CN214851287U - 一种配电物联网关装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种配电物联网关装置，包括CPU模件、电源模件、保护设备通信模件、辅助设备通信模件以及无线通信模件；电源模件用于提供工作电源；CPU模件中设有处理器、FPGA以及以太网通信模块，处理器通过FPGA和以太网通信模块与配电主站、其他配电网关等之间收发以太网数据；保护设备通信模件中设有第二处理器和第二以太网通信模块，设置有多个用于接入保护装置信号的下行以太网通信接口，与CPU模件通过以太网通信连接；辅助设备通信模件中设有用于接入辅助设备信号的RS485通信模块和RS232通信模块以及隔离电路单元。本实用新型能够支持接入保护设备或辅助设备，以实现对所接入设备的状态信息采集，便于实现集中的运维管理，可降低检修风险，提高运检效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统通信技术领域，特别是一种配电物联网关装置。
背景技术
随着电网技术的发展，主网供电可靠性有了长足的进步，配网系统的对于保障供电可靠性的重要意义更加凸显。然而，配网覆盖面积大、设备分布广，传统巡检方式需要投入大量的人力资源，导致人力资源十分紧张，亟需通过自动化手段来承担部分人工巡检工作。同时，随着保护装备水平的提升，传统的定期检修模式逐渐暴露出弊端，不仅检修针对性不强，而且存在较大的安全风险，但目前配网系统中尚还未有针对配网保护及辅助设备巡检的配电物联网关成熟产品。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种配电物联网关装置，支持接入保护设备或辅助设备，以实现对所接入设备的状态信息采集，便于实现集中的运维管理，可降低检修风险，提高运检效率。
本实用新型采用的技术方案为：一种配电物联网关装置，包括CPU模件、电源模件、保护设备通信模件、辅助设备通信模件以及无线通信模件；所述电源模件用于提供工作电源；
所述CPU模件中设有处理器、FPGA以及以太网通信模块，以太网通信模块设置有多个以太网通信接口，处理器与FPGA通信连接，FPGA与以太网通信模块通信连接，使得处理器能够通过所述以太网通信接口收发以太网数据；
所述保护设备通信模件中设有第二处理器和第二以太网通信模块，第二以太网通信模块设置有多个用于接入保护装置信号的下行以太网通信接口，以及用于与CPU模件中的以太网通信模块之间通信的以太网通信接口；
所述辅助设备通信模件中设有用于接入辅助设备信号的至少一个RS485通信模块和至少一个RS232通信模块，以及隔离电路单元；所述RS485通信模块和RS232通信模块通过隔离电路单元与CPU模件中处理器的串行通信接口连接通信；
所述无线通信模件中设有Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块中的一种或多种，Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块均通过串口与CPU模件中的处理器连接通信。
可选的，CPU模件中，所述FPGA还设有IRIG-B码对时接口，FPGA内预烧录有IRIG-B码解码电路。能够用于实现差分电B码对时功能。
可选的，CPU模件中，所述多个以太网通信接口包括：用于级联其他配电网关的多个百兆光以太网口，用于与配电主站、云主站和/或辅控主站连接通信的多个百兆电以太网口。
可选的，CPU模件中处理器与FPGA之间通过RGMII、SDIO或SPI接口通信连接。
可选的，保护设备通信模件中的第二以太网通信模块与CPU模件中的以太网通信模块，两者通信的以太网通信接口之间通过线对板连接器进行电连接，其中线对板连接器安装于CPU模件中的电路板上，线对板连接器的线缆电连接至保护设备通信模件的电路板上。
可选的，保护设备通信模件中，第二以太网通信模块的下行以太网通信接口采用集成有状态指示灯的RJ45连接器。
可选的，辅助设备通信模件还设有LED指示模块以及LED驱动电路单元，LED指示模块包括多个对应不同通信状态的LED指示灯，LED驱动电路单元与CPU模件中的处理器连接通信；处理器根据配电物联网关装置与保护设备和辅助设备的通信状态，向LED驱动电路单元发送控制信号，以通过LED驱动电路单元控制不同LED指示灯亮起或熄灭。
可选的，所述多个对应不同通信状态的LED指示灯包括运行指示灯、故障指示灯、异常指示灯，所述LED指示模块设有电源指示灯，电源指示灯由CPU模件的直流输入电源驱动。CPU模件的直流输入电源来自于电源模件，电源模件可由外部输入DC24V或DC48V，输出DC5V为各个模件提供电源能量。
可选的，辅助设备通信模件中，对应各RS485通信模块和RS232通信模块分别设有隔离电路单元；
CPU模件中处理器的一组UART端口中，TX引脚同时连接一个RS485隔离电路单元和一个RS232隔离电路单元的TX输入端，该RS485隔离电路单元和RS232隔离电路单元的RX输出端采用光耦开集输出线与的连接方式输出信号至该组UART端口的RX引脚。能够实现处理器自适应RS485和RS232的信号输入。
可选的，无线通信模件中，Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块的天线接口通过SMA连接器引出至无线通信模件外以连接天线；
配电物联网关装置还包括机箱，机箱采用2U 整层机架式机箱，各外接端口设置于机箱前端，机箱后端设有挂壁机构。前接线模式以及可切换为壁挂式的设计能够实现网关装置的灵活部署。
