專利名稱：基于iec61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力自動化領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸，特別是在電力自動化領(lǐng)域中的基于 IEC61850 (International Electro Technical Commission，IEC，國際電工委員會)規(guī)約的 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元。
技術(shù)背景電力系統(tǒng)實質(zhì)上是由多臺微機組成的分層分布式控制系統(tǒng)，包括微機監(jiān)控、微機 保護、電能質(zhì)量自動控制等多個子系統(tǒng)。在各個子系統(tǒng)中，往往又由多個智能模塊組成。例 如在微機保護子系統(tǒng)中，有變壓器保護、電容器保護、各種線路保護等。因此在變電站自動 化系統(tǒng)內(nèi)部，必須通過內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和信 息共享，以減少電力系統(tǒng)二次設(shè)備的重復(fù)配置并簡化各子系統(tǒng)的互連，既減少了重復(fù)投資， 又提高了系統(tǒng)整體的安全性和可靠性。以前各個廠家自己所制定的通信協(xié)議都不能完全滿足當(dāng)前電力通信的發(fā)展了， IEC61850規(guī)約在這種情況下由IEC國際電工委將無序的通信協(xié)議規(guī)范化后提出的新一代 的通信標準體系。在國內(nèi)的電力系統(tǒng)中存在大量不同廠家、不同通信方式的設(shè)備，現(xiàn)階段，普遍應(yīng)用 于變電站自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場總線有RS-485、RS-232和CAN總線，這些總線標準對數(shù)據(jù)傳遞 的速率以及傳送距離都有一定的要求，隨著現(xiàn)代電力技術(shù)的發(fā)展，這些總線標準越來越不 適用現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求；但同時以太網(wǎng)的低成本、開放性、廣泛的開發(fā)和應(yīng)用的軟硬件支 持，已經(jīng)使其成為目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到變電站自動 化系統(tǒng)中，成為電力系統(tǒng)現(xiàn)場總線重要組成部分
實用新型內(nèi)容
針對目前現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于為適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動化通 訊的發(fā)展要求，提出一種基于IEC61850規(guī)約下，能夠?qū)崿F(xiàn)在外部沒有滿足無同步脈沖時， 在本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元中實現(xiàn)多個采集器的數(shù)據(jù)同
止
少ο為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元是 這樣是實現(xiàn)的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元由DSP芯片控制器，F(xiàn)LASH存儲器，高速同 步動態(tài)隨機存儲器，1路以太網(wǎng)控制器，11路光同步接收口，RTC(Real-Time Clock，實時時 鐘芯片)實時時鐘，USB16位異步總線接口組成；以太網(wǎng)MAC控制器內(nèi)嵌在DSP芯片控制器 中；FLASH存儲器、高速同步動態(tài)隨機存儲器、USB16位異步總線接口、11路光同步接收口分 別與DSP芯片控制器的外部存儲器接口(EMIF，External Memory Interface)相連接，1路 以太網(wǎng)控制器與DSP芯片控制器的EMAC(Ethernet MediaAccess Control，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通路) 接口相連接，RTC實時時鐘與DSP芯片控制器通過IIC串行總線相連接。[0008]本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，DSP芯 片控制器采用高性能，低功耗的TMS320DM642A芯片。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，F(xiàn)LASH 存儲器中存儲系統(tǒng)程序，用于系統(tǒng)上電自啟動。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，采用高 速同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM芯片，提高數(shù)據(jù)交換速度。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，所述的 5個光纖以太網(wǎng)接口，支持10BASE-FL、100BASE-FX，支持多模光纖，用于數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，所述的 11路光纖接口為UART通信接口。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，外部數(shù) 據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)通過光纖傳給基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元。本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，數(shù)據(jù)傳 輸采用Manchester編碼，并且首先傳輸?shù)氖亲罡呶籑SB位，數(shù)據(jù)鏈路層采用數(shù)據(jù)完整性好、 支持高速多支路同步數(shù)據(jù)鏈的FT3幀格式。

圖1為基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元的框架圖圖中1、DSP芯片控制器；2、DSP芯片控制器的外部存儲器接口 ；3、DSP芯片控制 器的EMAC ；4、IIC串行總線；5、RTC實時時鐘；6、1路以太網(wǎng)控制器；7、11路光同步接收口 ； 8、USB16位異步總線接口 ；9、高速同步動態(tài)隨機存儲器；10、FLASH存儲器。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元由DSP芯 片控制器1，F(xiàn)LASH存儲器10，高速同步動態(tài)隨機存儲器9，1路以太網(wǎng)控制器6，11路光同 步接收口 7，RTC實時時鐘5，USB16位異步總線接口組成8。FLASH存儲器10、高速同步動態(tài)隨機存儲器9、USB16位異步總線接口 8、11路 光同步接收口 7分別與DSP芯片控制器的外部存儲器接口 2(EMIF，External Memory Interface)相連接，1路以太網(wǎng)控制器6與DSP芯片控制器的EMAC3 (Ethernet Media Access Control,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通路)接口相連接，RTC實時時鐘5與DSP芯片控制器通過IIC 串行總線4相連接。