CN202978423U - 一种变电站分布式网络型远动智能终端 - Google Patents

一种变电站分布式网络型远动智能终端 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种变电站分布式网络型远动智能终端，它包括机箱,机箱内设有交直流输入及采样模件、主控CPU模块、DSP模件、开入模件、开出模件、开关电源模件、母板、液晶监控面板MMI；其中DSP模件、开入模件、开出模件、液晶监控面板MMI通过内部控制局域网CAN接口实现和主控CPU模块的内部通信。采用分布式***结构的设计，装置含有两个以太网络接口，采用标准的TCP/IP协议，10/100M通信速率；采用双备份现场总线网络CAN实现装置各模块之间的内部通讯。

Description

一种变电站分布式网络型远动智能终端
技术领域
本发明涉及的智能终端是一种多功能测控装置，针对牵引变压器、所用变压器、10kV馈线、400V馈线、所用直流***电压、电流等进行实时监控功能而设计，可广泛应用于电气化铁路牵引变电站及各种电压等级电力变电站、配电所、户外箱变、柱上开关等。该发明创造是该领域综合自动化***的重要组成部分。 
背景技术
随着电气化铁路建设的迅速发展及生产自动化程度的提高，随着以太网通信技术和高性能单片机的广泛应用，数字技术的应用及数字化趋势越来越明显；标准化的通讯协议被普遍支持；高级语言的软件开发使***的性能和可靠性得到极大的提高。社会对铁路自动化设备的要求越来越高，牵引供电的实时性、可靠性、连续性已经成为整个社会关心的重要问题之一，本发明拟作为牵引自动化***厂站设备技术上的一次突破。利用网络和高性能单片机技术打破实时监控***中的信息流通瓶颈，从而从根本上提高***的实时性。另外软硬件设计拟采用标准化开放式思想，这样***的功能扩展和冗余备份都容易得到实现，并且软件的可靠性和可移植性也将得到保证。概括起来，进行本项目的开发，有以下三个目的。 
第一，随着牵引供电、城市轨道交通、电力工业自动化的发展，供电自动化方面的需求越来越高，现有的测控终端设备在总体结构、性能指标、测控容量等方面已不能满足部分高级用户的需要。 
第二，目前牵引供电自动化领域的测控终端多为传统单CPU测控装置单网络通信模式，以时下流行的32位单片机MC68332ACFC20为主CPU实现的负荷曲线时间分辨率最高只能为20ms，且负荷曲线录制方式单一，同时，CPU处理能力，响应速度等已不再能满足用户需求。 
第三，目前国外技术水平上接近本发明预定目标的部分产品已大举涌入中国市场，国内同行也都在进行类似的开发工作，我们作为电力自动化的中坚企业，自然不能放弃这个前景广阔的市场。也就是说，激烈的市场竞争使本发明具有紧迫性。 
本发明从***结构设计上，倾向于功能模块独立，便于根据需求组态的灵活运用，且模块间耦合最大程度降低，便于扩充。同时，对于***可靠和可用性看重比例加大，采用双网双机热备，备网/服务器在主网/服务器发生故障时能自动接替当前工作，保证***持续运行。 
发明内容
本发明公开了一种高性能大容量的变电站分布式网络型远动智能终端实施方案，内容如下：本发明涉及的智能终端选用高性能MCU(POWERPC)为通信主CPU，DSP为交流采样CPU，具有交流采样测量、开关量输入、脉冲量输入、控制输出及网络通信等功能。它吸收了现代流行的分布式***结构的设计思想，装置内含有两个以太网络接口，采用标准的TCP/IP协议，10/100M通信速率；采用双备份现场总线网络CAN(控制局域网)实现各模块之间的通讯。采用汉化液晶显示、中文菜单操作，调试维护方便。可广泛应用于电气化铁路牵引变电站及各种电压等级电力变电站、配电所、户外箱变、柱上开关等。本发明的技术方案为：一种变电站分布式网络型远动智能终端，它包括机箱，其特征在于：所述机箱内设有交直流输入及采样模件、主控CPU模块、DSP模件、开入模件、开出模件、开关电源模件、母板、液晶监控面板MMI；其中DSP模件、开入模件、开出模件、液晶监控面板MMI 通过内部控制局域网CAN接口实现和主控CPU模块的内部通信。所述交直流输入及采样模件采集的交流量经变换后通过低通滤波、采样保持、多路转换送到DSP模件。 
本发明的有益效果：本发明在电气化铁路、轨道交通及变电站综合自动化领域里的综合测控终端上进行了大容量高性能、分布式、网络型等多种创新，改变了传统单CPU测控装置的设计思想，真正实现了装置模块化设计、分布式、总线控制网络型多CPU测控终端设计。与时下主流几大综自厂家的通信管理装置相比有明显优点：本发明主控模块采用高性能的微处理器CPU(POWERPC)，大容量的FALSH(288Mbyte)、SDRAM(128M byte)使得该CPU具有极强的数据处理能力，可以实现各种复杂的故障处理功能；处理能力领先同类产品，保证***稳定可靠运行；商用嵌入式操作***，负荷曲线时间分辨率可达到5ms，也更能满足用户对实时性的高标准需求。装置具备良好的移植性和维护性；软硬件模块化结构，根据不同应用需求灵活定制，便于工程实施及维护和升级，为无人值班牵引变电站提供了完善的综合自动化解决方案。 
本发明创造作为公司新一代供电自动化***产品的重要组成部分，已通过省部级鉴定，鉴定结论为:设计合理、功能齐全，整体技性能达到国际先进水平。本发明创造已经已经成功应用在广西沿海铁路扩能改造工程站后四电集成项目中，是公司目前在牵引供电自动化***中主推的产品，具有广阔的应用前景。 
