一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，屬于智能配電站【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明通過將可編程邏輯控制器引入到子模塊中，大大減輕了主模塊中可編程邏輯控制器的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)擴(kuò)展性顯著增強(qiáng)，主模塊可編程邏輯控制器不參與數(shù)據(jù)的前期處理，減少了系統(tǒng)資源，在外部擴(kuò)展需求較大的場(chǎng)合，亦可以考慮用較低級(jí)的處理器，適度降低系統(tǒng)成本，同時(shí)通過增加對(duì)時(shí)模塊對(duì)裝置內(nèi)的各個(gè)模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)，使各子模塊上送模塊信息時(shí)具有與主模塊相同的時(shí)標(biāo)參考，解決了電力裝置不配置統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，裝置各模塊運(yùn)行的時(shí)間差造成裝置保護(hù)誤判的問題。
【專利說明】一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，屬于智能配電站【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的智能電力裝置存在與背板的連線較多，數(shù)據(jù)總線距離較長(zhǎng)，采樣插件由于硬件差異，往往需要配合主模塊中的可編程控制芯片進(jìn)行A/D校準(zhǔn)，當(dāng)更換新的采樣插件時(shí)需要重新進(jìn)行A/D校準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)中尤其不方便，并且運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理依賴主可編程邏輯控制器，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，可編程邏輯控制器運(yùn)算壓力較大，需要配置較高級(jí)的可編程邏輯控制器、運(yùn)算內(nèi)存芯片等，成本較高。且裝置各模塊具有獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)，內(nèi)部并未配置內(nèi)同步時(shí)鐘信號(hào)，也未配置能接收外界精確時(shí)鐘信號(hào)的對(duì)時(shí)模塊。當(dāng)裝置需配置依賴時(shí)序判斷的精確保護(hù)時(shí)，存在一定缺陷。當(dāng)I/O模塊開出跳閘指令后，開入、開出模塊間存在的延時(shí)，有可能造成斷路器動(dòng)作信號(hào)對(duì)應(yīng)的開入量，存在較大延時(shí)的假象，使主控制器模塊誤判保護(hù)動(dòng)作失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，以解決目前的智能電力裝置運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理依賴主可編程邏輯控制器導(dǎo)致成本高以及沒有對(duì)時(shí)導(dǎo)致電力裝置內(nèi)各模塊時(shí)間基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，包括主模塊和從模塊，所述的主模塊包括主控制器，所述的子模塊至少包括模擬量采集模塊和I/o模塊，所述的模擬量采樣模塊包括采樣子控制器以及與之連接的采樣模塊回路，所述的I/o模塊包括I/o子控制器和I/O模塊回路，所述的采樣子控制器和I/O子控制器通過連接背板與主控制器通訊連接，所述的智能電力裝置還包括用于對(duì)主模塊和各從模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)模塊。
[0005]所述的對(duì)時(shí)模塊包括對(duì)時(shí)子控制器、主時(shí)鐘和從時(shí)鐘，所述的主時(shí)鐘用于獲取時(shí)鐘信號(hào)并通過從時(shí)鐘發(fā)送給對(duì)時(shí)子控制器，對(duì)時(shí)子控制器用于通過連接背板將對(duì)時(shí)信號(hào)發(fā)送給主控制器和從模塊中的各子控制器。
[0006]所述的子模塊還包括通訊模塊，該通訊模塊包括通訊子控制器和通訊模塊回路，該通訊子控制器用于通過通訊模塊回路管理外通訊端口，同時(shí)將板卡類型和通訊通道信息上送給主模塊。
[0007]所述的子模塊通過連接背板接入主模塊后，背板上表示子模塊在線狀態(tài)的標(biāo)識(shí)ID號(hào)通過硬件被激活，主模塊對(duì)接入的子模塊進(jìn)行管理，主模塊中的主可編程控制器對(duì)在線的子模塊ID建立映射表，通過主模塊與子模塊之間數(shù)據(jù)傳輸，得到子模塊的模塊類別，完成子模塊的自識(shí)別判定。
[0008]所述的對(duì)時(shí)模塊自主實(shí)時(shí)地對(duì)智能電力裝置中的主模塊和從模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
