM存储器的型号为MT47H128M16RT-25，NORFLASH存储器的型号为JS28F256M29，NANDFLASH存储器的型号为MT29F16G08AB。
本实用新型的管理主板通过在管理主板上设置可编程逻辑器件这一硬件改进的方式，实现了对外部模块传输数据的安全解密，相比较于常规的仅依靠软件加密解密的方式，本实用新型设置了可编程逻辑器件的管理主板能够有效保证终端安全可控；进一步地，设置了FPGA的管理主板，通过FPGA不仅可以实现密钥加密，而且可在密钥加密方式的基础上进行逻辑加密，保证程序更加安全的可靠传输，同时FPGA可以实现对DSP的控制，从而使得监测的指标能够根据实际监测需求进行在线更改，该管理主板的监测模式可以在线更改。
作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，图2示出了根据本实用新型另一实施例的管理主板结构。该管理主板还可以包括复位逻辑模块9、时钟模块10，该计算模块还包括程序存储设备(Flash)11，该程序存储设备用于存储外部模块传输的监测程序。该复位逻辑模块9分别与该计算模块1、该第一电源模块4连接，该时钟模块10与该第一电源模块4连接。该复位逻辑模块9包括看门狗芯片，其低电平复位端连接至CPU 7的复位管脚。该时钟模块包括实时时钟，通过地址数据总线与CPU 7连接，为计算模块1提供时钟支持。具体应用中，实时时钟的型号选择可以为DS3231S；看门狗芯片的型号可以为TPS3828。
实施例2
本实施例提供一种用于监测电力扰动的装置，该装置除了监测电力扰动以外，还可以用于电力系统中电能质量监测、数据统计方法的监测等。
如图3所示，图3示意出了本实施例用于监测电力扰动装置的结构示意图。如图3所示，该用于监测电力扰动的装置包括上述实施例1中的管理主板12和采集板13，该管理主板与该采集板之间通信连接。该管理主板，用于接收外部模块发送的监测模式指令，将该监测模式指令发送给采集板，并将采集板采集的监测数据传输给外部模块；该采集板用于根据所述监测模式指令进行监测数据采集，并将采集的监测数据发送给所述管理主板。
监测电力扰动时，该管理主板接收外部模块，如上位机发送的加密数据(如：监测模式指令)，CPU把该数据装载到存储系统中，可编程逻辑器件，如FPGA通过南桥的LPC接口读取硬盘中的加密数据，经解密后并进行解密，解密数据后，把采样率等监测参数发送给采集模块的模数转换器，把监测程序等通过DSP的数据地址总线发送给程序存储设备，并且控制DSP启动。该采集模块进行模式监测；之后该采集模块将采集到的监测数据传输给管理主板，管理主板再将该监测数据传输给上位机。
该管理主板也可以用于接收该上位机发送的监测模式变更指令，并通过计算模块将将监测模式进行变更，然后采集模块根据变更后的监测模式进行数据采集、监测。
作为本实施例的一种可选实施方式，如图4和图5所示，图4示意出可选实施方式的结构示意图，图5示意出基于X86架构的装置示意图。
该装置还包括底板和散热装置(途图中未画出)，管理主板和采集板均通过有欧式端子与底板连接，散热装置通过金属片，如铜片与管理主板连接。该采集板还包括：调理电路14、采集模块15和第二电源模块16，其包括底板、采集板和管理主板、散热装置；
其中，调理电路14包括电压互感器、电流互感器和运算放大器，采集模块15包括模数转换器，第二电源模块16包括第一电源芯片。电压互感器和电流互感器均与运算放大器的同相输入端连接，且运算放大器的输出端与模数转换器的输入端连接，另外，模数转换器的输出端与管理主板上的存储电路连接。该运算放大器将电压互感器和电流互感器采集的监测点的电压信号和电流信号分别转换为二次电压和二次电流，模数转换器将二次电压和二次电流转换为采样信息，并将采样信息通过底板传输至DSP数据处理；该第二电源芯片将来自于外接电源的12V电压转换为5V电压，用于给模数转换器供电。
该散热装置包括散热风扇、散热铜片和供电接口，其中供电接口接于第一电源芯片5V电压，散热铜片与CPU接触，传导芯片因密集计算产生的热量。
该实施例用于监测电力扰动的装置在管理主板中引入了可编程逻辑器件实现装置功能可在线定制化，并保证了程序发布的安全可靠传输。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于监测电力扰动的管理主板，其特征在于，包括：
计算模块，用于对监测的数据进行信号处理；
通信模块，用于实现管理主板与外部模块之间的通信连接；
存储模块，用于存储来自所述外部模块的传输数据以及存储所述计算模块信号处理的数据；
第一电源模块；用于将外界电源的电压进行转换并给所述管理主板内各模块提供电源，所述第一电源模块分别与所述计算模块、所述通信模块、所述存储模块连接，所述计算模块分别与所述存储模块、所述通信模块连接；
其中，所述计算模块包括：可编程逻辑器件、CPU、南桥芯片、DSP芯片，所述CPU与所述南桥芯片连接，所述南桥芯片与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与所述DSP芯片连接。
2.根据权利要求1所述的管理主板，其特征在于，所述计算模块还包括程序存储设备，该程序存储设备用于存储外部模块传输的监测程序。
3.根据权利要求1所述的管理主板，其特征在于，所述管理主板还包括：复位逻辑模块和时钟模块，所述复位逻辑模块与所述计算模块连接，所述第一电源模块与所述复位逻辑模块连接，所述时钟模块与所述第一电源模块连接。
4.根据权利要求1所述的管理主板，其特征在于，所述通讯模块包括本地接口和以太网接口。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的管理主板，其特征在于，所述可编程逻辑器件是FPGA芯片。
6.一种用于监测电力扰动的装置，其特征在于，包括：
权利要求1-5所述的管理主板，用于接收外部模块发送的监测模式指令，将该监测模式指令发送给采集板，并将采集板采集的监测数据传输给外部模块；
采集板，用于根据所述监测模式指令进行监测数据采集，并将采集的监测数据发送给所述管理主板；所述管理主板与所述采集板之间互相通信连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集板包括调理电路，所述调理电路包括电压互感器、电流互感器和运算放大器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采集板还包括采集模块，所述采集模块包括滤波器和模数转换器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电压互感器和电流互感器均与运算放大器的同相输入端连接，运算放大器、滤波器、模数转换器的输出端、输入端依次首尾连接，模数转换器的输出端与管理主板上的存储电路连接。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括底板和散热装置，所述管理主板和采集板均通过端子与所述底板连接，所述散热装置通过金属片与所述管理主板连接。
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Cited By (1)
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| CN110909317A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-24 | 天津津航计算技术研究所 | 通用的fpga存储程序的加密方法 |
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