CN220475801U - 一种适用于配电网的物联网关机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于该物联网关机集成了交换机功能、通信规约转换功能、无线通讯功能、配电终端管理、巡检维护和数据采集等功能。该物联网关机采用嵌入式设计，由多个模块组成，包括母板模件、CPU模块、交换机芯片、COM模块、DIO模块、5G模块、加密模块、显示模块和双电源模块；母板模件的插槽提供DC5V工作电压给其他模块，同时构建内部高速总线使各模块之间能进行数据交互。本实用新型能够实现配电设备的远程监控、远程管理和本地巡检，提高了配电物联网的管理效率和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统保护和控制技术领域，尤其涉及一种适用于配电网的物联网关机。
背景技术
传统的配电网系统存在着许多问题，比如设备管理不足、故障排查困难、数据采集不全面、无线通信安全性差等。由于缺乏有效管理方式配电网的配电终端、消防设备、门禁设备、空调设备等无法接入到配电自动化主站系统，导致工作人员只能定期按照计划去巡检，这样的巡检工作量大，无法覆盖所有的设备。随着物联网技术的发展，可通过物联网技术实现对配电终端设备的智能管理和监测，以及对配电系统数据的采集、分析和处理等功能变的可能。目前配电网系统中尚未出现专门针对配电终端设备的成熟的物联网设备。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有技术的缺陷，提供一种适用于配电网的物联网关机。该设备采用物联网技术，可以对配电终端设备进行智能管理和监测，实时监测设备状态并进行故障排查，提高设备管理的效率和准确性。此外，该设备还能全面采集配电终端设备、消防设备、门禁设备等设备的数据，并通过5G网络传输至配电自动化主站或其他系统。此外，该设备还具备智能巡检功能，可减少人工巡检工作量，提高配电网的运维效率，从而大大提高配电网的管理水平，为电力系统的安全运行提供保障。
本实用新型采用的技术方案为：
一种适用于配电网的配电物联网关机，装置采用嵌入式设计由多个模块组成，包括母板模件、双电源模块、CPU模块、COM模块、DIO模块、显示模块和5G模块；
进一步的，所述母板模件设有多个插槽，其他模块安装在对应位置的插槽上运行；母板模件提供多组多针插槽，其他各模块安装在对应的插槽上。电源模块提供的5V电压通过母板插槽内的取电针提供给其他各模块。母板模件构建内部高速总线(HSB总线)，各模块之间能通过高速总线的形式进行数据交互，最大传输速率为100Mbps。
进一步的，所述CPU模块设有处理芯片、存储设备和FPGA芯片，FPGA芯片通过其高速I/O端口连接至内部高速总线上，将数据处理后实时交互至处理芯片，处理芯片处理上下行数据；上行数据包括与配电主站系统、其他物联网设备的通讯报文；下行数据包含接入设备的状态量数据、内部高速总线的通讯报文、与其他模块的通讯报文；存储设备用于存储接入设备的程序文件和数据文件；
进一步的，物联网关接入不同类型的配电终端设备，各设备与物联网关机的通讯协议有IEC103、Modbus、IEC61850等，CPU模块通过规约转换模块处理不同的通信协议接入请求，实现不同设备间的数据交互，同时将数据通过IEC104、IEC101、IEC61850等通讯规约上送至配电主站系统或其他物联网设备。
进一步的，CPU模块将接入设备的程序信息、配置信息备份至存储器中，配网主站系统可通过遥控执行巡检命令，物联网关机执行对接入设备的巡检，对比接入设备的程序和配置信息，并将对比结果上送后台；CPU模块的存储设备存储接入设备的程序和数据文件，定期或接收远方命令后与接入设备实时的信息进行对比，备份或恢复接入设备的数据。
进一步的，CPU模块的FPGA芯片可配置，FPGA芯片将高速总线上的网络报文过滤后再传给处理芯片处理，能减少处理芯片的负荷。