[0009]所述的對(duì)時(shí)模塊接收主可編程邏輯控制器的啟動(dòng)命令后對(duì)裝置中的各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過將可編程邏輯控制器引入到子模塊中，大大減輕了主模塊中可編程邏輯控制器的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)擴(kuò)展性顯著增強(qiáng)，主模塊可編程邏輯控制器不參與數(shù)據(jù)的前期處理，減少了系統(tǒng)資源，在外部擴(kuò)展需求較大的場(chǎng)合，亦可以考慮用較低級(jí)的處理器，適度降低系統(tǒng)成本，同時(shí)通過增加對(duì)時(shí)模塊對(duì)裝置內(nèi)的各個(gè)模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)，使各子模塊上送模塊信息時(shí)具有與主模塊相同的時(shí)標(biāo)參考，解決了電力裝置不配置統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，裝置各模塊運(yùn)行的時(shí)間差造成裝置保護(hù)誤判的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是沒有增加對(duì)時(shí)模塊的智能電力裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是增加對(duì)時(shí)環(huán)節(jié)的智能電力裝置對(duì)時(shí)示意圖；
[0013]圖3是基于主從控制器模塊的裝置通訊對(duì)時(shí)時(shí)序圖；
[0014]圖4是本發(fā)明的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置架構(gòu)圖；
[0015]圖5是本發(fā)明基于對(duì)時(shí)模塊的電力裝置通訊對(duì)時(shí)時(shí)序圖；
[0016]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0018]本發(fā)明應(yīng)用對(duì)象為配電站綜合控制系統(tǒng)中的綜合采集、控制裝置，此類裝置一般安裝在常規(guī)的開閉所(站)、戶外小型開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對(duì)開關(guān)設(shè)備的位置信號(hào)、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，各設(shè)備的通訊聯(lián)絡(luò)，對(duì)開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線開關(guān)的故障識(shí)別、隔離和對(duì)非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。
[0019]本發(fā)明的智能電力裝置對(duì)內(nèi)部模塊的功能進(jìn)行了重新定義，主控制器模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、保護(hù)功能；子控制器(模擬量采集、數(shù)字量采集、通訊管理等)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)合并處理，存儲(chǔ)采樣通道校準(zhǔn)信息等操作，可通過高速通訊端口與主控制器進(jìn)行交互。如圖1所示，該裝置由3大部分組成:主模塊、子模塊和連接背板。以模擬量采集、數(shù)據(jù)量采集、通訊模塊為典型擴(kuò)展子模塊為例，大體描述了主控制器模塊與子控制器模塊數(shù)據(jù)的交互方式及子控制器模塊內(nèi)部模擬信號(hào)、I/O信號(hào)、通訊信號(hào)、控制信號(hào)的相互傳遞關(guān)系。
[0020]主控制器模塊是裝置的控制中心，負(fù)責(zé)對(duì)裝置內(nèi)部所有資源的管理，具體包括子模塊的識(shí)別，子模塊數(shù)據(jù)的選通及數(shù)據(jù)切換，系統(tǒng)的保護(hù)判據(jù)，并與上層單元(如人機(jī)單元、監(jiān)控中心等)進(jìn)行交互。主模塊對(duì)子模塊的資源的調(diào)用，可用內(nèi)部映射完成。例如A/D子模塊包含η條電壓采集、m條電流采集通道，其內(nèi)部配置信息通過子模塊與主模塊間的通訊傳輸?shù)街髂K中，在主模塊中建立虛擬m+n條具備映射關(guān)系采樣通道，進(jìn)而對(duì)整個(gè)裝置內(nèi)部其他擴(kuò)展模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的配置，完成系統(tǒng)的框架。連接背板包括子模塊硬件標(biāo)識(shí)的ID號(hào)、數(shù)據(jù)總線及模塊電源端子?？蓪⒏髯幽K采集的信息通過通訊總線傳輸?shù)街髂K中，并為各模塊提供工作電源。系統(tǒng)通過背板確定模塊位置，但不依賴背板識(shí)別插件類型。除主模塊外，子模塊均為統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)，背板總線均一致，統(tǒng)一電源及通訊總線位置。子模塊集成可編程邏輯控制器，子模塊內(nèi)部完成數(shù)據(jù)處理，通過背板的通訊總線與主模塊的可編程邏輯控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0021]增加對(duì)時(shí)環(huán)節(jié)的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置對(duì)時(shí)示意圖如附圖2所示。