一種基于pxi總線的便攜式模擬智能單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬智能單元，具體講涉及一種基于PXI總線的便攜式模擬智能單元。
【背景技術】
[0002]智能變電站中，間隔層設備的調(diào)試測試往往需要多套設備的配合才能完成。如智能變電站的保護、測控等二次設備在進行單設備調(diào)試時，需要接入符合IEC61850標準的模擬量采樣值信號SMV、開入信號(包括開關和刀閘位置信號、壓板信號等)、開出信號(開關和刀閘的分合閘信號)和對時信號(一般采用B碼)等。
[0003]目前SMV采樣值信號一般通過數(shù)字式繼電保護測試儀來提供，但是數(shù)字式保護測試儀價格昂貴，操作相對復雜；另一方面，保護、測控裝置測試時需要智能終端提供開入、開出配合，根據(jù)測試項目，對智能終端的開入量進行選擇性短接，模擬開入量位置。這種操作方式需要頻繁更改智能終端的配置和接線，測試工作量大且易出錯。另外，還需配置專門的對時設備，為被測設備等提供對時信號。
[0004]測試需要多套測試設備配合給智能變電站保護、測控等設備的調(diào)試測試帶來不便，需要搭建相對復雜的測試環(huán)境，測試效率低，對測試人員的要求較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于PXI總線的便攜式模擬智能單元，該便攜式模擬智能單元集合并單元、智能終端、授時單元三大功能于一體，配置方法更加簡便，為保護、測控裝置的測試提供簡便快捷的測試環(huán)境。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0007]—種基于PXI總線的便攜式模擬智能單元，所述智能單元包括PXI機箱、網(wǎng)絡接口板、授時單元板、模擬量采集板、開關量輸入板和操作回路板，其改進之處在于，所述PXI機箱、網(wǎng)絡接口板和授時單元板通過PXI總線均與模擬量采集板、開關量輸入板和操作回路板連接。
[0008]其中，所述PXI機箱包括相互連接的系統(tǒng)控制器和PXI平臺，所述系統(tǒng)控制器為便攜式模擬智能單元的主控制器，用于接收GOOSE報文，完成邏輯判斷，驅(qū)動操作回路板，對出口繼電器進行控制，讀取開關量輸入板的狀態(tài)信息，并控制網(wǎng)絡接口板和授時單元板的協(xié)同工作。
[0009]其中，所述網(wǎng)絡接口板為基于FPGA的網(wǎng)絡接口板，包括如下功能:①通過PXI總線接收模擬量采集板發(fā)來的采樣值，網(wǎng)絡接口板的SMV模塊按照IEC61850-9-2格式將采樣值數(shù)據(jù)打包后，以光以太網(wǎng)的形式輸出給保護測控裝置；②接收外部輸入的GOOSE報文，解析后通過PXI總線傳給系統(tǒng)控制器，并將系統(tǒng)控制器的GOOSE報文打包后以以太網(wǎng)的形式輸出；
[0010]所述網(wǎng)絡接口板包括總線控制器、第一 FPGA模塊、以太網(wǎng)PHY芯片、晶振、雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器DDR和前面板接口 ；所述前面板接口與保護測控裝置連接；所述前面板接口、以太網(wǎng)PHY芯片和第一 FPGA模塊依次連接；所述總線控制器分別與第一 FPGA模塊和PXI總線連接；所述第一 FPGA模塊與PXI總線連接；所述晶振和雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器DDR均與第一 FPGA模塊連接；
[0011]所述第一 FPGA模塊包括由第一 FPGA芯片控制的MAC地址模塊、GOOSE模塊、SMV模塊、DDR控制器和擴展總線驅(qū)動；所述MAC地址模塊分別與GOOSE模塊和SMV模塊連接。
[0012]其中，所述授時單元板包括第二 FGPA模塊，所述第二 FGPA模塊分別與衛(wèi)星天線和恒溫晶振連接；
[0013]所述第二 FGPA模塊包括由第二 FPGA芯片控制的GPS模塊、編碼模塊和守時模塊；所述GPS模塊和守時模塊均與編碼模塊連接；所述GPS模塊通過衛(wèi)星天線接收衛(wèi)星信號，輸出秒脈沖信號和時間信息，編碼模塊按照規(guī)定的格式生成B碼數(shù)據(jù)流，通過接口驅(qū)動電路輸出光B碼和RS485格式的B碼；所述編碼模塊將秒脈沖分頻為4000Hz的采樣脈沖發(fā)給模擬量采集板，所述采樣脈沖的第一個脈沖與秒脈沖嚴格同步；若不接衛(wèi)星天線，所述GPS模塊將不輸出秒脈沖，所述守時模塊將外部恒溫晶振的秒沖信號分頻后作為標準秒脈沖使用。
[0014]其中，所述模擬量采集板用于將常規(guī)的電壓/電流互感器的信號進行隔離調(diào)理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過PXI總線發(fā)送到網(wǎng)絡接口板；
[0015]所述模擬量采集板包括依次連接的前面板接口、互感器、A/D芯片和第三FPGA模塊；
[0016]所述第三FPGA模塊包括由第三FPGA芯片控制的第一開關量掃描模塊、計算模塊、第一事件順序記錄模塊和第一消抖模塊；
[0017]所述第一開關量掃描模塊用于掃描每個開關量的變化，打上時間戳；所述第一消抖模塊用于對開入量的抖動做消抖處理，對于抖動小于消抖時間的開關量變化做無效處理；所述第一事件順序記錄模塊(SOE)用于對每個有效的開關量變化形成SOE記錄，每條記錄包括開關量的編號、變化開始的時間(精確到ms)和變化后的電平狀態(tài)；
[0018]從所述第三FPGA模塊的外部端子引進的電壓和電流信號通過互感器的隔離轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過濾波和放大后，送到A/D芯片；由FPGA芯片接收來自于授時單元板的4000Hz同步采樣脈沖，按照采樣脈沖控制A/D芯片的采樣時刻，計算模塊收到A/D的采樣值后，經(jīng)過計算和打包后發(fā)給網(wǎng)絡接口板，所述網(wǎng)絡接口板以IEC61850-9-2的格式發(fā)給保護測控裝置。
