專利名稱：一種用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種城市軌道交通應(yīng)用中采集輸電線路的電流 或電壓的裝置，具體涉及一種用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置，是一種 用于城市軌道交通輸電線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置的前置數(shù)據(jù)采集裝置，屬于電力 系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置是城市軌道交通應(yīng)用中繼電保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備。其難點(diǎn)在于既要保證生物級小信號(<=76uv)的采集精 度，又要保證同一次電纜有聯(lián)系的回路間在電氣上高達(dá)6KV的隔離。目前我國 市場上主要采用德國西門子(如廣州地鐵)和瑞士賽雪龍(如天津輕軌)的技 術(shù)系統(tǒng)，但由于國外技術(shù)壟斷設(shè)備售價過高，且由于國內(nèi)外在應(yīng)用環(huán)境和運(yùn)行 方式上的差別，仍然有一些問題沒有得到很好的解決(如零漂超標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)手 段缺乏)。實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型的目的是提供一種用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 采集裝置。所要解決的技術(shù)問題是保證城軌供電饋線電流電壓量的高精度采 集和可靠傳輸，并保證同輸電線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置有安全的絕緣距離。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下-種用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置，其包括輸入A/D電路，輸出 D/A電路，光纖通信電路，母線板，機(jī)箱和電源板，其特征在于其中輸入A/D 電路是一個直流量采樣板；輸出D/A電路是一個直流量輸出板；輸入A/D電路的 電路板、D/A輸出電路的電路板、光纖通信電路的電路板插在裝置內(nèi)部后面的母
線板上；電源板通過電纜與插在母線板上的電源插座連接；機(jī)箱為內(nèi)屏蔽外絕緣的雙腔體機(jī)箱。采用光纖作為通信介質(zhì)，采用FPGA作為光纖傳輸控制器。 機(jī)箱采用了雙腔體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)腔采用扳金結(jié)構(gòu)的金屬體；外腔采用ABS改性工程塑料由專用模具一次成型。 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 、采樣精度高可達(dá)76uv/lLSB,動態(tài)輸入范圍大可達(dá)0-250mv，具有硬軟 件配合的零漂和增益自動處理功能，保證城市軌道交通供電線路應(yīng)用于各種負(fù) 荷條件下的采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(2) 、采用光纖作為通信介質(zhì)，用FPGA技術(shù)作為光纖傳輸控制器。做到采樣前置機(jī)與微機(jī)繼電保護(hù)裝置的完全電氣隔離。(3) 、采用了綜合抗干擾技術(shù)(光纖傳輸、串行傳輸、光耦隔離、分布式 隔離電源、印制板分區(qū)、綜合接地、結(jié)構(gòu)屏蔽與絕緣)保證了光纖數(shù)據(jù)采集裝 置的安全可靠運(yùn)行。(4) 、基于FPGA大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷瓿傻膽?yīng)用軟件具有完全的IP 產(chǎn)權(quán)，應(yīng)用軟件采用VHDL硬件描述性語言具有實(shí)時性高、擴(kuò)充性好、可讀性強(qiáng)、 易修改、能復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，便于二次開發(fā)。(5) 、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，電連接性和絕緣性能優(yōu)良，且便于現(xiàn)場安裝調(diào)試。(6) 、裝置性價比高，維護(hù)方便，可直接替代德國西門子和瑞士賽雪龍等 國外設(shè)備。光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時，在可靠性、安 全性、快速性、靈敏性、易維護(hù)性等方面采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，很好地滿足了國 內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展需要。

圖l是本實(shí)用新型的總體原理邏輯框圖； 圖2是輸入A/D電路原理圖； 圖3是輸出D/A電路原理圖； 圖4是光纖通道板電路原理圖；圖5是應(yīng)用軟件邏輯框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例由A/D輸入電路、D/A輸出電路、光纖通信電路、 母線板、電源和應(yīng)用軟件六部分組成；其中輸入A/D電路是一個高精度直流量采 樣板；其中輸出D/A電路是一個高精度直流量輸出板；光纖通信電路板完成數(shù)據(jù) 采集的控制和光纖的傳輸控制。其中A/D輸入電路板、D/A輸出電路板、光纖通 信電路板插在裝置內(nèi)部后面的母線板上，電源板通過電纜與插在母線板上的電 源插座連接。裝置由三個完全相同的A/D電路板、兩個完全相同的D/A電路板、 一個光纖通道板、 一個母線板、 一個電源組成電氣部份，電氣部份安裝于內(nèi)屏 蔽外絕緣的雙腔體機(jī)箱中。3個A/D輸入的主電路由高精度儀表運(yùn)放LT1789IS8、 16位A/D ADS8321EB、 高精密電壓參考REF1004-2.5、零漂及增益調(diào)節(jié)電路MAX4519ESD組成。輔助 電路包括TLP115A光耦串行數(shù)據(jù)隔離部份、NKA0505S隔離電源供電部份組成。兩個D/A輸出的主電路由高精度隔離型儀表運(yùn)放IS0124U、 16位D/A DAC8532U 、高精密電壓參考REF02-5組成。輔助電路包括TLP115A光耦串行 數(shù)據(jù)隔離部份、NKA0512S隔離電源供電部份組成。光纖通信的主電路由大容量FPGA EPlK50TC144-3、集成光纖收發(fā)器 NU211133組成。輔助電路包括TLP115A光耦串行數(shù)據(jù)隔離部份、NKA0505S隔 離電源供電部份組成。 ，母線板是無源板，位于裝置內(nèi)后部。A/D輸入電路、D/A輸出電路、光纖
