一种用于变电站综合自动化系统的高性能通信管理装置

摘要

本发明涉及一种用于变电站综合自动化系统的高性能通信管理装置，其特征在于，包括数据总线，在数据总线上挂载有CPU模块、以太网模块、串口模块、CAN模块、电源模块、LCD显示模块及LED指示模块。本发明能够有效提高变电站自动化系统的可扩展性，同时本身具有高可靠性，平均无故障运作时间长，人机交互液晶屏可以实时查看各设备相关参数，能够同时完成多种通信协议的转换，从而实现通信数据的实时传输，满足了变电站自动化系统的实时性要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于电力系统测控装置中的变电站综合自动化系统中的 高性能的通信管理装置。

背景技术

常见的变电站综合自动化系统具有各种测控装置、各种保护装置、GPS同步 装置、故障录波装置、智能电度表等，各种装置的输出数据是整个变电站综合自 动化系统的数据来源，各种装置大多来自不同厂家，其接口类型，通信方式，通 信规约各不相同。变电站综合自动化系统中有当地后台监控或远方调度主站对整 个系统中的设备数据进行监测和控制，监控或调度主站通信方式及通信规约也不 尽相同。考虑到变电站智能设备的接入和远动规约的实现以及多媒体多协议之间 交换数据和信息处理的需要，就需要一种专门的通信管理装置作为单元节点，在 整个自动化系统通信网络构成方面起到主导地位。通信管理装置用于实现对整个 变电站综合系统现场设备信息收集，并集中送往当地后台监控或远方调度主站， 同时将后台监控或调度主站的命令传递给各级不同的设备，实现当地或远传控 制，在变电站自动化系统中承担着各级智能设备与上级监控系统中心之间承上启 下的数据传输控制枢纽作用。

发明内容

本发明的目的是提供应用于变电站综合自动化系统中的具有通用灵活可配 置性的通信管理装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于变电站综合自动化 系统的高性能通信管理装置，其特征在于，包括数据总线，在数据总线上挂载有 CPU模块、以太网模块、串口模块、CAN模块、电源模块、LCD显示模块及 LED指示模块，其中：

CPU模块采用低功耗ARM9系列处理器，低功耗ARM9系列处理器与大容 量RAM及大容量FLASH相连；

以太网模块包括至少一路网口电路，每路网口电路包括挂载在数据总线上的 以太网芯片，以太网芯片经由以太网磁耦隔离电路与网络接口相连；

串口模块包括至少四路挂载在数据总线上的串口电路，每路串口电路包括与 数据总线相连的串口信号处理电路，串口信号处理电路依次连接电平转换电路、 串口磁耦隔离电路及串口端口；

CAN模块包括至少一路CAN总线接口电路，每路CAN总线接口电路包括 与数据总线相连的CAN总线信号处理电路，CAN总线信号处理电路依次连接 CAN总线磁耦隔离电路及CAN端口；

不同数目的网口电路、串口电路及CAN总线接口电路分别集成在不同的插 卡上，根据具体的工程要求插入相应的插卡后使得整个系统集成的网口电路、串 口电路或CAN总线接口电路与数据总线相连。

优选地，所述串口端口为RS232/RS422/RS485全功能串口。

优选地，所述电源模块采用高性能电源输入，并通过外部电源冗余技术实现 电源同步宽幅输入。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的高性能通信管理装置的应用， 其特征在于：将多台上述的高性能通信管理装置级联使用。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的高性能通信管理装置的应用， 其特征在于：使用两台上述的高性能通信管理装置，一台高性能通信管理装置为 主设备，另一台高性能通信管理装置为备用设备，当主设备出现故障或检修停止 后，备用设备就启动运行，代替主设备继续工作。

本发明提供的通信管理装置能够准确、高效地将实现规约接入接出存储及数 据处理，在硬件上和软件上都采用模块化的结构。软件设计采用分时间片实现多 任务处理的机制，满足系统的实时性要求。硬件设计基于板卡选配可扩展设计， 避免了因芯片级及设计系统升级而修改硬件的麻烦，可以根据具体的实际工程进 行选配功能硬件卡，这样节约了实际成本并减少了系统升级的工作量，提高了工 作效率，使通信管理装置能够满足绝大多数工程案例场合，真正实现了通用灵活 可配置性。

本发明能够有效提高变电站自动化系统的可扩展性，同时本身具有高可靠 性，平均无故障运作时间长，人机交互液晶屏可以实时查看各设备相关参数，能 够同时完成多种通信协议的转换，从而实现通信数据的实时传输，满足了变电站 自动化系统的实时性要求。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于变电站综合自动化系统的高性能通信管理装 置。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的一种用于变电站综合自动化系统的高性能通信管 理装置，其特征在于，包括数据总线，在数据总线上挂载有CPU模块、以太网 模块、串口模块、CAN模块、电源模块、LCD显示模块及LED指示模块。