有益效果
本实用新型的配电物联网关装置，能够支持与保护设备及辅助设备间进行命令交互、信息采集，以方便进行计算和逻辑判断，进而便于实现开闭所或环网柜内保护装置的智能运维管理，并具备保护装置状态监测及信息上送，辅助设备监测及信息上送功能，可降低检修风险，提高运检效率。
附图说明
图1所示为本实用新型配电物联网关装置的一种实施例架构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1所示，本实施例的配电物联网关装置包括CPU模件、电源模件、保护设备通信模件（网络通信扩展模件）、辅助设备通信模件以及无线通信模件。
电源模件用于提供为其他模件提供工作电源，可由外部输入DC24V或DC48V，输出DC5V为各个模件提供电源能量。
CPU模件中设有处理器、FPGA以及以太网通信模块，处理器作为网关装置的核心控制芯片，通过FPGA实现各种对外的数交互接口，具体的：以太网通信模块设置有多个以太网通信接口，处理器与FPGA通信连接，FPGA与以太网通信模块通信连接，使得处理器能够通过所述以太网通信接口收发以太网数据；基于FPGA实现以太网物理层和数据层通信可参考现有技术。
保护设备通信模件即图1中的网络通信扩展模件，其设有第二处理器和第二以太网通信模块，第二以太网通信模块设置有多个用于接入保护装置信号的下行以太网通信接口，以及用于与CPU模件中的以太网通信模块之间通信的以太网通信接口。
辅助设备通信模件即图1中的COM1模件，作为CPU模件的副板，其设有用于接入辅助设备信号的至少一个RS485通信模块和至少一个RS232通信模块，以及隔离电路单元；所述RS485通信模块和RS232通信模块通过隔离电路单元与CPU模件中处理器的串行通信接口连接通信。
无线通信模件，即图1中的COM2模件，设有Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块中的一种或多种，Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块均通过串口与CPU模件中的处理器连接通信。
本实施例能够实现与各种保护设备及辅助设备间进行命令交互、信息采集，便于实现开闭所或环网柜内保护装置的智能运维管理，并具备保护装置状态监测及信息上送，辅助设备监测及信息上送功能，可降低检修风险，提高运检效率。
实施例2
本实施例的配电物联网关装置如图1所示，包括：
CPU模件，可用于数据采集、边缘计算和逻辑判断，与配电主站、云主站、辅控主站通信，级联其他配电网关装置的CPU模件；
COM1模件，即辅助设备通信模件，内设8个可复用串口RS232/RS485，以接入保护设备或辅助设备，并设置LED指示模块用于指示装置工作状态；
网络通信扩展模件，即保护设备通信模件，用于通过最多24个下行网络通信接口接入保护设备，以及通过百兆以太网与CPU模件通信；
COM2模件，即无线通信模件，用于实现RF433、GPS/北斗、Lora等无线通信模块的信号接入；
电源模件，用于为装置中的各个模件提供工作电源。
配电物联网关装置还包括机箱，机箱采用2U 整层机架式机箱，各外接端口设置于机箱前端，机箱后端设有挂壁机构。前接线模式以及可切换为壁挂式的设计能够实现网关装置的灵活部署。
本实施例中，CPU模件可采用现有高性能多核处理器与FPGA的结合实现，处理器与FPGA之间通过高速通信接口RGMII、SDIO或SPI进行数据交互，通过FPGA实现光以太网口、电以太网口、电B码对时接口、RS485/RS232串口、无线模块通信等基本功能。对数据进行计算和逻辑判断，并与配电主站、云主站、辅控主站通信实现数据交互。
在电B码对时的功能实现上，FPGA设有IRIG-B码对时接口，具体为在FPGA内预烧录IRIG-B码解码电路，以实现差分电B码对时功能。
COM1模件作为CPU模件的附板，用于扩展下行串口RS232/RS485、提供LED状态指示灯，实现了节省成本和简化插件互联设计。
在串口功能实现方面，COM1模件中对应各RS485通信模块和RS232通信模块分别设有隔离电路单元。CPU模件中处理器的一组UART端口中，TX引脚同时连接一个RS485隔离电路单元和一个RS232隔离电路单元的TX输入端，该RS485隔离电路单元和RS232隔离电路单元的RX输出端采用光耦开集输出线与的连接方式输出信号至该组UART端口的RX引脚，能够实现处理器自适应RS485和RS232的信号输入。
在机箱对外端子上，RS232和RS485信号定义为不同的接口，采用隔离电源模块实现接口的隔离。
在LED状态指示功能的实现方面，COM1模件内设有LED指示模块以及LED驱动电路单元，LED驱动电路可采用现有技术，LED指示模块包括多个对应不同通信状态的LED指示灯，LED驱动电路单元与CPU模件中的处理器连接通信；处理器根据配电物联网关装置与保护设备和辅助设备的通信状态，向LED驱动电路单元发送控制信号，以通过LED驱动电路单元控制不同LED指示灯亮起或熄灭。
上述多个对应不同通信状态的LED指示灯包括运行指示灯、故障指示灯、异常指示灯，同时LED指示模块还设有电源指示灯。LED指示灯采用1x4灯柱，分别指示运行、电源、故障、异常。运行和故障指示灯可由CPU模件的告警GJ信号驱动，异常指示灯由CPU模件的呼唤HH信号驱动，电源指示灯由CPU模件的直流输入电源驱动。CPU模件的直流输入电源来自于电源模件，电源模件可由外部输入DC24V或DC48V，输出DC5V为各个模件提供电源能量。电源模件提供常闭节点，以便装置在失去电源时节点闭合告警。