进一步的，所述COM模块上安装有交换机芯片，交换机芯片1连接COM模块的电通讯口，芯片2连接COM模件的光通讯口。可配置交换机芯片1和交换机芯片2的CPU模块，启用交换机芯片后COM模块的电口和光口可设置为交换机通讯口，其中交换机芯片1与多个电口连接，交换机芯片2与多个光口连接。不启用则COM模块的电口和光口作为独立的通讯口使用。
进一步的，所述COM模块设有多个通信接口包括光通讯口、电通讯口、串口(RS232、RS485)；COM模块设有串口(RS232、RS485)，配电辅助设备如温度传感器等设备可通过RS232串口接入物联网关机；打印机、站内消防设备、台区设备等设备可通过RS485串口接入物联网关机；所述COM模块提供RS232串口和RS385串口，其中RS232串口用于连接电表、温度传感器；RS485串口支持ModBus规约用于连接打印机、站内消防设备、门禁设备。
进一步的，所述DIO模块设置有多路DI和多路DO，可接入开关量信号并提供出口节点。
进一步的，所述5G模块由5G通信模组、加密模块、高增益可外接天线、GPS天线和接口芯片组成。所述5G模块设有5G芯片模组，兼容4G网络，能够实现高速、稳定的无线通讯。其中，5G通信模组接收天线接收到的5G信号，通过接口芯片将数字信号传输到CPU模块进行处理。加密模块作为模块之一，集成在5G模块中，实现对无线数据的加密和解密，保证数据安全传输，数据通过5G通信方式传输到远程服务器或其他设备。GPS天线接收到时间信息后，将其传递给FPGA芯片进行解码。解码后的时间信息通过内部高速总线传输给CPU模块进行进一步处理。处理后的时间信息再通过内部高速总线发送给各模块，实现时间同步。
进一步的，所述显示模块配备了控制LED灯亮灭和颜色变化的驱动电路和多个双色LED灯，包括装置告警灯、运行灯、异常灯、电源灯、开入灯、光口通讯灯和电口通讯灯，其中红色和绿色分别表示不同的工作状态，绿色标识正常，红色标识故障，熄灭标识与CPU模块通讯中断；5G信号LED灯，通过5格信号标识5G信号的强弱。配置了DI模块LED灯，绿色标识对应的DI位置为合位，熄灭标识对应DI位置为分位。CPU模块通过内部高速总线实时采集物联网关机各模块的状态和通信链路状态，并控制显示模块驱动电路，实现对各模块状态的监测和显示。
进一步的，所述电源模块采用双重电源供电系统，为物联网关机提供工作电源，并同时提供电源故障告警输出硬结点信号。
有益效果
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：1、该配电物联网关机的设计具有模块化、灵活性强、通信效率高、安全性能好等特点，能够实现对配电终端设备的智能管理和监测，全面采集配电终端设备、消防设备、门禁设备等设备的数据，并通过5G网络传输至配电自动化主站或其他系统。
2、该设备还具备智能巡检功能，减少人工巡检工作量，提高配电网的运维效率，大大提高配电网的管理水平，为电力系统的安全运行提供保障。
附图说明
图1是本实用新型一种适用于配电网的物联网关机的各模块连接结构示意图。
图2是本实用新型一种适用于配电网的物联网关机的背板图。
图3是本实用新型一种适用于配电网的物联网关机的面板图。
附图中各模块的标记如下：11-母板模件，12-双电源模块，13-CPU模块，14-COM模块，15-DIO模块，16-显示模块，17-5G模块。
具体实施方式
下面将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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示的一种适用于配电网的配电物联网关机，装置采用嵌入式设计由多个模块组成，包括母板模件11、双电源模块12、CPU模块13、COM模块14、DIO模块15、显示模块16和5G模块17；母板模件11设有多个插槽，如图2、图3所示其他各模块安装在对应位置的插槽上运行；母板模件11提供多组多针插槽，其他各模块安装在对应的插槽上。电源模块提供的5V电压通过母板插槽内的取电针提供给其他各模块。母板模件11构建内部高速总线(HSB总线)，各模块之间能通过高速总线的形式进行数据交互，最大传输速率为100Mbps。