通道板插在其上，電源板通過電纜與插在母線板上的電源插座連接。電源板采用小功率高效開關(guān)電源，并和位于其它板上的電源構(gòu)成分布隔離 式供電系統(tǒng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用了雙腔體設(shè)計(jì)內(nèi)腔采用扳金結(jié)構(gòu)的金屬體保證電磁屏蔽效 果；外腔釆用ABS改性工程塑料保證絕緣性能。內(nèi)腔體金屬結(jié)構(gòu)通過數(shù)控加工 站完成，金屬表面處理采用鍍鋅工藝，公差配合精確，整體電連接特性優(yōu)良， 抗電磁干擾性能好，外腔體通過專用模具采用ABS改性工程塑料一次成型，抗 腐蝕、阻燃性和絕緣性佳。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。(1) 總體邏輯框圖 '如圖l，本裝置的輸入信號是模擬量信號。模擬量經(jīng)硬件濾波后，輸入到A/D 芯片，由FPGA芯片定時采集，并經(jīng)過軟件遞推低通濾波后形成采樣數(shù)據(jù)，采樣 數(shù)據(jù)經(jīng)有效性檢査后封裝成通信數(shù)據(jù)幀通過光纖信道發(fā)給繼電保護(hù)裝置。同時 采樣數(shù)據(jù)經(jīng)工程標(biāo)量變換后經(jīng)D/A輸出電路到就地顯示儀表顯示。(2) 輸入A/D如圖2，輸入A/D電路包括模擬濾波電路、信號調(diào)理電路、零漂與增益整 定電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、接口電路、輔助電源組成。FPGA'芯片EPlK50TC144-3 定時向采樣芯片發(fā)出采樣命令，并經(jīng)接口電路讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。(3) 輸出D/A如圖3，輸出D/A電路包括D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路、隔離放大電路、 信號調(diào)理電路、接口電路、輔助電源組成。FPGA芯片EPlK50TC144-3定時經(jīng)接 口電路向D/A芯片發(fā)送采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬輸出。(4) 光纖通道 如圖4，光纖通道電路包括FPGA EPlK50TC144-3、集成光纖收發(fā)器、接 口電路、輔助電源組成。它主要完成光纖通信控制、數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸控 制。其控制功能是通過VHDL語言編寫的程序完成的。 (5)軟件流程圖如圖5。應(yīng)用軟件是基于FPGA大規(guī)模可編程邏輯器件而完成的，功能包括數(shù)據(jù) 采集控制、光纖通信鏈路層控制(光纖編解碼、CRC校驗(yàn)、'幀控制)、光纖通信 應(yīng)用層控制(應(yīng)用協(xié)議的封裝及解釋、通信系統(tǒng)的啟動和停止機(jī)制、釆集系統(tǒng) 的異常處理策略)。具體包括初始化模塊、自檢模塊、A/D采集控制模塊、D/A 輸出控制模塊、數(shù)字化抗干擾遞推低通濾波模塊、光纖通信鏈路層控制模塊、 光纖通信應(yīng)用層控制模塊連接而成。應(yīng)用軟件采用VHDL硬件描述性語言具有 實(shí)時性高、擴(kuò)充性好、可讀性強(qiáng)、易修改、能復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，是通過軟件開發(fā)硬 件的一種方式。
權(quán)利要求1、一種用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置，其包括輸入A/D電路，輸出D/A電路，光纖通信電路，母線板，機(jī)箱和電源板，其特征在于其中輸入A/D電路是一個直流量采樣板；輸出D/A電路是一個直流量輸出板；輸入A/D電路的電路板、D/A輸出電路的電路板、光纖通信電路的電路板插在裝置內(nèi)部后面的母線板上；電源板通過電纜與插在母線板上的電源插座連接；機(jī)箱為內(nèi)屏蔽外絕緣的雙腔體機(jī)箱。
2、 如權(quán)利要求l所述的用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于采用光纖作為通信介質(zhì)，采用FPGA作為光纖傳輸控制器。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的用光纖通信控制和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集裝置，其特 征在于機(jī)箱采用了雙腔體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)腔采用扳金結(jié)構(gòu)的金屬體，外 腔采用ABS改性工程塑料由專用模具一次成型。
專利摘要本實(shí)用新型提供城市軌道交通應(yīng)用中采集輸電線的電流或電壓參數(shù)的裝置，其由輸入A/D電路、輸出D/A電路、光纖通道板、母線板、電源板和應(yīng)用軟件六部分組成；其中輸入A/D電路是一個高精度直流量采樣板；其中輸出D/A電路是一個高精度直流量輸出板；光纖通道板完成數(shù)據(jù)采集的控制和光纖的傳輸控制。其中A/D輸入電路、D/A輸出電路、光纖通道板插在裝置內(nèi)部后面的母線板上，電源板通過電纜與插在母線板上的電源插座連接。裝置由三個A/D電路板、兩個D/A電路板、一個光纖通道板、一個母線板、一個電源組成電氣部份，電氣部份安裝于內(nèi)屏蔽外絕緣的雙腔體機(jī)箱中。
文檔編號G08C23/00GK201035754SQ20062015838
公開日2008年3月12日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者宋金川, 常倫凱, 徐田軍, 李小濱, 偉 王, 王月軍, 趙國剛, 鄭永志, 金軼鵬 申請人:煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司;天津東方凱發(fā)電氣自動化技術(shù)有限公司