[0019]其中，所述開關量輸入板由依次連接的信號調(diào)理電路、隔離電路和第四FPGA模塊組成；
[0020]所述第四FPGA模塊包括由第四FPGA芯片控制的第二開關量掃描模塊、第二消抖模塊和第二事件順序記錄模塊；
[0021]從端子輸入的遙信信號，經(jīng)過限流電路和光電隔離后，再經(jīng)過濾波和整形后，送到FPGA的掃描模塊，F(xiàn)PGA掃描開關量的狀態(tài)，做消抖處理后，再打上時間戳后生成SOE事件信息，通過PXI總線發(fā)給系統(tǒng)控制器。
[0022]其中，所述操作回路板由操作回路、隔離電路和第五FPGA模塊組成；所述隔離電路分別與操作回路和第五FPGA模塊連接；所述第五FPGA模塊包括由第五FPGA芯片控制的DO模塊、第三消抖模塊和第三事件順序記錄模塊；
[0023]所述DO模塊通過PXI總線接收系統(tǒng)控制器發(fā)來的控制信息，經(jīng)過解碼后，通過驅(qū)動電路控制相應的繼電器，以實現(xiàn)斷路器、刀閘設備的控制；并通過隔離電路，掃描電力系統(tǒng)一次設備的狀態(tài)，通過第三消抖模塊做消抖處理后，發(fā)給第三事件順序記錄模塊生成SOE事件信息，最后通過PXI總線發(fā)給系統(tǒng)控制器。
[0024]本發(fā)明提供的技術方案具有的優(yōu)異效果是:
[0025]本發(fā)明提供了集合并單元、智能終端和授時單元于一體的的整合型模擬智能單元的設計方法，該設備采用了基于PXI的標準機箱，各個板卡采用了標準板間接口，通用性強，升級換代方便。無需采用后臺軟件，只需要網(wǎng)絡瀏覽器就可以完成對裝置的配置、控制和文件上傳等工作。應用該設備，在對智能變電站保護、測控裝置進行測試時，只需要與傳統(tǒng)的模擬式保護測試儀配合，就可以完成二次設備的檢測。應用該裝置簡化了智能變電站二次設備的測試環(huán)境，無需依賴數(shù)字式保護測試儀、授時設備等，為采用傳統(tǒng)繼電保護測試儀實現(xiàn)智能變電站的各類設備的測試提供了便利條件，便于現(xiàn)場人員應用和管理維護。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明提供的便攜式模擬智能單元板卡示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明提供的授時單元板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明提供的模擬量輸入板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明提供的開關量輸入板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明提供的操作回路板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明提供的網(wǎng)絡接口板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7是本發(fā)明提供的總體功能結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖8是本發(fā)明提供的Web配置功能結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0035]以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠?qū)嵺`它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權利要求書的整個范圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。
[0036]基于PXI總線的便攜式模擬智能單元，包括PXI機箱以及5塊外圍插件(基于FPGA的網(wǎng)絡接口板、授時單元板、模擬量采集板、操作回路板、開關量輸入板)，如圖1所示。所述PXI機箱、網(wǎng)絡接口板和授時單元板通過PXI總線均與模擬量采集板、開關量輸入板和操作回路板連接。
[0037]PXI機箱包括PXI平臺和系統(tǒng)控制器。PXI機箱選用NI公司現(xiàn)成的PXI機箱，是整套裝置的主控部分，含系統(tǒng)控器和電源。其余板卡均為自主設計。PXI(PCI extens1nsfor Instrumentat1n，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展)是一種由NI公司發(fā)布的基于PC的測量和自動化平臺，具有高性能背板和牢固而可靠的機械封裝。
[0038]系統(tǒng)控制器:用于接收GOOSE報文，完成邏輯判斷，驅(qū)動操作回路板，對出口繼電器進行控制，讀取開入板的狀態(tài)信息，并控制網(wǎng)絡接口板、授時單元板的協(xié)同工作。
[0039]授時單元板如圖2所示，其作用是為整套裝置提供時間的基準，同時對外輸出標準的對時信號，包括B碼、秒脈沖、SNTP，以滿足各個待測裝置對時間精度的要求。授時單元板產(chǎn)生的時間信息通過PXI的觸發(fā)總線送到每個插槽，間隔是1ms，同時產(chǎn)生頻率為4000Hz的同步脈沖送到模擬量采集板作為采樣脈沖。對外輸出的B碼信號可以為保護、測控等裝置提供對時信號，接口類型是光纖ST接口和電口 485，方便現(xiàn)場接線。
[0040]授時單元板包括第二 FGPA模塊，所述第二 FGPA模塊分別與衛(wèi)星天線和恒溫晶振連接；第二 FGPA模塊包括GPS模塊、編碼模塊和守時模塊；所述GPS模塊和守時模塊均與編碼模塊連接。
[0041]GPS模塊通過天線接受衛(wèi)星信號，輸出秒脈沖信號和時間信息，F(xiàn)PGA內(nèi)的編碼模塊按照規(guī)定的格式生成B碼的數(shù)據(jù)流，通過驅(qū)動電路輸出光B碼和RS485格式的B碼