如图1所示CPU模块13设有处理芯片、存储设备和FPGA芯片，FPGA芯片通过其高速I/O端口连接至内部高速总线上，将数据处理后实时交互至处理芯片，处理芯片处理上下行数据；上行数据包括与配电主站系统、其他物联网设备的通讯报文；下行数据包含接入设备的状态量数据、内部高速总线的通讯报文、与其他模块的通讯报文。
物联网关接入不同类型的配电终端设备，各设备与物联网关机的通讯协议有IEC103、Modbus、IEC61850等，CPU模块13通过规约转换模块处理不同的通信协议接入请求，同时将数据通过IEC104、IEC101、IEC61850上送至配电主站系统或其他物联网设备。
CPU模块13将接入设备的程序信息、配置信息备份至存储器中，配网主站系统可通过遥控命令执行巡检指令，物联网关机执行对接入设备的巡检，对比接入设备的程序和配置信息，并将对比结果上送后台。通过将接入设备的程序信息和配置信息备份至存储器中，能够有效地保护这些信息，避免因设备故障或其他原因导致的信息丢失。同时，通过配网主站系统的遥控命令执行巡检，能够及时发现接入设备的问题并解决，保证设备的正常运行和数据的稳定传输。
CPU模块13的FPGA芯片可配置，FPGA芯片将高速总线上的网络报文过滤后再传给处理芯片处理，能减少处理芯片的负荷。
所述COM模块14上安装有交换机芯片，芯片1连接COM模块14的电通讯口，芯片2连接COM模件的光通讯口。可配置交换机芯片1和交换机芯片2的CPU模块13，启用交换机芯片后COM模块14的电口和光口可设置为交换机通讯口，其中交换机芯片1与多个电口连接，交换机芯片2与多个光口连接。不启用则COM模块14的电口和光口作为独立的通讯口使用。
如图2所示COM模块14设有串口(RS232、RS485)，配电辅助设备如门禁设备、温度传感器等设备可通过RS232串口接入物联网关机；打印机、智能电表、站内消防设备、台区设备等设备可通过RS485串口接入物联网关机；
如图2所示DIO模块15设置有多路DI和多路DO，可接入硬结点信号并提供出口节点。
如图1、图2所示5G模块17由5G通信模组、加密模块、高增益可外接天线、GPS天线和接口芯片组成。其中，5G通信模组接收天线接收到的5G信号，通过接口芯片将数字信号传输到CPU模块13进行处理。加密模块作为模块之一，集成在5G模块17中，实现对无线数据的加密和解密，保证数据安全传输，数据通过5G通信方式传输到远程服务器或其他设备。GPS天线接收到时间信息后，将其传递给FPGA芯片进行解码。解码后的时间信息通过内部高速总线传输给CPU模块13进行进一步处理。处理后的时间信息再通过内部高速总线发送给各模块，实现时间同步。
如图3显示模块16配备了控制LED灯亮灭和颜色变化的驱动电路和多个双色LED灯，包括装置告警灯、运行灯、异常灯、电源灯、开入灯、光口通讯灯和电口通讯灯，其中红色和绿色分别表示不同的工作状态，绿色标识正常，红色标识故障，熄灭标识与CPU模块13通讯中断；5G信号LED灯，通过5格信号标识5G信号的强弱。配置了DI模块LED灯，绿色标识对应的DI位置为合位，熄灭标识对应DI位置为分位。CPU模块13通过内部高速总线实时采集物联网关机各模块的状态和通信链路状态，并控制显示模块16驱动电路，实现对各模块状态的监测和显示。
如图1、图3所示所述双电源模块12采用双重电源供电系统，为物联网关机提供工作电源，并同时提供电源故障告警输出硬结点信号，输入电压为DC110/220V，输出电压为DC5V/24V，电源的工作状态可通过图3的PWR1、PWR2灯显示。如图2所示，每个双电源模块12均设有可控开关。
