專利名稱：智能測控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及10KV配電站，特別是一種用于10KV的小型配電站監(jiān)控的智能測控系統(tǒng)。
背景技術：
隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力供應需求越來越大，高峰負荷越來越大。近年來，供電部門為緩解供電緊張的矛盾，一方面，投入巨資加大電網(wǎng)建設，電網(wǎng)變得越來越龐大和復雜；另一方面，通過對已有電網(wǎng)進行優(yōu)化管理，提高供電設備利用率，提高供電能力。
配電網(wǎng)作為電網(wǎng)中連接用戶的末端網(wǎng)絡，其規(guī)模是主干電網(wǎng)的十幾倍。因此，掌握配電網(wǎng)的實時監(jiān)控信息，可以大規(guī)模地提高小區(qū)配電網(wǎng)的運行水平，減少故障停電次數(shù)、停電時間和停電范圍，實現(xiàn)非故障區(qū)域恢復供電，提高供電可靠率，確保生產(chǎn)、生活供電。
目前建設的10kV配電站(主要指開關站)已基本投資、配置了繼電保護等自動化裝置(本系統(tǒng)稱為智能電子設備)以下簡稱IED，主要的運行設備已具備了當?shù)販y控能力。但現(xiàn)有10kV配電站的通信通道狀況較差沒有專門的通信信道，如網(wǎng)絡、專線等，重新敷設通信線路又不太經(jīng)濟。
現(xiàn)有對配電站實時監(jiān)控的方法為使用類似變電站實時監(jiān)控的傳統(tǒng)的遠方終端單元(Remote Terminal Unit)以下簡稱RTU采集方法，采用此方法存在以下問題●RTU的采集能力較強，對采集信息量較大的變電站較合適，而對采集信息量較小的配電站來說顯然有點浪費投資；●RTU支持較強的實時信息傳輸，同時需要較好的通信條件，如網(wǎng)絡或?qū)＞€，對于數(shù)量眾多的小型配電站，這些條件不具備；●RTU信息的采集和測控功能與IED設備重復了，這會增加不必要的投資、設備、接線和接點，而且可能導致信息采集和控制的不一致性。
●RTU基本上是基于單片機工作的，其通信處理、規(guī)約處理、綜合計算等綜合信息處理能力又顯得不足。
現(xiàn)有的配電網(wǎng)監(jiān)控的另一方法是借助工控機以實現(xiàn)配電站的監(jiān)控。工控機是一種較通用設備，具有較強的處理能力和眾多的擴展功能插卡，通過在它的擴展插槽插入相應的通信、測控插卡，功能上可以滿足上述要求，但工控機通常是基于Intel x86(CISC)硬件平臺和Windows軟件平臺工作的，而自動化系統(tǒng)的可靠性和配電站環(huán)境使此系統(tǒng)缺少可靠性。
隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，10kV配電站的建設不斷擴大。目前建設的10kV配電站(主要指K型配電站)基本配置有微機保護等自動化裝置，充分利用現(xiàn)有微機保護在信息采集輸出上的優(yōu)勢及電力電纜屏蔽層載波通信技術的成熟，尋求一種技術先進、高效、靈活且經(jīng)濟實用的方式，以實現(xiàn)10kV配電站的信息采集并傳輸至控制中心，以及在控制中心進行遙控操作，從而改變目前配電站信息盲區(qū)的現(xiàn)狀，更有必要實施10kV配電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于解決現(xiàn)有10KV配電網(wǎng)中存在的上述技術難題，提供一種用于配電站監(jiān)控的IED和通信設備之間的智能測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)配電站的信息進行實時采集并根據(jù)采集到的信息對配電站進行遠程實時監(jiān)控。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)的技術方案為一種用于10KV配電站監(jiān)控的IED103和通信裝置之間的智能測控系統(tǒng)101，特征在于其構(gòu)成包括信息處理單元1、通信單元、測控單元3和系統(tǒng)維護單元2及其相應的控制軟件所述的信息處理單元1包括CPU11、內(nèi)存12、外存13、CPLD14、晶振16和Watchdog15，所述的CPU11分別與內(nèi)存12、外存13、CPLD14、晶振16和Watchdog15電氣連接，同時該CPU11與所述的通信單元、測控單元3和系統(tǒng)維護單元2電氣連接，所述的CPLD14還與所述的通信單元、測控單元3和系統(tǒng)維護單元2電氣連接；所述的通信單元包括第一通信單元4和第二通信單元5，所述的第一通信單元4采用通信接口直接與配電站的IED103電氣連接，實現(xiàn)該類IED103和CPU11之間的通信，所述的第二通信單元5通過已有的電力電纜或?qū)＞€電纜與上級配電站或變電站連接；所述的測控單元3由隔離數(shù)字輸入電路模塊31、隔離直流模擬輸入電路模塊32、隔離交流模擬輸入電路模塊33和繼電器輸出電路模塊34構(gòu)成；所述的系統(tǒng)維護單元2一方面通過DB9電纜或RJ45電纜與筆記本電腦連接，另一方面與所述的信息處理單元1、第一通信單元4、第二通信單元5和測控單元3電氣連接并對其進行監(jiān)測；