本发明采用汉化液晶显示、中文菜单操作，调试维护方便。可广泛应用于电气化铁路牵引变电站及各种电压等级电力变电站、配电所、户外箱变、柱上开关等。本方案产品的交流模件、开入模件、开出模件的数量可根据不同应用需求灵活定制，便于工程实施及维护和升级，高性能的软硬件平台兼容了电气化铁路及轨道交通等供电自动化领域大容量复杂通信的要求，在目前牵引及地铁项目大力发展这一背景下，本发明必将创造良好的经济效益。 
附图说明
图1 本发明实施例的智能终端整机结构框图。 
图2 本发明实施例的智能终端采样及测量数据处理框图。 
图3 本发明实施例的智能终端主控CPU模块结构框图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明从硬件组成、模件设计、软件设计等进一步描述。 
智能终端组成：本发明涉及的智能终端由机箱、交直流输入及采样模件、主控CPU模件、DSP模件、开入模件、开出模件、开关电源模件、母板、液晶监控面板MMI组成。其中主控CPU模件、DSP模件、开入模件、开出模件、液晶监控面板MMI 通过内部控制局域网CAN接口实现和主控CPU模块的内部通信，智能终端整机结构框图参见图1。 
主要模件硬件设计： 
交直流输入及采样模件:该模件提供18个电压输入和电流输入回路，供保护和测量用，交流量经变换后通过低通滤波、采样保持、多路转换送到DSP模件。智能终端采样及测量数据处理参见图2。装置最多可配置4块交流/采样模件，每块模件都可根据工程需求灵活配置。
主控CPU模件(即主控CPU模块): 主控CPU模件是本装置的核心模块，它由单片机***、以太网部件、CAN网络通讯管理部件、串口通讯管理部件以及终端维护部件所组成。主控CPU模件由POWERPC 主CPU、128M的SDRAM、288M的FLASH、以太网通信接口、CAN通信接口、串口、GPS接口构成。高性能的微处理器CPU(POWERPC)，大容量的FALSH(288Mbyte)、SDRAM(128M byte)使得该CPU具有极强的数据处理能力，可以实现各种复杂的故障处理功能。POWERPC 主CPU是此模块的核心，负责处理整个数据处理与控制。另外，串口通信管理部件采用双100M以太网接口+双1M的内部专用CAN网络设计，装置内部通信采用无破坏优先级仲裁的CAN-BUS网络作为模块间的通讯网络，实现主控CPU模件与各个子模块的数据交换，完成遥测、遥信、遥控、遥调、遥脉、录波、GPS对时等功能。CAN网络采用多主方式工作，任一子模块均可主动发起信息传输，以此来保证重要事件信息传输的实时性和可靠性。本模块有多达4个串行口 ( RS485/RS232)，满足不同场合的通讯要求。本设计方案使各种事件都可得到快速响应，将大大提高各装置之间通信的可靠性。本模件通过网络可接入变电站自动化***或远方调度***；也可连接PC机，可以借助PC机上安装的专用调试软件包对装置进行各种远程测试、远程调试、远程升级等。智能终端主控CPU模块结构框图参见图3。 
开入模件、开出模件：装置可最多配置8块开入开出模件，开入/开出模件配置可灵活选择。开入模件为24V开入模式，每块开入模件可接32路开入。每块开出模件可提供12组开关的分合（即24路开出）。装置的所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离，所有开出量都以继电器空接点形式输出。 
液晶监控面板MMI：该模件由CPU、RAM、ROM、Flash Memory、串行EEPROM和硬件时钟构成，负责键盘处理、液晶显示、保护报文存储及和变电站自动化***的通信等，1Mbyte容量的Flash Memory可记录含录波数据的故障报告及开入变位事件，这些信息在装置直流电源消失时不丢失。 
电源模件：提供五组稳压电源：两组5V电源、两组24V电源及一组±12V电源。两组5V电源中一组给保护主控CPU模件供电，一组给液晶监控面板MMI供电；两组24V电源中一组用于驱动继电器，一组用于驱动外部开入；±12V电源给采样供电。五组电源均不共地，接地方式采用浮空法，同外壳绝缘。 
DSP模件：本模件采用DSP芯片技术，对交流模件转换来的模拟信号进行采样、计算、分析、判断。目前，一个DSP模件可最多接入4块交流模件，可同时采集最多72路模拟量，每路模拟量每周波采集32点，5ms一次基波有效值计算，20ms一次谐波有效值计算。 
机箱模件：采用标准6U结构机箱，具有较高的抗震动性能及抗电气干扰性能。既可以集中组屏组柜，也可就地安装于开关柜，构成分散式***。因而可灵活的运用于各种场合。具有较强扩展性和灵活性。 
智能终端软件设计：本发明的软件设计采用实时多任务操作***，用于实现各个采集控制等任务的调度管理，不仅提高了软件的运行可靠性，也具有更好的扩展性。软件走标准化、可重用化的道路。 
越限录波：装置测量各回路的三相交流有效值。将有效值与用户对各回路的定值进行比较，当达到设置定值且满足延时条件后将发生越限时刻点前后各100个点（点与点的间隔为20毫秒）的本回路相关的三相电压和电流有效值数据进行记录，并能以文件的方式上传给主站***，同时支持当地读取。越限判断包括：过压、欠压、过流。各个条件分别设有两个整定值，各个整定值均有相对应的延时值。对于所有的整定值和延时值都支持远方或当地读取、修改。越限判断功能可在当地和调度进行允许和禁止。 
