一種基于pxi總線的便攜式模擬智能單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]智能變電站中，間隔層設(shè)備的調(diào)試測(cè)試往往需要多套設(shè)備的配合才能完成。如智能變電站的保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備在進(jìn)行單設(shè)備調(diào)試時(shí)，需要接入符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的模擬量采樣值信號(hào)SMV、開(kāi)入信號(hào)(包括開(kāi)關(guān)和刀閘位置信號(hào)、壓板信號(hào)等)、開(kāi)出信號(hào)(開(kāi)關(guān)和刀閘的分合閘信號(hào))和對(duì)時(shí)信號(hào)(一般采用B碼)等。
[0003]目前SMV采樣值信號(hào)一般通過(guò)數(shù)字式繼電保護(hù)測(cè)試儀來(lái)提供，但是數(shù)字式保護(hù)測(cè)試儀價(jià)格昂貴，操作相對(duì)復(fù)雜；另一方面，保護(hù)、測(cè)控裝置測(cè)試時(shí)需要智能終端提供開(kāi)入、開(kāi)出配合，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)智能終端的開(kāi)入量進(jìn)行選擇性短接，模擬開(kāi)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(cè)試工作量大且易出錯(cuò)。另外，還需配置專門的對(duì)時(shí)設(shè)備，為被測(cè)設(shè)備等提供對(duì)時(shí)信號(hào)。
[0004]測(cè)試需要多套測(cè)試設(shè)備配合給智能變電站保護(hù)、測(cè)控等設(shè)備的調(diào)試測(cè)試帶來(lái)不便，需要搭建相對(duì)復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境，測(cè)試效率低，對(duì)測(cè)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(shù)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(shí)單元三大功能于一體，配置方法更加簡(jiǎn)便，為保護(hù)、測(cè)控裝置的測(cè)試提供簡(jiǎn)便快捷的測(cè)試環(huán)境。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)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(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)接口板、授時(shí)單元板、模擬量采集板、開(kāi)關(guān)量輸入板和操作回路板，其改進(jìn)之處在于，所述PXI機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)接口板和授時(shí)單元板通過(guò)PXI總線均與模擬量采集板、開(kāi)關(guān)量輸入板和操作回路板連接。
[0008]其中，所述PXI機(jī)箱包括相互連接的系統(tǒng)控制器和PXI平臺(tái)，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(bào)文，完成邏輯判斷，驅(qū)動(dòng)操作回路板，對(duì)出口繼電器進(jìn)行控制，讀取開(kāi)關(guān)量輸入板的狀態(tài)信息，并控制網(wǎng)絡(luò)接口板和授時(shí)單元板的協(xié)同工作。
[0009]其中，所述網(wǎng)絡(luò)接口板為基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)接口板，包括如下功能:①通過(guò)PXI總線接收模擬量采集板發(fā)來(lái)的采樣值，網(wǎng)絡(luò)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(hù)測(cè)控裝置；②接收外部輸入的GOOSE報(bào)文，解析后通過(guò)PXI總線傳給系統(tǒng)控制器，并將系統(tǒng)控制器的GOOSE報(bào)文打包后以以太網(wǎng)的形式輸出；
[0010]所述網(wǎng)絡(luò)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(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DDR和前面板接口 ；所述前面板接口與保護(hù)測(cè)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(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)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(kuò)展總線驅(qū)動(dòng)；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(shí)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(shí)模塊；所述GPS模塊和守時(shí)模塊均與編碼模塊連接；所述GPS模塊通過(guò)衛(wèi)星天線接收衛(wèi)星信號(hào)，輸出秒脈沖信號(hào)和時(shí)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(guò)接口驅(qū)動(dòng)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(gè)脈沖與秒脈沖嚴(yán)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(shí)模塊將外部恒溫晶振的秒沖信號(hào)分頻后作為標(biāo)準(zhǔn)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(hào)進(jìn)行隔離調(diào)理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)PXI總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)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(kāi)關(guān)量掃描模塊、計(jì)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(kāi)關(guān)量掃描模塊用于掃描每個(gè)開(kāi)關(guān)量的變化，打上時(shí)間戳；所述第一消抖模塊用于對(duì)開(kāi)入量的抖動(dòng)做消抖處理，對(duì)于抖動(dòng)小于消抖時(shí)間的開(kāi)關(guān)量變化做無(wú)效處理；所述第一事件順序記錄模塊(SOE)用于對(duì)每個(gè)有效的開(kāi)關(guān)量變化形成SOE記錄，每條記錄包括開(kāi)關(guān)量的編號(hào)、變化開(kāi)始的時(shí)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(jìn)的電壓和電流信號(hào)通過(guò)互感器的隔離轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)濾波和放大后，送到A/D芯片；由FPGA芯片接收來(lái)自于授時(shí)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(shí)刻，計(jì)算模塊收到A/D的采樣值后，經(jīng)過(guò)計(jì)算和打包后發(fā)給網(wǎng)絡(luò)接口板，所述網(wǎng)絡(luò)接口板以IEC61850-9-2的格式發(fā)給保護(hù)測(cè)控裝置。