對(duì)時(shí)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)從對(duì)時(shí)方法上分為以下2種:基于主從控制器模塊的對(duì)時(shí)(如附圖2中虛箭頭所示);基于對(duì)時(shí)模塊的對(duì)時(shí)(如附圖2中實(shí)箭頭所示)。增加對(duì)時(shí)環(huán)節(jié)的基于主從控制器模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置與附圖1中裝置系統(tǒng)圖類似，均由主控制器模塊、連接背板、子模塊3大部分組成。裝置的對(duì)時(shí)是通過在主控制器模塊和子模塊的控制芯片中傳輸帶有時(shí)鐘信號(hào)的信息來完成的，在此種對(duì)時(shí)方法下，裝置各模塊可采用通訊對(duì)時(shí)或電信號(hào)對(duì)時(shí)的方式進(jìn)行對(duì)時(shí)。若采用通訊對(duì)時(shí)方式，對(duì)時(shí)過程如附圖3所示，復(fù)用主控制器模塊與子模塊之間的通訊通道，當(dāng)插入子模塊時(shí)，主控制器模塊可對(duì)其進(jìn)行初始化操作并按照某種通信協(xié)議向各子模塊發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)描述信息，子模塊接收成功后可以向主控制器模塊回復(fù)對(duì)時(shí)成功信息。若采用電信號(hào)對(duì)時(shí)方式，可采用脈沖PPS、PPM、PPH對(duì)時(shí)或IRIG-B碼等各種電信號(hào)對(duì)時(shí)方式，主控制器模塊定點(diǎn)對(duì)各子模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
[0022]圖4為基于對(duì)時(shí)模塊的主從控制器模塊結(jié)構(gòu)智能電力裝置架構(gòu)圖，圖中增設(shè)對(duì)時(shí)模塊，系統(tǒng)由主控制器模塊、連接背板、子模塊、對(duì)時(shí)模塊4部分組成。在此種架構(gòu)下，對(duì)時(shí)模塊可通過2種方式對(duì)裝置各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí):對(duì)時(shí)模塊實(shí)時(shí)對(duì)主控制器模塊及裝置各子模塊對(duì)時(shí)；主控制器模塊向?qū)r(shí)模塊發(fā)送啟動(dòng)對(duì)時(shí)指令，對(duì)時(shí)模塊接收到指令后，再對(duì)裝置各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
[0023]圖5為采用通訊對(duì)時(shí)方式的裝置對(duì)時(shí)時(shí)序圖。對(duì)時(shí)模塊可通過上述2種方式對(duì)裝置各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。不論是基于主從控制器模塊還是基于對(duì)時(shí)模塊的對(duì)時(shí)方法，經(jīng)過對(duì)時(shí)后裝置各模塊都可以具有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，保證裝置可以配置精確的保護(hù)功能，但該時(shí)鐘信號(hào)不一定與外部GPS時(shí)鐘保持一致。若裝置在對(duì)時(shí)操作前先接收外部GPS信號(hào)并以該時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)時(shí)，則對(duì)時(shí)完成后裝置各模塊都具有與GPS同步的時(shí)鐘。
[0024]實(shí)施例
[0025]本實(shí)施例中的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置如圖6所示，包括主控制器模塊、子模塊、連接背板和對(duì)時(shí)模塊，主控制器模塊包括主控制器、存儲(chǔ)單元和運(yùn)算單元，其中子模塊包括模擬量采樣子模塊、I/o子模塊和通訊子模塊，模擬量采樣子模塊包括互相連接的采樣模塊內(nèi)部回路和采樣子控制器，采樣模塊內(nèi)部回路的輸入端用于連接外部信號(hào)，采樣子控制器通過連接背板與主控制器相連，I/o子模塊包括互相連接的I/O內(nèi)部回路和I/O子控制器，I/o內(nèi)部回路的輸入端用于連接外部信號(hào)，I/O子控制器通過連接背板與主控制器相連，通訊子模塊包括互相連接的通訊內(nèi)部回路和通訊子控制器，通訊內(nèi)部回路的輸入端用于連接外部通訊接口，通訊子控制器通過連接背板與主控制器相連，對(duì)時(shí)模塊包括子控制器、內(nèi)部時(shí)鐘、從時(shí)鐘和主時(shí)鐘，主時(shí)鐘用于獲取時(shí)鐘信號(hào)并通過從時(shí)鐘發(fā)送給對(duì)時(shí)子控制器，對(duì)時(shí)子控制器用于通過連接背板將對(duì)時(shí)信號(hào)發(fā)送給主控制器和從模塊中的各子控制器。