所述的信息處理單元1、第一通信單元4、第二通信單元5和系統(tǒng)維護單元2的電路制作在同一主電路板上，該電路板通過高導熱柔性散熱墊倒貼在一機箱的底板上，測控單元3制作在擴展電路板上，該擴展電路板通過扁平電纜與主電路板連接。
該智能測控系統(tǒng)101的通信接口為RS232接口，或RS422接口、或RS485接口。
所述的機箱的前面板上包括串口通信指示燈611、以太網(wǎng)指示燈612、電源指示燈613、工作狀態(tài)燈614、本地/遠程控制選擇開關615、串口維護接口616和復位鈕617；后面板上包括數(shù)字輸入接口621、交流模擬輸入接口622、繼電器輸出接口623、直流模擬輸入接口624、電源輸入端子625、串行接口626、以太網(wǎng)維護接口627、以太網(wǎng)接口628和接地螺釘629。
所述的隔離數(shù)字輸入電路模塊31由依次連接的第一浪涌防護電路312、極性轉(zhuǎn)換電路313、第一光電隔離裝置314和單片機315構(gòu)成，該單片機315的輸出端接CPU11，所述的第一浪涌防護電路312的輸入端接在所述的數(shù)字輸入接口621。
所述的隔離直流模擬輸入電路模塊32由依次連接的第二浪涌防護電路321、電流/電壓切換電路322、并聯(lián)的電流隔離放大器323和電壓隔離放大器324、光電隔離裝置325、多路開關326、有源濾波器327和第一A/D變換器328構(gòu)成，所述的第二浪涌防護電路321的輸入端接所述的機箱上的直流模擬輸入接口624，所述的第一A/D變換器328的輸出端與所述的CPU11相連。
所述的交流模擬輸入模塊33由并行的相位校正電路網(wǎng)絡3311和I/V轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡3312的輸出端連接后，再依次連接的第二A/D轉(zhuǎn)換器332、CPLD邏輯接口電路333構(gòu)成，該電路的輸入端為所述的機箱上后面板的交流模擬輸入接口622、輸出端與CPU11相連。
所述的繼電器輸出電路模塊34由依次連接的選擇反?？刂凭W(wǎng)絡341、D0控制器342和干節(jié)點輸出343，該繼電器輸出電路模塊34的輸入端接CPU11，輸出端連接所述的繼電器輸出接口623。
所述的CPU11采用基于RISC構(gòu)架的、基頻為200Hz至350MHz的POWERPC類芯片。
所述的控制軟件主要包括智能測控系統(tǒng)主控程序71是在智能測控系統(tǒng)101上電后自動啟動運行的，完成系統(tǒng)的測控功能、通信功能以及維護功能；串口監(jiān)視程序73和串口維護程序72是通過連接在所述的串口維護接口616上的筆記本電腦上的終端窗口啟動運行的，它們都運行在智能測控系統(tǒng)101上，其中串口監(jiān)視程序73通過內(nèi)部TCP/IP與主控程序71建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視功能；
智能測控系統(tǒng)維護程序91是運行在筆記本電腦上的，通過TCP/IP與主控程序71建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視和維護功能。
本發(fā)明的技術效果為①本發(fā)明智能測控系統(tǒng)在配電站中與已有的IED連接，充分利用已有IED在信息采集和輸出控制上的優(yōu)勢及成熟的通信技術，實現(xiàn)了配電站的測控信息采集并遠程傳輸至控制中心，以及在控制中心進行遙控操作。
②本發(fā)明充分利用了原有通信裝置及電力電纜載波設備和專線Modem設備，避免了重新鋪設電力電纜，從而節(jié)約了大量電力電纜和測控設備，減少了施工工作量，大幅增加了可傳送的數(shù)據(jù)數(shù)量并確保了數(shù)據(jù)采集的唯一性。系統(tǒng)采用可靠性極高的站內(nèi)直流電源作為工作電源，減少了系統(tǒng)故障幾率，增強了系統(tǒng)信息的準確性、完整性和傳遞的穩(wěn)定性。
③本發(fā)明采用較先進的微處理器技術，并采用把電路板通過高導熱柔性散熱墊倒貼在所述的機箱底板上的工藝。能夠在高溫、強電磁干擾等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠的運行。
④本發(fā)明的第一通信單元、第二通信單元和測控單元，使本發(fā)明具備了三遙(遙信、遙測、遙控)的測控能力和與配電站智能電氣設備進行前置通信及信息綜合處理能力；同時以多種保護通信規(guī)約進行實時數(shù)據(jù)通信。