[0019]其中，所述開(kāi)關(guān)量輸入板由依次連接的信號(hào)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(kāi)關(guān)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(hào)，經(jīng)過(guò)限流電路和光電隔離后，再經(jīng)過(guò)濾波和整形后，送到FPGA的掃描模塊，F(xiàn)PGA掃描開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，做消抖處理后，再打上時(shí)間戳后生成SOE事件信息，通過(guò)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(guò)PXI總線接收系統(tǒng)控制器發(fā)來(lái)的控制信息，經(jīng)過(guò)解碼后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制相應(yīng)的繼電器，以實(shí)現(xiàn)斷路器、刀閘設(shè)備的控制；并通過(guò)隔離電路，掃描電力系統(tǒng)一次設(shè)備的狀態(tài)，通過(guò)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(guò)PXI總線發(fā)給系統(tǒng)控制器。
[0024]本發(fā)明提供的技術(shù)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(shí)單元于一體的的整合型模擬智能單元的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)備采用了基于PXI的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，各個(gè)板卡采用了標(biāo)準(zhǔn)板間接口，通用性強(qiáng)，升級(jí)換代方便。無(wú)需采用后臺(tái)軟件，只需要網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以完成對(duì)裝置的配置、控制和文件上傳等工作。應(yīng)用該設(shè)備，在對(duì)智能變電站保護(hù)、測(cè)控裝置進(jìn)行測(cè)試時(shí)，只需要與傳統(tǒng)的模擬式保護(hù)測(cè)試儀配合，就可以完成二次設(shè)備的檢測(cè)。應(yīng)用該裝置簡(jiǎn)化了智能變電站二次設(shè)備的測(cè)試環(huán)境，無(wú)需依賴數(shù)字式保護(hù)測(cè)試儀、授時(shí)設(shè)備等，為采用傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)智能變電站的各類設(shè)備的測(cè)試提供了便利條件，便于現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)用和管理維護(hù)。
【附圖說(shuō)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(shí)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(kāi)關(guān)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(luò)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(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)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(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開(kāi)了超過(guò)一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)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(jī)箱以及5塊外圍插件(基于FPGA的網(wǎng)絡(luò)接口板、授時(shí)單元板、模擬量采集板、操作回路板、開(kāi)關(guān)量輸入板)，如圖1所示。所述PXI機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)接口板和授時(shí)單元板通過(guò)PXI總線均與模擬量采集板、開(kāi)關(guān)量輸入板和操作回路板連接。
[0037]PXI機(jī)箱包括PXI平臺(tái)和系統(tǒng)控制器。PXI機(jī)箱選用NI公司現(xiàn)成的PXI機(jī)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(shè)計(jì)。PXI(PCI extens1nsfor Instrumentat1n，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)是一種由NI公司發(fā)布的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)，具有高性能背板和牢固而可靠的機(jī)械封裝。
[0038]系統(tǒng)控制器:用于接收GOOSE報(bào)文，完成邏輯判斷，驅(qū)動(dòng)操作回路板，對(duì)出口繼電器進(jìn)行控制，讀取開(kāi)入板的狀態(tài)信息，并控制網(wǎng)絡(luò)接口板、授時(shí)單元板的協(xié)同工作。
[0039]授時(shí)單元板如圖2所示，其作用是為整套裝置提供時(shí)間的基準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)外輸出標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)時(shí)信號(hào)，包括B碼、秒脈沖、SNTP，以滿足各個(gè)待測(cè)裝置對(duì)時(shí)間精度的要求。授時(shí)單元板產(chǎn)生的時(shí)間信息通過(guò)PXI的觸發(fā)總線送到每個(gè)插槽，間隔是1ms，同時(shí)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(duì)外輸出的B碼信號(hào)可以為保護(hù)、測(cè)控等裝置提供對(duì)時(shí)信號(hào)，接口類型是光纖ST接口和電口 485，方便現(xiàn)場(chǎng)接線。
[0040]授時(shí)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(shí)模塊；所述GPS模塊和守時(shí)模塊均與編碼模塊連接。
[0041]GPS模塊通過(guò)天線接受衛(wèi)星信號(hào)，輸出秒脈沖信號(hào)和時(shí)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(guò)驅(qū)動(dòng)電路輸出光B碼和RS485格式的B碼