外部采集器與基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元的通信規(guī)約為1、規(guī)約文本外部數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)傳輸給基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元采用光 纖傳輸系統(tǒng)，光纖傳輸特性依照IEC60044-8的6. 2. 2. 1-6. 2. 2. 4執(zhí)行；標準傳輸速度為 2. 5Mbit/S ；采用的編碼為Manchester編碼，傳輸時首先傳輸最高位，即MSB最高位；鏈路 層參照IEC60870-5-1規(guī)定的FT3幀格式，這種幀的優(yōu)點是數(shù)據(jù)完整性好，可用于高速多支 路同步數(shù)據(jù)鏈；鏈接服務(wù)類選擇SEND/NO REPLY(發(fā)送/不要應(yīng)答)，表示傳感器將連續(xù)和 周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)，傳輸規(guī)則如下[0022]a.空閑位是二進制數(shù)1。該數(shù)以曼徹斯特編碼在兩幀數(shù)據(jù)之間連續(xù)發(fā)送，以便于 接收器時鐘的同步，增加通訊連接的可靠性；兩幀數(shù)據(jù)之間至少要發(fā)送70個空閑比特位。b. 一幀數(shù)據(jù)的前16位表示起始特征符(00000101B，01100100B)。c.每16個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)后插入1個16位的核對序列(CRC碼)；需要時，幀應(yīng) 填充無用字節(jié)以達到規(guī)定的字節(jié)數(shù)。16位的核對序列(CRC碼)的生成多項式為X16+X13+ X12+X11+X10+X8+X6+X5+X2+1，然后將 16 位碼取反。d.接收器核對信號品質(zhì)、起始特征符、核對序列(CRC碼)及幀長，任何一項出錯將 廢棄本幀數(shù)據(jù)，否則就將此幀數(shù)據(jù)提交給用戶。外部數(shù)據(jù)采集單元相基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元輸出通信規(guī)約 對“狀態(tài)字”的說明 對“樣本計數(shù)(SmpCtr) ”的說明SmpCtr = UI16[1. · 16], <0. · 65535〉順序計數(shù)此16位計數(shù)器用于檢查連續(xù)更新的幀數(shù)。此計數(shù)應(yīng)在每出現(xiàn)一個新幀時加1，溢 出后從0重新開始計數(shù)。采用(秒)同步脈沖進行同步時，計數(shù)器隨每一個(秒)同步脈 沖出現(xiàn)時置0 ；當(dāng)采樣與同步脈沖重合時應(yīng)賦值為0。2、幀頭時標識別基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元實現(xiàn)幀頭時標識別1、基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元使用FPGA實現(xiàn)Manchester編碼以及 上述規(guī)約的完整接收。2、在兩幀數(shù)據(jù)之間空閑比特位后，F(xiàn)PGA接收完起始特征符便將當(dāng)前的FPGA脈沖 記錄值(16位)作為幀信息的前兩個字節(jié)，與其它有效幀數(shù)據(jù)一起交付給DSP芯片控制器。
字節(jié)屬性內(nèi)容幀頭FPGA時標16位脈沖計數(shù)1 2通道1數(shù)據(jù)3 4通道2數(shù)據(jù) 基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元的特點在于支持1至6路IOk采樣率，其 數(shù)據(jù)流量為(8*20+70)*10k = 2. 3Mbps ；在更高采樣率時，可同時傳送多幀采樣數(shù)據(jù)如3 路20k采樣的通道4至6為第二幀數(shù)據(jù)，或2路24k采樣的通道3至4為第二幀、通道5至 6為第三幀；可由硬件——現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)完 成幀頭時標的識別，不受軟件處理時間影響，精度高。
權(quán)利要求基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元DSP芯片控制器，其特征在于，由FLASH存儲器，高速同步動態(tài)隨機存儲器，1路以太網(wǎng)控制器，11路光同步接收口，RTC實時時鐘，USB16位異步總線接口組成；以太網(wǎng)MAC控制器內(nèi)嵌在DSP芯片控制器中；FLASH存儲器、高速同步動態(tài)隨機存儲器、USB16位異步總線接口、11路光同步接收口分別與DSP芯片控制器的外部存儲器接口相連接，1路以太網(wǎng)控制器與DSP芯片控制器的EMAC接口相連接，RTC實時時鐘與DSP芯片控制器通過IIC串行總線相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，DSP芯 片控制器采用高性能，低功耗的TMS320DM642A芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，采用高 速同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM芯片，提高數(shù)據(jù)交換速度。
4.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，所述的 以太網(wǎng)接口，支持10BASE-FL、100BASE-FX,支持多模光纖，用于數(shù)據(jù)傳輸。
5.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，所述的 11路光纖接口為UART通信接口。
6.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，外部數(shù) 據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)通過光纖傳給基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元。
7.如權(quán)利要求1所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元，其特征在于，數(shù)據(jù)傳 輸采用Manchester編碼，并且首先傳輸?shù)氖亲罡呶籑SB位，數(shù)據(jù)鏈路層采用數(shù)據(jù)完整性好、 支持高速多支路同步數(shù)據(jù)鏈的FT3幀格式。
專利摘要基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元由DSP芯片控制器，F(xiàn)LASH存儲器，高速同步動態(tài)隨機存儲器，1路以太網(wǎng)控制器，11路光同步接收口，RTC實時時鐘，USB16位異步總線接口組成；以太網(wǎng)MAC控制器內(nèi)嵌在DSP芯片控制器中；FLASH存儲器、高速同步動態(tài)隨機存儲器、USB16位異步總線接口、11路光同步接收口分別與DSP芯片控制器的外部存儲器接口相連接，1路以太網(wǎng)控制器與DSP芯片控制器的EMAC接口相連接，RTC實時時鐘與DSP芯片控制器通過IIC串行總線相連接。本實用新型的優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)在外部沒有滿足無同步脈沖時，所述的基于IEC61850規(guī)約的數(shù)據(jù)捕獲合并單元中實現(xiàn)多個采集器的數(shù)據(jù)同步。
文檔編號H04L29/02GK201690472SQ20092027762
公開日2010年12月29日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者張鑫, 李洪帥 申請人:北京合眾達電子技術(shù)有限責(zé)任公司