网络通信扩展模件中设置第二处理器和第二以太网通信模块，第二以太网通信模块设置有多个用于接入保护装置信号的下行以太网通信接口，以及用于与CPU模件中的以太网通信模块之间通信的以太网通信接口。第二以太网通信模块与CPU模件中的以太网通信模块，两者通信的以太网通信接口之间通过线对板连接器进行电连接，其中线对板连接器安装于CPU模件中的电路板上，线对板连接器的线缆电连接至保护设备通信模件的电路板上。第二以太网通信模块的下行以太网通信接口采用集成有状态指示灯的RJ45连接器。
网络通信扩展模件可选配8、16、24个以太网口，接入开闭所或环网柜内保护装置，并通过百兆以太网与CPU模件通信。
无线通信模件中，Lora、GPS/北斗、RF433模块采用串口与CPU模件通讯，天线侧的接口通过SMA连接器引出面板。
以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (10)
1.一种配电物联网关装置，其特征是，包括CPU模件、电源模件、保护设备通信模件、辅助设备通信模件以及无线通信模件；所述电源模件用于提供工作电源；
所述CPU模件中设有处理器、FPGA以及以太网通信模块，以太网通信模块设置有多个以太网通信接口，处理器与FPGA通信连接，FPGA与以太网通信模块通信连接，使得处理器能够通过所述以太网通信接口收发以太网数据；
所述保护设备通信模件中设有第二处理器和第二以太网通信模块，第二以太网通信模块设置有多个用于接入保护装置信号的下行以太网通信接口，以及用于与CPU模件中的以太网通信模块之间通信的以太网通信接口；
所述辅助设备通信模件中设有用于接入辅助设备信号的至少一个RS485通信模块，至少一个RS232通信模块，以及隔离电路单元；所述RS485通信模块和RS232通信模块通过隔离电路单元与CPU模件中处理器的串行通信接口连接通信；
所述无线通信模件中设有Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块中的一种或多种，Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块均通过串口与CPU模件中的处理器连接通信。
2.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，CPU模件中，所述FPGA还设有IRIG-B码对时接口，FPGA内预烧录有IRIG-B码解码电路。
3.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，CPU模件中，所述多个以太网通信接口包括：用于级联其他配电网关的多个百兆光以太网口，用于与配电主站、云主站和/或辅控主站连接通信的多个百兆电以太网口。
4.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，CPU模件中处理器与FPGA之间通过RGMII、SDIO或SPI接口通信连接。
5.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，保护设备通信模件中的第二以太网通信模块与CPU模件中的以太网通信模块，两者通信的以太网通信接口之间通过线对板连接器进行电连接，其中线对板连接器安装于CPU模件中的电路板上，线对板连接器的线缆电连接至保护设备通信模件的电路板上。
6.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，保护设备通信模件中，第二以太网通信模块的下行以太网通信接口采用集成有状态指示灯的RJ45连接器。
7.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，辅助设备通信模件还设有LED指示模块以及LED驱动电路单元，LED指示模块包括多个对应不同通信状态的LED指示灯，LED驱动电路单元与CPU模件中的处理器连接通信；处理器根据配电物联网关装置与保护设备和辅助设备的通信状态，向LED驱动电路单元发送控制信号，以通过LED驱动电路单元控制不同LED指示灯亮起或熄灭。
8.根据权利要求7所述的配电物联网关装置，其特征是，所述多个对应不同通信状态的LED指示灯包括运行指示灯、故障指示灯、异常指示灯；
所述LED指示模块还设有电源指示灯，电源指示灯由CPU模件的直流输入电源驱动。
9.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，辅助设备通信模件中，对应各RS485通信模块和RS232通信模块分别设有隔离电路单元；
CPU模件中处理器的一组UART端口中，TX引脚同时连接一个RS485隔离电路单元和一个RS232隔离电路单元的TX输入端，该RS485隔离电路单元和RS232隔离电路单元的RX输出端采用光耦开集输出线与的连接方式输出信号至该组UART端口的RX引脚。
10.根据权利要求1所述的配电物联网关装置，其特征是，无线通信模件中，Lora通信模块、GPS/北斗通信模块、RF433通信模块的天线接口通过SMA连接器引出至无线通信模件外以连接天线；
配电物联网关装置还包括机箱，机箱采用2U 整层机架式机箱，各外接端口设置于机箱前端，机箱后端设有挂壁机构。
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