圖1為本發(fā)明在10kv配電站中連接示意圖；圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)方框示意圖；圖3為本發(fā)明的第一通信單元的功能細化方框示意圖；圖4為本發(fā)明的測控單元數(shù)字量輸入的方框示意圖；圖5為本發(fā)明的測控單元直流模擬量輸入的方框示意圖；圖6為本發(fā)明的測控單元交流模擬量輸入的方框示意圖；圖7為本發(fā)明統(tǒng)的測控單元繼電器輸出的方框示意圖；圖8為本發(fā)明的機箱前面板示意圖；圖9為本發(fā)明的機箱后面板示意圖；圖10為本發(fā)明的軟件功能劃分模塊示意圖；圖11為本發(fā)明的主控程序流程示意圖。
具體實施例方式
下面以本發(fā)明智能測控系統(tǒng)在10kV配電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應用為例，對本發(fā)明進行詳細描述。
如圖1所示的10kV配電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由IED103(包括間隔層保護測控單元1031、直流電源系統(tǒng)1032和溫控器1033)、智能測控系統(tǒng)101和通信裝置102(包括電力電纜載波設備1021和專線Modem設備1022)組成，本發(fā)明的智能測控系統(tǒng)101是用于IED103和通信裝置102之間的智能系統(tǒng)。在10kV配電站監(jiān)控系統(tǒng)中，本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101一方面通過與站內(nèi)的IED103連接，完成數(shù)據(jù)采集和對IED103的控制功能；通過通信裝置102與上級變電站104的RTU或站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)通信，上級變電站104的RTU或站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)再與區(qū)域調(diào)度SCADA系統(tǒng)105通信完成數(shù)據(jù)上傳和接收信息對所述的配電站IED103進行控制操作。以下對本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101的詳細說明。
請參見圖2，圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)方框示意圖，由圖可見，本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101由5部分組成，分別是信息處理單元1、第一通信單元4、第二通信單元5、測控單元3和系統(tǒng)維護單元2，所述的五個單元均放置在一機箱(圖中未示出)內(nèi)。
本智能測控系統(tǒng)的機箱采用標準的19時4U機箱，內(nèi)部采用主電路板加擴展電路板的模塊化插卡設計，其前面板結(jié)構(gòu)如圖8所示，其后面板結(jié)構(gòu)如圖9所示。該前面板上包括串口通信指示燈611、以太網(wǎng)指示燈612、電源指示燈613、工作狀態(tài)燈614、本地/遠程控制選擇開關615、串口維護接口616和復位鈕617；該后面板上包括數(shù)字輸入接口621、交流模擬輸入接口622、繼電器輸出接口623、直流模擬輸入接口624、電源輸入端子625、串行接口626、以太網(wǎng)維護接口627、以太網(wǎng)接口628和接地螺釘629。
整個智能測控系統(tǒng)內(nèi)無風扇、無硬盤、全密封，不設硬件擴展插槽。中央處理單元(Central Produce Unit)以下簡稱CPU11所在的電路板通過高導熱柔性散熱墊倒貼在機箱底板上，既可自然散熱又可有效防塵，保證了設備的可靠性和運行環(huán)境要求。
圖2中的所述的信息處理單元1包括CPU11、內(nèi)存12、外存13、(可編程邏輯單元)以下簡稱CPLD14、晶振16和看門狗以下簡稱Watchdog15，所述的CPU11分別與內(nèi)存(12)、外存(13)、CPLD(14)、晶振(16)和Watchdog(15)電氣連接，同時該CPU(11)與所述的通信單元、測控單元(3)和系統(tǒng)維護單元(2)電氣連接，所述的CPLD(14)還與所述的通信單元、測控單元(3)和系統(tǒng)維護單元(2)電氣連接；其中CPU11采用Motorola公司生產(chǎn)的低功耗、采用RISC技術的PowerPC系列芯片，外存13采用Compact flash，以下簡稱CF卡，晶振16產(chǎn)生CPU11工作所需要的頻率為200MHz的時鐘，Watchdog15通過定時功能檢視軟件的執(zhí)行。
圖2中的第一通信單元4包括10個采用三線通信的串行接口模塊42，其為RS232接口、RS485接口或RS422接口，根據(jù)智能測控系統(tