專利名稱：具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于變電站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種具有精確對(duì)時(shí)功能的交
換機(jī)。
背景技術(shù)：
數(shù)字化變電站系統(tǒng)中，過程層交換機(jī)大多安裝在主控室，而智能控制單元、電子式 互感器合并單元均安裝在開關(guān)場(chǎng)。開關(guān)場(chǎng)和主控室各設(shè)備之間采用光纖連接。由于智能 控制單元和電子式互感器合并單元在開關(guān)場(chǎng)內(nèi)分散安裝，二者之間的精確對(duì)時(shí)比較難以實(shí) 現(xiàn)。目前，多數(shù)智能控制單元和電子式互感器合并單元都無法實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)，這主要是因?yàn)?專門鋪設(shè)用于對(duì)時(shí)的光纖難度大、不可靠，而且復(fù)雜的線路連接勢(shì)必增加施工量，增加了智 能控制單元和電子式互感器合并單元的成本及復(fù)雜程度，也不利于日常維護(hù)工作的開展。 由此可知，在數(shù)字化變電站中的多數(shù)智能控制單元無法記錄遙控、保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)變位的時(shí) 間，不利于對(duì)故障地追溯及問題地排查。電子式互感器合并單元常采用插值的方式解決同 步問題，該處理方式會(huì)增大網(wǎng)絡(luò)上的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，增加保護(hù)設(shè)備CPU以及網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅可以實(shí)現(xiàn) 智能控制單元和電子式互感器合并單元的精確對(duì)時(shí)，而且具有雙電源冗余功能，使交換機(jī) 安全、穩(wěn)定工作的具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)。 本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是 —種具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，包括殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的管理CPU模塊、交換 機(jī)核心模塊和電源，管理CPU模塊電連接交換機(jī)核心模塊，交換機(jī)核心模塊電連接設(shè)置在 殼體表面的交換機(jī)接口 ，其特征在于所述管理CPU模塊的輸入/輸出端口連接光電隔離模 塊的一端，光電隔離模塊的另一端連接RS485模塊的一端，RS485模塊的另一端連接設(shè)置在 殼體表面的對(duì)時(shí)信號(hào)輸入/輸出端口 。 而且，所述的電源為并聯(lián)的兩個(gè)電源，其連接關(guān)系是兩個(gè)電源的輸入端分別連接 市電，在每個(gè)電源所在的支路上均串聯(lián)一 M0SFET場(chǎng)效應(yīng)管。 而且，所述的殼體內(nèi)還設(shè)置有一報(bào)警模塊，該報(bào)警模塊的一端連接管理CPU模塊 的輸入/輸出端口 ，報(bào)警模塊的另一端連接設(shè)置在殼體上的報(bào)警信號(hào)輸出端口 。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是 1.本交換機(jī)中設(shè)置有精確對(duì)時(shí)的電路，主要由光電隔離模塊和RS485模塊組成， RS485模塊接收來自變電站中的設(shè)置的GPS發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)至管理CPU模塊，該信號(hào) 經(jīng)過處理后再協(xié)調(diào)智能控制單元和電子式互感器合并單元的時(shí)間同步操作，整個(gè)過程自動(dòng) 完成，對(duì)時(shí)精度小于lus，避免了過多線纜對(duì)施工或維護(hù)的影響。 2.本裝置使全站的智能控制單元和電子式互感器合并單元具有了精確統(tǒng)一的時(shí) 間，使智能控制單元具有故障追溯和問題排查的功能，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)有效解決了電子式互感器合并單元的采樣同步問題，減少了采樣的點(diǎn)數(shù)，降低了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量和 各設(shè)備的CPU占用率，提高了各設(shè)備的處理能力。 3.本裝置調(diào)整智能控制單元和電子式互感器合并單元時(shí)間時(shí)，仍然使用原有的 數(shù)據(jù)光纖傳輸對(duì)時(shí)報(bào)文，不需要另外鋪設(shè)線路，降低了成本，減小了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜程 度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 4.