故障录波：故障录波功能包括手动录波和故障录波。手动录波可录正常波，故障录波仅针对电流回路，提供过流、速断录波以及斜率录波判断功能，其中电流斜率录波是一种四分之一周波（5ms）算法，能够反映正确动作电流。事件记录会将触发的时刻、事件类型、相关参数一并记录存储，并记录触发点前5周波，以及后5周波的采样值波形记录下来，每个周波采集32个点，以文件的方式上传调度，录波功能可在当地和调度进行允许和禁止。可以将开关动作、参数越限设定为触发条件，一旦某一个条件成立，将会触发事件记录或波形记录。 
负荷曲线：负荷曲线功能用以记录线路24小时内的电压、电流有效值曲线。曲线的时间分辨率最高为5ms。装置用带时标的遥测量描述24小时负荷曲线。在负荷平稳的时间段，每30秒记录一个采样点，负荷变化超过额定值的2%（阀值可设定）时，每1秒记录一个采样点，当检测到电压或电流突变时，以5ms为时间分辨率，实时记录突变前5点，后10点的有效值。本装置具有最高256M字节固态存储，可以记录最少24小时的曲线数据。曲线数据可以本地保存，离线分析，也可以实时上送到监控或调度主站，由主站形成24小时曲线数据。 
进线核相功能：装置具有电压相序错（正序/负序反）告警及两回路电压不同期（异相）告警功能。当回路是电压回路，且三相电压有效值均大于60%Un时，若按正序（或负序）计算，却显示负序（或正序）的角度差，延时后报警并生成事件记录；在两回路均满足上述相同的条件下，计算出两回路任一个对应线电压的角度差，若角度差超过-30°～30°范围，延时后报警并生成两回路电压不同期（异相）告警事件记录。 
配合主站进行线路故障自动判断：通过遥测值，判断并发出故障信号，快速上报至调度主站，与主站配合完成线路故障自动判断功能，为有效地进行故障隔离提供必要条件。 
远程及当地维护：装置提供了功能强大的维护分析***软件，安装了该的软件的便携式机可以通过以太网接口和装置相连，可以实现装置定值、参数的修改、固化等操作、可以读取开入状态、实现开关遥控操作、读取装置故障和录波报告、读取装置日志文件。 
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种变电站分布式网络型远动智能终端，它包括机箱，其特征在于：所述机箱内设有交直流输入及采样模件、主控CPU模块、DSP模件、开入模件、开出模件、开关电源模件、母板、液晶监控面板MMI；其中DSP模件、开入模件、开出模件、液晶监控面板MMI 通过内部控制局域网CAN接口实现和主控CPU模块的内部通信。
2.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述交直流输入及采样模件采集的交流量经变换后通过低通滤波、采样保持、多路转换送到DSP模件。
3.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述主控CPU模块由单片机***、以太网部件、CAN网络通讯管理部件、串口通讯管理部件以及终端维护部件所组成。
4.根据权利要求3所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述主控CPU模块由POWERPC 主CPU、128M的SDRAM、288M的FLASH、以太网通信接口、CAN通信接口、串口、GPS接口构成。
5.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述开入模件、开出模件：装置的所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离，所有开出量都以继电器空接点形式输出。
6.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述液晶监控面板MMI：该模件由CPU、RAM、ROM、Flash Memory、串行EEPROM和硬件时钟构成，负责键盘处理、液晶显示、保护报文存储及和变电站自动化***的通信。
7.根据权利要求5所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述开关电源模件：提供五组稳压电源，其中两组5V电源、两组24V电源及一组±12V电源。
8.根据权利要求7所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
两组5V电源中一组给所述主控CPU模块供电，一组给所述液晶监控面板MMI供电；两组24V电源中一组用于驱动继电器，一组用于驱动外部开入；±12V电源给采样供电；五组电源均不共地，接地方式采用浮空法，同外壳绝缘。
9.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述DSP模件：对交直流输入及采样模件转换来的模拟信号进行采样、计算、分析、判断。
10.根据权利要求1所述的变电站分布式网络型远动智能终端，其特征在于：
所述机箱：采用标准6U结构机箱。
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