專利名稱：數(shù)字化變電站采集控制一體化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采集、控制一體化的裝置，用于數(shù)字化變電站中有自動控制、聯(lián)鎖控制需求的各類應(yīng)用，比如溫度自動控制、風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖等。
背景技術(shù)：
常規(guī)的變電站內(nèi)對輔助及環(huán)境系統(tǒng)只有就地信號采集，通過硬接線將少量信號送到變電站后臺；并且只能實現(xiàn)簡單的繼電器單體控制，或硬接線實現(xiàn)的簡單聯(lián)鎖功能。即使是使用裝置實現(xiàn)的，也多是提供簡單的串行通信功能，不能很好的和變電站綜合自動化系統(tǒng)融合。由于數(shù)字化變電站的不斷推廣，常規(guī)的變電站輔助系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)的采集控制方式已經(jīng)不能滿足數(shù)字化變電站對信息互通、一體化等高級要求，同時新的數(shù)字化站對節(jié)能環(huán)保也提出更高的要求。因此需要一種新的裝置，能夠完成對輔助設(shè)施及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集控制，并能夠通過IEC61850將數(shù)據(jù)上送后臺，完成和變電站后臺的無縫連接；要求能夠自動控制通風(fēng)、供暖、照明等站內(nèi)輔助及環(huán)境系統(tǒng)，以實現(xiàn)變電站安全、節(jié)能的運(yùn)行；同時還要求輔助設(shè)施之間數(shù)據(jù)互通，以實現(xiàn)消防聯(lián)動、安防報警、門禁聯(lián)鎖等功能。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是:為解決上述提出的數(shù)字化變電站的新要求，設(shè)計了一種基于圖形化的可配置軟硬件、IEC61850規(guī)約和GOOSE通信的集采集、控制功能于一體的裝置，可就地安裝。本實用新型的技術(shù)方案是，數(shù)字化變電站采集控制一體化的裝置，包括電源插件，CPU插件、智能I/O插件和人機(jī)接口插件。CPU插件，智能I/O插件之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；其中CPU插件包含集成DSP功能的微處理器CPU芯片、以太網(wǎng)控制器和物理層(PHY)芯片，接收相應(yīng)的人機(jī)接口插件輸入的信息，同時將最終的輸出結(jié)果連接到人機(jī)接口插件和后臺保護(hù)工程站；，智能I/O插件包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、熱電阻輸入、模擬量輸入、模擬量輸出和串口通信插件，開關(guān)量輸入、熱電阻輸入、模擬量輸入以硬接線方式接入智能I/O插件，智能儀表或傳感器通過串口通信方式接入智能I/O插件串口通信插件，智能I/O插件采集的數(shù)據(jù)經(jīng)裝置內(nèi)部CAN總線傳輸至CPU插件，完成數(shù)據(jù)采集功能；裝置以可視化編程方式實現(xiàn)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)內(nèi)部CAN總線傳輸至開關(guān)量輸出、模擬量輸出和串口通信插件，完成控制功能；上位機(jī)通過站控層網(wǎng)絡(luò)連接到CPU插件的物理層芯片和以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)控制器將解析的報文連接送給CPU芯片，CPU處理報文數(shù)據(jù)請求，將結(jié)果經(jīng)以太網(wǎng)控制器反饋回上位機(jī)，實現(xiàn)裝置與上位機(jī)之間的通信，其中裝置以太網(wǎng)控制器提供GOOSE通信接口，完成裝置間通信及聯(lián)動，實現(xiàn)GOOSE聯(lián)鎖通信。BOl:CPU插件(NR4106)提供最多四路以太網(wǎng)口(兩路光纖以太網(wǎng)、兩路雙絞線以太網(wǎng))，串行打印口。實現(xiàn)GOOSE聯(lián)鎖。B02108，智能I/O插件，可以根據(jù)實際應(yīng)用要求，選用不同類型和數(shù)量的IO插件。[0007]圖1 中裝置 B02 B06 插件(NR4410、NR4501、NR4420、NR4521、NR4411)分別采集現(xiàn)場設(shè)備的模擬量輸入(Al)、開關(guān)量輸入(DI)、熱電阻輸入(RTD)信號，并輸出開關(guān)量輸出(D0)、模擬量輸出(AO)信號到現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制；B07 (NR4205)插件通過串行485通信采集其他智能設(shè)備的信號，并能通過通信對響應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制。