CPU模块是整个通讯管理装置核心，用于控制其他模块的运行和上层通信 规约的处理，采用低功耗ARM9系列处理器，其拥有强劲的处理性能。还包括 大容量RAM、ROM、大容量FLASH、看门狗电路、实时时钟电路及晶振电路。 ROM具有1M字节的容量，RAM具有2M字节，FLASH为2M字节，这些为 CPU模块快速稳定运行提供了可靠的保障。软件系统及数据系统均高度优化， 可实现大容量实时数据库，同时也为接入更多设备提供了必要的支持内置大容量 RAM作为实时数据库储存实时数据，内置大容量FLASH作为配置系统参数设 置的存储，真正满足大容量实时通讯需求，可进行各种外设扩展，性能卓越，可 靠性高。

以太网模块包括3路网口电路，每路网口电路包括挂载在数据总线上的以太 网芯片，以太网芯片经由以太网磁耦隔离电路与网络接口相连。由3个10M以 太网控制器(即以太网芯片)，采用标准的输入输出模式，3个控制器出了用于 接收，控制来自厂站的保护、测控等装置传上来的数据外，也可用来向后台或调 度等转发数据。

串口模块包括12路挂载在数据总线上的串口电路，每路串口电路包括与数 据总线相连的串口信号处理电路，串口信号处理电路依次连接电平转换电路、串 口磁耦隔离电路及RS232/RS422/RS485全功能串口。串口的RS232/RS485/RS422 工作模式，串口的数据位，校验位，停止位等由配置软件设置。12路串口均可 用于数据采集和数据转发。

CAN模块包括2路CAN总线接口电路，每路CAN总线接口电路包括与数 据总线相连的CAN总线信号处理电路，CAN总线信号处理电路依次连接CAN 总线磁耦隔离电路及CAN端口。CAN控制器是一种局域网控制器，它是以全网 广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，仅仅接收需 要接收的数据。其好处是可在线上网下网，即插即用和多站接收。

电源模块采用性能良好的宽范围输入开关电源，交流85V～264V频率 47Hz～60Hz，输出为电压为直流5V，为整个通信管理装置供电。电源模块功率 <＝20W。

本发明采用先进的开放式模块化插卡架构，采用开放式模块化插卡系统架 构，提供多元化的标准接口，可与现场各种自动化设备互联。不同数目网口电路、 串口电路及CAN总线接口电路分别集成在不同的插卡上，根据具体的工程要求 插入相应的插卡后使得整个系统集成的网口电路、串口电路或CAN总线接口电 路与数据总线相连。

以太网磁耦隔离电路、串口磁耦隔离电路及CAN总线磁耦隔离电路为高等 级的磁耦隔离，又称数字隔离，是一种基于芯片尺寸的隔离技术，因其更高的集 成度，更快的速度，更强的瞬态共模抑制能力，更小的功耗等特性从而实现了光 电隔离器无法比拟的性能优势。

本发明采用工业级低功耗宽温设计，系统运行温度-25～+75℃，运行功耗 <＝20W，无风扇散热结构设计。为了适用于变电站自动化中数据的安全可靠性， 两台管理装置可以配合使用实现双机热备储，极大程度提高了整个系统的稳定 性，可靠性。提供多种级联工作方式，为系统的扩展组合提供了极大的方便性和 灵活性。

智能电网强大规约库主要体现在系统的设备端支持规约为各种直流屏规约， 五防规约，MODBUS规约，94规约，保护规约，电度表规约，小电流接地规约， 电力仪表规约等。系统远动支持多种传输规约协议IEC103，IEC104，IEC101，， DNP，CDT，UDP103为不同客户端按信息类型定值传输不同内容，满足不同用 户要求，并能对IEC61850平台进行良好兼容扩展。可进行二次开发，可定制各 种协议。

本发明的接线及其安装简单，完善的后台配置维护软件，人机接口液晶界面 友好，简洁直观明了，方便配置，便于维护与升级。

本通信管理装置为了达到简易工程实施目的，因为不同的客户，不同的工程 需求，造成工程现场的设备和规约各不相同，所以需要根据现场工程需要对通信 管理装置进行相应的配置。配置软件还可以在调试的时候查看通信报文，查看采 集上来设备的数据等。配置软件包含通信属性配置，采集规约配置，采集设备配 置，转发规约配置，用户信息软件版本的配置等。

通信属性配置：网络IP地址及子网掩码设置；串口模式、波特率、校验位、 数据位、停止位设置；CAN的波特率设置。

采集规约配置：使用哪个规约，用哪种通信方式哪个端口进行通信。

采集设备配置：设备地址，设备属于哪种采集规约，设备使用哪个通信端口。

转发规约配置：使用哪种转发规约，转发使用哪个通信端口。

用户信息软件版本配置：用于设置管理装置的用户信息及相关软件版本。

本通信管理装置还可以通过RS485/RS422串行级联、以太网级联、级联服 务器方式以满足一些较大项目的需求。一般较大项目数据量也很大，需要多台管 理机才能完成采集工作，但在向远方主站转发时，由于通信通道只能有一路，不 可能多台管理机都向主站转发自己采集的那部分数据，必须将数据集中起来，然 后再统一转发出去，这就涉及到多台管理装置级联问题。

本通信管理装置为满足变电站自动化系统的高可靠性。实现了双机主备冗余 来实现整个系统的安全可靠性，一般情况下只有一台主设备在实际工作，当主设 备出现故障或检修停止后，备用设备就启动运行，代替主设备继续工作，当主机 器恢复后，备用设备会退出工作。本通信管理装置支持主备冗余功能。

上述功能只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的 人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡 根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。