本裝置中設(shè)置有雙電源和報(bào)警模塊，每個(gè)電源所在的支路均串聯(lián)一 M0SFET場(chǎng) 效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管可以避免一個(gè)電源發(fā)生短路時(shí)造成的另一個(gè)電源也被燒毀的問題，提 高了整體工作的穩(wěn)定性和安全性。報(bào)警模塊由繼電器構(gòu)成，其主要負(fù)責(zé)在交換機(jī)故障時(shí)輸 出一報(bào)警信號(hào)，使工作人員可以更快速、準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)。 5.本實(shí)用新型在現(xiàn)有交換機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，增加了對(duì)時(shí)功能、雙電源冗余 功能以及報(bào)警功能，不僅使交換機(jī)能自動(dòng)協(xié)調(diào)智能控制單元和電子式互感器合并單元的時(shí) 間，而且提高了交換機(jī)的工作效率、安全性和穩(wěn)定性，是一種符合數(shù)字化變電站使用要求的 設(shè)備。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是雙電源之間的連接示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性 的，不能以下述實(shí)施例來限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 —種具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，如圖l所示，包括殼體2和殼體內(nèi)設(shè)置的管理 CPU模塊、交換機(jī)核心模塊和電源，管理CPU模塊電連接交換機(jī)核心模塊，交換機(jī)核心模塊 電連接設(shè)置在殼體表面的交換機(jī)接口 l，本實(shí)用新型的創(chuàng)新在于管理CPU模塊的輸入/輸 出端口連接光電隔離模塊的一端，光電隔離模塊的另一端連接RS485模塊的一端，RS485模 塊的另一端連接設(shè)置在殼體表面的對(duì)時(shí)信號(hào)輸入/輸出端口 3。本實(shí)施例中光電隔離模塊 使用的芯片是HCPL2630， RS485模塊使用的芯片是MAX485。 在殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)電源，該兩個(gè)電源之間為并聯(lián)連接，每個(gè)電源均包括一整流 濾波電壓變換模塊。兩個(gè)電源并聯(lián)后的電力輸出為交換機(jī)內(nèi)的所有硬件供電。如圖2所示， 兩個(gè)電源中的整流濾波電壓變換模塊的輸入端分別連接市電，在每個(gè)電源所在的支路上的 整流濾波電壓變換模塊的輸出端均串聯(lián)一 MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管的作用是當(dāng)其中 任意一個(gè)電源發(fā)生接地短路故障時(shí)，該場(chǎng)效應(yīng)管可以防止另一個(gè)電源同時(shí)發(fā)生接地短路， 有效的提高了交換機(jī)的安全性和穩(wěn)定性。 在殼體內(nèi)還設(shè)置有一報(bào)警模塊，該報(bào)警模塊的一端連接管理CPU模塊的輸入/輸
出端口 ，報(bào)警模塊的另一端連接設(shè)置在殼體上的報(bào)警信號(hào)輸出端口 4。報(bào)警模塊由繼電器構(gòu)
成，繼電器在管理CPU模塊的控制下實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的閉合或斷開，并通過與報(bào)警信號(hào)輸出端口
連接的電纜將電信號(hào)輸送出去，使操作人員可以更快速、準(zhǔn)確的定位故障點(diǎn)。
自動(dòng)對(duì)時(shí)的完成需要經(jīng)過三個(gè)過程1.硬件接收過程；2.交換機(jī)核心模塊中的
FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)處理過程；3.管理CPU處理過程。[0021] 硬件接收過程GPS對(duì)時(shí)裝置通過電纜向交換機(jī)發(fā)送IRIG-B硬件對(duì)時(shí)報(bào)文，該報(bào) 文通過光電隔離模塊和RS485模塊傳送至管理CPU, CPU解碼后得到精確時(shí)間，然后修改交 換機(jī)的本地時(shí)鐘，從而保證交換機(jī)都能夠和GPS對(duì)時(shí)裝置的時(shí)鐘一致。 FPGA處理過程先將接收的4-bit nibble數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8_bit的數(shù)據(jù)，存入到報(bào)文 緩沖區(qū)中。