[0026]主控制器模塊是裝置的控制中心和資源管理中心，負(fù)責(zé)子模塊的識(shí)別、子模塊數(shù)據(jù)的選通及數(shù)據(jù)切換、系統(tǒng)對(duì)時(shí)(需進(jìn)行對(duì)時(shí)控制時(shí))、系統(tǒng)的保護(hù)配置，并與HMI進(jìn)行交互，對(duì)裝置內(nèi)部所有資源進(jìn)行管理。連接背板一方面可將各子模塊的數(shù)據(jù)信息按照一定內(nèi)部協(xié)議通過通訊總線傳輸?shù)街骺刂破髂K，接收主控制器模塊發(fā)出的信息指令并輸出給各子模塊；另一方面在一定的對(duì)時(shí)方式下可完成啟動(dòng)對(duì)時(shí)信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)在裝置各模塊中的傳輸并為裝置各模塊提供工作電源。
[0027]子模塊根據(jù)不同的模塊類型可完成數(shù)據(jù)的采集、輸出開出量信息以及通訊等功能，子模塊可通過連接背板與主控制器模塊進(jìn)行交互，上送模塊信息和數(shù)據(jù)信息并接收主控制器模塊下發(fā)的系統(tǒng)配置信息及控制指令。對(duì)時(shí)模塊內(nèi)部時(shí)鐘同步系統(tǒng)可以根據(jù)需求選擇不同的配置，本實(shí)施例中采用主備式時(shí)鐘同步系統(tǒng)配置。時(shí)鐘同步系統(tǒng)由2臺(tái)主時(shí)鐘、多臺(tái)從時(shí)鐘、內(nèi)部時(shí)鐘及其信號(hào)傳輸介質(zhì)組成。對(duì)時(shí)模塊也可靈活選擇內(nèi)同步或外同步時(shí)鐘同步配置方式，若選擇外同步時(shí)鐘同步配置方式，則可以同時(shí)接收外部無線(如GPS、BD)和有線兩種類型的精確時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)時(shí)模塊可選擇自主或受控模式同時(shí)對(duì)所有模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)，若選擇受控對(duì)時(shí)模式，則在接收到主控制器模塊下發(fā)的啟動(dòng)對(duì)時(shí)指令后再進(jìn)行對(duì)時(shí)操作。
[0028]裝置對(duì)時(shí)過程如下:對(duì)時(shí)模塊接入裝置后，自動(dòng)完成初始化操作；對(duì)時(shí)模塊選擇任一種時(shí)鐘同步配置方式(內(nèi)同步或外同步)；對(duì)時(shí)模塊根據(jù)選擇的時(shí)鐘同步配置方式及自主/受控對(duì)時(shí)模式通過連接背板采用B碼、脈沖信號(hào)對(duì)時(shí)等方式對(duì)各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，包括主模塊和從模塊，其特征在于，所述的主模塊包括主控制器，所述的子模塊至少包括模擬量采集模塊和I/o模塊，所述的模擬量采樣模塊包括采樣子控制器以及與之連接的采樣模塊回路，所述的I/o模塊包括I/O子控制器和I/o模塊回路，所述的采樣子控制器和I/O子控制器通過連接背板與主控制器通訊連接，所述的智能電力裝置還包括用于對(duì)主模塊和各從模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，其特征在于，所述的對(duì)時(shí)模塊包括對(duì)時(shí)子控制器、主時(shí)鐘和從時(shí)鐘，所述的主時(shí)鐘用于獲取時(shí)鐘信號(hào)并通過從時(shí)鐘發(fā)送給對(duì)時(shí)子控制器，對(duì)時(shí)子控制器用于通過連接背板將對(duì)時(shí)信號(hào)發(fā)送給主控制器和從模塊中的各子控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，其特征在于，所述的子模塊還包括通訊模塊，該通訊模塊包括通訊子控制器和通訊模塊回路，該通訊子控制器用于通過通訊模塊回路管理外通訊端口，同時(shí)將板卡類型和通訊通道信息上送給主模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，其特征在于，所述的子模塊通過連接背板接入主模塊后，背板上表示子模塊在線狀態(tài)的標(biāo)識(shí)ID號(hào)通過硬件被激活，主模塊對(duì)接入的子模塊進(jìn)行管理，主模塊中的主可編程控制器對(duì)在線的子模塊ID建立映射表，通過主模塊與子模塊之間數(shù)據(jù)傳輸，得到子模塊的模塊類別，完成子模塊的自識(shí)別判定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，其特征在于，所述的對(duì)時(shí)模塊自主實(shí)時(shí)地對(duì)智能電力裝置中的主模塊和從模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主從模塊結(jié)構(gòu)的智能電力裝置，其特征在于，所述的對(duì)時(shí)模塊接收主可編程邏輯控制器的啟動(dòng)命令后對(duì)裝置中的各模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。
【文檔編號(hào)】G04R20/02GK103676734SQ201310629273
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】張新昌, 伍旭剛, 應(yīng)站煌, 馬儀成, 鄭運(yùn)召 申請(qǐng)人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司