專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于cpci總線(xiàn)的嵌入式子站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電站自動(dòng)化通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于變電站自動(dòng)化
系統(tǒng)的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站。
背景技術(shù)：
變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能除控制、監(jiān)視和保護(hù)3大功能外，還包括變 電站自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)功能，即系統(tǒng)組態(tài)、通信管理和軟件管理等功能。
采用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以把原本分隔的控制、保護(hù)、監(jiān)視、通信和 測(cè)量等裝置以合適的形式進(jìn)行集成，由少量多功能智能電子設(shè)備 (Intelligent Electronic Device, IED)組成自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)站內(nèi)的 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享，可使信號(hào)電纜大為減少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。這樣既 提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，又改善了可靠性。因此，變電站集成和自動(dòng)化已成 為電力行業(yè)降低安裝、維護(hù)和運(yùn)行成本的有效途徑。
在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成過(guò)程中面臨的最大障礙是不同廠家的IED， 甚至同一廠家不同型號(hào)的IED所采用的通信協(xié)議和用戶(hù)界面的不相同，因 而難以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成和互操作。因?yàn)樾枰~外的硬件(如規(guī)約轉(zhuǎn)換器)和 軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)IED互聯(lián)，還要對(duì)用戶(hù)進(jìn)行培訓(xùn)，這在很大程度上削弱了變電 站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)和意義。因此變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能之外，還 應(yīng)具備互^喿作性、可擴(kuò)展性和高可靠性等性能。這在以往系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì) 過(guò)程中通常是被忽視的。
互操作性，即同一廠家或不同廠家的多個(gè)IED要具有交換信息并使用 這些信息進(jìn)行協(xié)同操作的能力。設(shè)備的互操作性可以最大限度地保護(hù)用戶(hù) 原來(lái)的軟硬件投資，實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品集成。
可擴(kuò)展性，這就要求系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)都盡可能釆
3用模塊化設(shè)計(jì)方法，方便未來(lái)的系統(tǒng)擴(kuò)展，同時(shí)要求通信接口標(biāo)準(zhǔn)化，系 統(tǒng)具有開(kāi)放性。
高可靠性，系統(tǒng)應(yīng)具有冗余結(jié)構(gòu)，特別是作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道的通信系 統(tǒng)和人機(jī)界面的監(jiān)控主站應(yīng)具有互相獨(dú)立的冗余配置。在故障情況下，冗 余的通信系統(tǒng)和監(jiān)控主站應(yīng)該可以在系統(tǒng)不停止工作的情況下進(jìn)行熱切 換，以保證系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)和自動(dòng)控制任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種基于CPCI總線(xiàn) 的嵌入式子站，它具有互操作性、可擴(kuò)展性、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是 一種基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其 中，包括CPCI總線(xiàn)、連接在CPCI總線(xiàn)上的主控模塊、以太網(wǎng)通信模塊、 串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊，所述的主控模塊還分別與人機(jī)接 口模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制器以及串口通信收發(fā)器相連，所述的 以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊均包含有一與 CPCI總線(xiàn)進(jìn)行通訊的PC I從設(shè)備控制器，其中
所述的主控制器負(fù)責(zé)所有事務(wù)的處理、數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控以太網(wǎng)通信模 塊和串口通信模塊的中斷通知，回應(yīng)命令，讀取以太網(wǎng)通信才莫塊、串口通
信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；
所述的以太網(wǎng)通信才莫塊與以太網(wǎng)相連，同以太網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行通
訊以獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PCI從設(shè)備控制器上；
所述的串口通信模塊與所述的串行通信口相連以獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)
據(jù)存儲(chǔ)于PCI從設(shè)備控制器上；
所述的GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊接收IRIG-B時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)該時(shí)鐘信號(hào)
進(jìn)行解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；
所述的以太網(wǎng)控制器接受來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)；
所述的串口通信收發(fā)器接受來(lái)自串行通信口上的數(shù)據(jù)；
所述的PCI從設(shè)備控制器分別將以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊
以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知主控模塊已經(jīng)接收到上送過(guò)來(lái)的信息。
上述的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其中，所述的CPCI總線(xiàn)為
33MHz、 32位的CPCI總線(xiàn)。
上述的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其中，所述的串行通信口包 括RS232 口或RS485 口 。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明能夠完成裝置接入、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的 規(guī)范化和轉(zhuǎn)發(fā)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次裝置的監(jiān)視、控制與管理，采用這種模塊化 的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以根據(jù)客戶(hù)的需要添加相應(yīng)模塊，為 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可靠性提供了可能，而且這種模塊化的設(shè)計(jì)方法可以隨技術(shù)的 發(fā)展而更換相應(yīng)模塊，最大限度地保護(hù)了用戶(hù)已有的投資，迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 的升級(jí)換代。本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域廣，應(yīng)用于變電站中，對(duì)新一代變電站通 訊標(biāo)準(zhǔn)61850進(jìn)行研究并在嵌入式子站中可以實(shí)現(xiàn)以滿(mǎn)足未來(lái)符合61850 通訊標(biāo)準(zhǔn)的新一代二次裝置的信息采集。


圖1是本發(fā)明的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明應(yīng)用于信息分層的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1,圖中示出了本發(fā)明的一種基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子 站，包括CPCI (緊湊型PCI )總線(xiàn)1、連接在CPCI總線(xiàn)上的主控模塊2、 以太網(wǎng)通信模塊3、串口通信模塊4以及GPS (全球定位系統(tǒng))時(shí)鐘對(duì) 時(shí)模塊5，主控模塊2還分別與人機(jī)接口模塊6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7、以太 網(wǎng)控制器8以及串口通信收發(fā)器9相連，以太網(wǎng)通信模塊3、串口通信 模塊4以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5均包含有一與CPCI總線(xiàn)1進(jìn)行通訊的 PCI (外設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn))從設(shè)備控制器10,其中
主控制器2負(fù)責(zé)所有事務(wù)的處理、數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控以太網(wǎng)通信模塊3 和串口通信才莫塊4的中斷通知，回應(yīng)命令，讀取以太網(wǎng)通4言才莫塊3、串口
5通信模塊4以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的存 儲(chǔ)；
以太網(wǎng)通信模塊3與相連，同以太網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行通訊以獲取數(shù) 據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PCI從設(shè)備控制器10上；
串口通信模塊4與串行通信口相連以獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PCI 從設(shè)備控制器IO上；
GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5接收IRIG-B時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)該時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行 解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；
以太網(wǎng)控制器8接受來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)；
串口通信收發(fā)器9接受來(lái)自串行通信口上的數(shù)據(jù)；
PCI從設(shè)備控制器10分別將以太網(wǎng)通信模塊3、串口通信模塊4 以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI 中斷告知主控模塊2已經(jīng)接收到上送過(guò)來(lái)的信息。
由于CPCI總線(xiàn)1的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定增加或 減少通信模塊數(shù)量，或者根據(jù)具體配置增加其他類(lèi)型通信模塊，有CAN 總線(xiàn)通信模塊、LON網(wǎng)絡(luò)通信模塊、光纖通信模塊等。
本發(fā)明中，CPCI總線(xiàn)1為33MHz、 32位的CPCI總線(xiàn)，CPCI總線(xiàn) 系統(tǒng)(圖中未示出)全自動(dòng)管理總線(xiàn)上的卡件，分配卡件地址、中斷等 資源，無(wú)須另外設(shè)計(jì)軟件，串行通信口包括RS232 口或RS485 口 。
工作原理
串行數(shù)據(jù)上送接收處理方法串行數(shù)據(jù)上送有兩個(gè)路徑，從串口 通信收發(fā)器9接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)直接送給主控模塊2;串口通信模塊4接 收串行數(shù)據(jù)送給模塊上的PCI從設(shè)備控制器10, PCI從設(shè)備控制器10 并不對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，僅是一種轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，將數(shù)據(jù)存放于本模塊對(duì) 應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知主控模塊2已經(jīng)接收到上送過(guò)來(lái) IK 信息，主控模塊2響應(yīng)中斷，系統(tǒng)由中斷號(hào)辨別是哪個(gè)通信模塊發(fā)出 的中斷，讀取此通信模塊對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上送接收處理方法網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上送有兩個(gè)路徑，從太網(wǎng) 控制器8接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)直接送給主控模塊2;以太網(wǎng)通信模塊3與以太網(wǎng)通信的數(shù)據(jù)送給模塊上的PCI從設(shè)備控制器10, PCI從設(shè)備控制器 10并不對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，僅是一種轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，將數(shù)據(jù)存放于本模 塊對(duì)應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知主控模塊2已經(jīng)接收到上送 過(guò)來(lái)的信息，主控模塊2響應(yīng)中斷，系統(tǒng)由中斷號(hào)辨別是哪個(gè)通信模塊 發(fā)出的中斷，讀取此通信模塊對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，主控模塊2還負(fù)責(zé)解 析網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)化為真正的上送 數(shù)據(jù)，然后分析處理得到故障信息。
GPS對(duì)時(shí)信息接收從GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5接收IRIG-B時(shí)鐘信號(hào), 模塊內(nèi)部有大規(guī)模門(mén)電路邏輯芯片，解碼IRIG-B信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 轉(zhuǎn)存于PCI從設(shè)備控制器IO對(duì)應(yīng)得地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知 主控模塊2已經(jīng)接收GPS對(duì)時(shí)信號(hào)，主控模塊2響應(yīng)中斷，系統(tǒng)由中斷 號(hào)辨別是GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊5發(fā)出的中斷，讀取此通信模塊對(duì)應(yīng)地址中 的時(shí)間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并自動(dòng)校正系統(tǒng)時(shí)間。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存和數(shù)據(jù)上送主控模塊2負(fù)責(zé)所有事務(wù)的處理、數(shù)據(jù)分 析，監(jiān)控通信模塊中斷通知，回應(yīng)市調(diào)、主站等單位發(fā)出的查詢(xún)、上送 等命令，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。主控CPU模塊對(duì)市調(diào)、主站等單位發(fā)出的查詢(xún)、 上送等命令及時(shí)做出回應(yīng)，將所要查詢(xún)類(lèi)別時(shí)間的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)上 送，市調(diào)、主站等能直觀的觀察一些設(shè)備的錄制波形，也可以直接取到 這些設(shè)備的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。主控CPU模塊包含了足夠的存儲(chǔ)空間2—8G,設(shè) 備所上送的故障信息分類(lèi)分時(shí)期保存，并且定期清理壓縮，以保證數(shù)據(jù) 不會(huì)丟失。
請(qǐng)參閱圖2,圖2為本發(fā)明的一應(yīng)用例，將本發(fā)明應(yīng)用于變電站自 動(dòng)化系統(tǒng)中，在充分考慮變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和要求，特別是互操 作性要求的基礎(chǔ)上，制定了變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)體系 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。它釆用分層分布式體系、面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，使得 數(shù)據(jù)對(duì)象的自描述成為可能，為不同廠商的IED實(shí)現(xiàn)互操作和系統(tǒng)無(wú)縫 集成提供了途徑。
本發(fā)明的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站1，具有可維護(hù)性，即具有 熱插拔功能，可以在不需要關(guān)斷電源情況下，插入或拔出正在運(yùn)行的系
7統(tǒng)，而不影響或破壞系統(tǒng)的正常工作，從而為高可用性奠定基礎(chǔ)。基于 CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站1，的熱插拔功能是由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成的，不 需要人員的干預(yù)。基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站1，的可維護(hù)性，擴(kuò)展 性，同時(shí)CPCI總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)定義的冗余設(shè)計(jì)、故障切換和故障管理等內(nèi)容，
非常符合61850標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、高可靠性要求，和61850的模 塊化概念吻合。
以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域中普通技 術(shù)人員可根據(jù)上述說(shuō)明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某 些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書(shū)界定的范 圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其特征在于，包括CPCI總線(xiàn)、連接在CPCI總線(xiàn)上的主控模塊、以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊，所述的主控模塊還分別與人機(jī)接口模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制器以及串口通信收發(fā)器相連，所述的以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊均包含有一與CPCI總線(xiàn)進(jìn)行通訊的PCI從設(shè)備控制器，其中所述的主控制器負(fù)責(zé)所有事務(wù)的處理、數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控以太網(wǎng)通信模塊和串口通信模塊的中斷通知，回應(yīng)命令，讀取以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；所述的以太網(wǎng)通信模塊與以太網(wǎng)相連，同以太網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行通訊以獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PCI從設(shè)備控制器上；所述的串口通信模塊與所述的串行通信口相連以獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PCI從設(shè)備控制器上；所述的GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊接收IRIG-B時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)該時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；所述的以太網(wǎng)控制器接受來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)；所述的串口通信收發(fā)器接受來(lái)自串行通信口上的數(shù)據(jù)；所述的PCI從設(shè)備控制器分別將以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知主控模塊已經(jīng)接收到上送過(guò)來(lái)的信息。
所述的GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊接收IRIG-B時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)該時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行解 碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；所述的以太網(wǎng)控制器接受來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)；所述的串口通信收發(fā)器接受來(lái)自串行通信口上的數(shù)據(jù)；所述的PCI從設(shè)備控制器分別將以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS 時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的地址內(nèi)存中，并通過(guò)PCI中斷告知主控模塊 已經(jīng)接收到上送過(guò)來(lái)的信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其特征在于，所 述的CPCI總線(xiàn)為33MHz、 32位的CPCI總線(xiàn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，其特征在于，所 述的串行通信口包括RS2 32 口或RS485 口 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CPCI總線(xiàn)的嵌入式子站，包括CPCI總線(xiàn)、連接在CPCI總線(xiàn)上的主控模塊、以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊，所述的主控模塊還分別與人機(jī)接口模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)控制器以及串口通信收發(fā)器相連，所述的以太網(wǎng)通信模塊、串口通信模塊以及GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)模塊均包含有一與CPCI總線(xiàn)進(jìn)行通訊的PCI從設(shè)備控制器。本發(fā)明具有互操作性、可擴(kuò)展性、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，能夠完成裝置接入、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的規(guī)范化和轉(zhuǎn)發(fā)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)二次裝置的監(jiān)視、控制與管理，采用這種模塊化的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以根據(jù)客戶(hù)的需要添加相應(yīng)模塊，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可靠性提供了可能。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101464686SQ200810204850
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者蓉 吳, 袖 曹, 李超群, 王建林, 王忠民, 程丹明, 章啟明, 胡為進(jìn) 申請(qǐng)人:上海市電力公司;上海久隆電力科技有限公司