當(dāng)報(bào)文進(jìn)入緩沖區(qū)后，F(xiàn)PGA提取報(bào)文中的關(guān)鍵字(KEYWORD)，當(dāng)KEYWORD = 0x5a 時(shí)，說明該報(bào)文為CPU打過時(shí)間標(biāo)記的對(duì)時(shí)發(fā)送報(bào)文，F(xiàn)PGA記錄下該報(bào)文發(fā)送時(shí)刻Ttx ;當(dāng) KEYWORD = 0x5b時(shí)，說明該報(bào)文為智能控制單元和電子式互感器合并單元回復(fù)的的對(duì)時(shí)接 收?qǐng)?bào)文，F(xiàn)PGA記錄下該發(fā)送時(shí)刻Trx。 FPGA將Ttx和Tn發(fā)送至管理CPU。、 管理CPU處理過程1.修正交換機(jī)的本地時(shí)鐘；2.為發(fā)送給智能控制單元和電 子式互感器合并單元的對(duì)時(shí)報(bào)文、智能控制單元和電子式互感器合并單元回復(fù)的對(duì)時(shí)報(bào)文 記錄精確時(shí)標(biāo)，即將網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中的關(guān)鍵字(KEYWORD)設(shè)為0x5a和0x5b ;3.計(jì)算延時(shí)CPU 根據(jù)FPGA報(bào)告上來的Ttx和TM進(jìn)行處理，求得每一個(gè)鏈路上的精確傳輸延時(shí)、智能控制 單元和電子式互感器合并單元內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)處理的延時(shí)ATn ;4、修正下發(fā)智能控制單元和電 子式互感器合并單元對(duì)時(shí)報(bào)文中的時(shí)間值Ts， Ts = Tk^-ATnOV。^為交換機(jī)通過GPS對(duì) 時(shí)裝置修正后的本地時(shí)鐘)。當(dāng)智能控制單元和電子式互感器合并單元收到對(duì)時(shí)報(bào)文時(shí)， 將L作為本地的精確時(shí)鐘。由于智能控制單元和電子式互感器合并單元是經(jīng)過ATn時(shí) 間才收到對(duì)時(shí)報(bào)文，此時(shí)智能控制單元和電子式互感器合并單元的本地時(shí)鐘為Ts+ATn = T^af △ Tn+ A Tn = l\。。al (l\。。al為交換機(jī)通過GPS對(duì)時(shí)裝置修正后的本地時(shí)鐘)。
權(quán)利要求一種具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，包括殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的管理CPU模塊、交換機(jī)核心模塊和電源，管理CPU模塊電連接交換機(jī)核心模塊，交換機(jī)核心模塊電連接設(shè)置在殼體表面的交換機(jī)接口，其特征在于所述管理CPU模塊的輸入/輸出端口連接光電隔離模塊的一端，光電隔離模塊的另一端連接RS485模塊的一端，RS485模塊的另一端連接設(shè)置在殼體表面的對(duì)時(shí)信號(hào)輸入/輸出端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，其特征在于所述的電源為并聯(lián)的兩個(gè)電源，其連接關(guān)系是兩個(gè)電源的輸入端分別連接市電，在每個(gè)電源所在的支路上均串聯(lián)一 M0SFET場(chǎng)效應(yīng)管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，其特征在于所述的殼體內(nèi)還設(shè)置有一報(bào)警模塊，該報(bào)警模塊的一端連接管理CPU模塊的輸入/輸出端口 ，報(bào)警模塊的另一端連接設(shè)置在殼體上的報(bào)警信號(hào)輸出端口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有精確對(duì)時(shí)功能的交換機(jī)，包括殼體和殼體內(nèi)設(shè)置的管理CPU模塊、交換機(jī)核心模塊和電源，管理CPU模塊電連接交換機(jī)核心模塊，交換機(jī)核心模塊電連接設(shè)置在殼體表面的交換機(jī)接口，其特征在于所述管理CPU模塊的輸入/輸出端口連接光電隔離模塊的一端，光電隔離模塊的另一端連接RS485模塊的一端，RS485模塊的另一端連接設(shè)置在殼體表面的對(duì)時(shí)信號(hào)輸入/輸出端口。本實(shí)用新型在現(xiàn)有交換機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，增加了對(duì)時(shí)功能、雙電源冗余功能以及報(bào)警功能，不僅使交換機(jī)能自動(dòng)協(xié)調(diào)智能控制單元和電子式互感器合并單元的時(shí)間，而且提高了交換機(jī)的工作效率、安全性和穩(wěn)定性，是一種符合數(shù)字化變電站使用要求的設(shè)備。
文檔編號(hào)H04Q3/00GK201438737SQ20092009786
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者吳杰, 宋國(guó)旺, 宋維斌, 張會(huì)建, 張磐, 李鳴 申請(qǐng)人:天津市電力公司;江蘇金智科技股份有限公司