如圖2所示，CPU插件通過背板CAN總線與智能IO插件進(jìn)行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。通過人機(jī)接口插件實現(xiàn)對裝置的人工操作。監(jiān)控后臺通過CPU插件的以太網(wǎng)口與裝置相連，實現(xiàn)監(jiān)控一體化。通過CPU插件的網(wǎng)口，借助GOOSE通信，完成裝置間信號的共享，從而實現(xiàn)裝置間信號的聯(lián)鎖控制功能。CPU插件采用雙核L138處理器，ARM核用于處理對上通信及裝置管理，DSP核用于控制，兩個核通過共享內(nèi)存高速交換數(shù)據(jù)。其中裝置的串口通信遵循GB/T19582協(xié)議(串口 Modbus協(xié)議)及變電站常用的消防、門禁、周界報警協(xié)議。該裝置配置有7個自定義智能I/O插件槽位，可通過可視化的配置，提供多種自定義I/o插件組合，任一槽位可配置或不配置I/O插件。信號處理與邏輯運(yùn)算功能由CPU插件完成，且邏輯算法以可視化功能塊圖的方式實現(xiàn)，對于不同的應(yīng)用，可以從模塊庫中選擇合適的模塊，通過簡單的圖形化拖拽和連線完成特定的控制功能。裝置提供豐富的可視化功能模塊的模塊庫，可根據(jù)自動控制對象特性從算法模塊庫中選用合適的算法模塊組合，對被控對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制功能，并可以通過功能塊圖(FBD)方式進(jìn)行圖形化組態(tài)，實現(xiàn)對變電站通風(fēng)、門禁、給排水、照明、取暖、空調(diào)、消防等系統(tǒng)的自動化采集控制，并能實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖保護(hù)、控制。裝置配有以太網(wǎng)通信(100Mbps、超五類線或光纖通信)接口可接入站控層網(wǎng)絡(luò)，支持IEC-61850通信規(guī)約，實現(xiàn)裝置描述的遠(yuǎn)方查看、裝置配置的遠(yuǎn)方查看、控制定值遠(yuǎn)方查看修改功能。裝置輸入輸出信號的遠(yuǎn)方查看、裝置運(yùn)行狀態(tài)(包括動作元件的狀態(tài)、運(yùn)行告警和裝置自檢信息)的遠(yuǎn)方查看。本實用新型的有益效果:1.裝置硬件可以根據(jù)實際采集、控制信號的數(shù)量和類型，靈活的配置板卡的數(shù)量及種類，并根據(jù)不同的設(shè)備控制要求，進(jìn)行靈活的控制邏輯組態(tài)，適應(yīng)各種不同的變電站輔助和環(huán)境系統(tǒng)的監(jiān)控需求。2.裝置結(jié)合變電站輔助設(shè)備和環(huán)境監(jiān)測的特點，完善了各種數(shù)據(jù)處理、控制算法，實現(xiàn)了設(shè)備的啟停邏輯控制、過程的回路控制，達(dá)到較高的準(zhǔn)確性和可靠性。3.擁有強(qiáng)大的GOOSE功能，不需要硬接線即可實現(xiàn)裝置間的聯(lián)絡(luò)和配合，方便實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的聯(lián)鎖控制功能，使得信號可以就地采集。4.擁有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和通信能力。從硬件上配有2個獨立的以太網(wǎng)接口。支持電力行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999 (IEC60870-5-103)和新一代變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，能與監(jiān)控及自動化系統(tǒng)配合使用，實現(xiàn)全站測控。5.擁有全站同步采樣和SOE上送能力。為此裝置對時接口可支持多種GPS對時方式，包括接點對時、485對時，支持IRGB碼對時。6.裝置采用PCS系列保護(hù)成熟平臺。32位高性能的CPU和DSP、內(nèi)部高速總線、智能1/0，硬件和軟件均采用模塊化設(shè)計，靈活可配置，具有通用、易于擴(kuò)展、易于維護(hù)的特點。
圖1為本實用新型采集、控制一體化裝置的系統(tǒng)背板端子圖。圖2為本實用新型采集、控制一體化裝置的系統(tǒng)原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明:本實用新型的一體化裝置，包含電源插件，CPU插件、智能I/O插件和人機(jī)接口插件。CPU插件，智能I/O插件之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；CPU插件接收相應(yīng)的人機(jī)接口插件輸入的信息，同時將最終的輸出結(jié)果連接到人機(jī)接口插件和后臺保護(hù)工程站。裝置配置B01 B09共9個插件插槽，如圖1所示。BOl:CPU插件(NR4106)提供最多四路以太網(wǎng)口(兩路光纖以太網(wǎng)、兩路雙絞線以太網(wǎng))，串行打印口。實現(xiàn)GOOSE聯(lián)鎖。B02、08，智能I/O插件，可以根據(jù)實際應(yīng)用要求，選用不同類型和數(shù)量的IO插件。B09,電源插件。圖1 中裝置 B02 B06 插件(NR4410、NR4501、NR4420、NR4521、NR4411)分別采集現(xiàn)場設(shè)備的模擬量輸入(Al)、開關(guān)量輸入(DI)、熱電阻輸入(RTD)信號，并輸出開關(guān)量輸出(D0)、模擬量輸出(AO)信號到現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制；B07 (NR4205)插件通過串行485通信采集其他智能設(shè)備的信號，并能通過通信對響應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制。如圖2所示，CPU插件通過背板CAN總線與智能IO插件進(jìn)行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。通過人機(jī)接口插件實現(xiàn)對裝置的人工操作。監(jiān)控后臺通過CPU插件的以太網(wǎng)口與裝置相連，實現(xiàn)監(jiān)控一體化。通過CPU插件的網(wǎng)口，借助GOOSE通信，完成裝置間信號的共享，從而實現(xiàn)裝置間信號的聯(lián)鎖控制功能。CPU插件采用雙核L138處理器，ARM核用于處理對上通信及裝置管理，DSP核用于控制，兩個核通過共享內(nèi)存高速交換數(shù)據(jù)。現(xiàn)場實施時，根據(jù)需要監(jiān)視和控制設(shè)備的種類、數(shù)量，確定需要的I/O插件數(shù)量，并選用相關(guān)插件，確定裝置的硬件配置。然后通過可視化的硬件組態(tài)工具，配置裝置的硬件組成。硬件配置結(jié)束后，根據(jù)被控對象控制邏輯的要求及聯(lián)鎖要求，通過可視化的軟件組態(tài)，確定裝置的控制邏輯?？梢暬M態(tài)軟件采用功能塊圖方式進(jìn)行邏輯組態(tài)，并支持在線調(diào)試。
權(quán)利要求1.數(shù)字化變電站采集控制一體化的裝置，包括CPU插件、電源插件、智能I/O插件和人機(jī)接口插件，CPU插件、智能I/O插件之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；其中CPU插件包含集成DSP功能的微處理器CPU芯片、以太網(wǎng)控制器和物理層芯片，智能I/O插件包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、熱電阻輸入、模擬量輸入、模擬量輸出和串口通信插件，其特征是:開關(guān)量輸入、熱電阻輸入、模擬量輸入以硬接線方式接入智能I/O插件，智能儀表或傳感器通過串口通信方式接入串口通信插件，智能I/O插件采集的數(shù)據(jù)經(jīng)裝置內(nèi)部CAN總線傳輸至CPU插件；上位機(jī)通過站控層網(wǎng)絡(luò)連接到CPU插件的物理層芯片和以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)控制器將解析的報文連接送給CPU芯片，CPU處理報文數(shù)據(jù)請求，報文數(shù)據(jù)請求結(jié)果經(jīng)以太網(wǎng)控制器反饋至數(shù)字化變電站上位機(jī)。
專利摘要數(shù)字化變電站采集控制一體化的裝置，包含CPU插件、電源插件和智能I/O插件，其中CPU插件包含集成DSP功能的微處理器CPU芯片、以太網(wǎng)控制器和物理層芯片，智能I/O插件包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、熱電阻輸入、模擬量輸入、模擬量輸出和串口通信插件，開關(guān)量輸入、熱電阻輸入、模擬量輸入以硬接線方式接入智能I/O插件，智能儀表或傳感器通過串口通信方式接入串口通信插件，智能I/O插件采集的數(shù)據(jù)經(jīng)裝置內(nèi)部CAN總線傳輸至CPU插件；上位機(jī)通過站控層網(wǎng)絡(luò)連接到CPU插件的物理層芯片和以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)控制器將解析的報文連接送給CPU 芯片，CPU處理報文數(shù)據(jù)請求，將結(jié)果經(jīng)以太網(wǎng)控制器反饋回上位機(jī)，實現(xiàn)裝置與上位機(jī)之間的通信。
文檔編號G05B19/418GK202995381SQ20122006510
公開日2013年6月12日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者徐衛(wèi)峰, 趙剛, 郝勇生 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司