综上所述，该配电物联网关机的设计具有模块化、灵活性强、通信效率高、安全性能好等特点，能够实现对配电终端设备的智能管理和监测，全面采集配电终端设备、消防设备、门禁设备等设备的数据，并通过5G网络传输至配电自动化主站或其他系统。此外，该设备还具备智能巡检功能，减少人工巡检工作量，提高配电网的运维效率，大大提高配电网的管理水平，为电力系统的安全运行提供保障。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于：装置采用嵌入式设计由多个模块组成，包括母板模件、双电源模块、CPU模块、COM模块、DIO模块、显示模块和5G模块；
所述母板模件设有多个插槽，各模块安装在对应位置的插槽上运行；
所述双电源模块采用双重电源供电系统，为物联网关机提供工作电源，并同时提供电源故障告警输出硬结点信号；
所述CPU模块设有处理芯片、存储设备和FPGA芯片，FPGA芯片通过其高速I/O端口连接至内部高速总线上，将数据处理后实时交互至处理芯片，处理芯片处理上下行数据；存储设备用于存储接入设备的程序文件和数据文件；所述COM模块上安装有两个交换机芯片，CPU模块启用交换机芯片后COM模块的电口和光口可设置为交换机通讯口，其中一个交换机芯片与多个电通讯口连接，另一个交换机芯片与多个光通讯口连接；不启用则COM模块的电口和光口作为独立的通讯口使用；
所述COM模块设有多个通信接口包括光通讯口、电通讯口、串口(RS232、RS485)；
所述DIO模块设置有多路DI和多路DO，可接入开关量信号并提供出口节点；
所述显示模块提供多组双色LED灯，用于显示网关机的工作状态；
所述5G模块设有5G芯片模组，兼容4G网络，能够实现高速、稳定的无线通讯。
2.根据权利要求1所述的一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于：CPU模块的FPGA芯片可配置，FPGA芯片将高速总线上的网络报文过滤后再传给处理芯片处理，能减少处理芯片的负荷。
3.根据权利要求1所述的一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于：CPU模块的存储设备存储接入设备的程序和数据文件，定期或接收远方命令后与接入设备实时的信息进行对比，备份或恢复接入设备的数据。
4.根据权利要求1所述的一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于，所述COM模块提供RS232串口和RS385串口，其中RS232串口用于连接电表、温度传感器；RS485串口支持ModBus规约用于连接打印机、站内消防设备、门禁设备。
5.根据权利要求1所述的一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于，所述5G模块由5G通信模组、加密模块、高增益可外接天线、GPS天线和接口芯片组成；所述5G通信模组接收天线接收到的5G信号，通过接口芯片将数字信号传输到CPU模块进行处理；加密模块实现对无线数据的加密和解密，保证数据安全传输，数据通过5G通信方式传输到远程服务器或设备；GPS天线接收到时间信息后，将其传递给FPGA芯片进行解码，解码后的时间信息通过内部高速总线传输给CPU模块进行进一步处理，处理后的时间信息再通过内部高速总线发送给各模块，实现时间同步。
6.根据权利要求1所述的一种适用于配电网的物联网关机，其特征在于，所述显示模块中配备了控制LED灯亮灭和颜色变化的驱动电路和多个双色LED灯，包括装置告警灯、运行灯、异常灯、电源灯、开入灯、光口通讯灯和电口通讯灯；CPU模块通过内部高速总线实时采集物联网关机各模块的状态和通信链路状态，并控制显示模块驱动电路，从而实现对各模块状态的监测和显示。
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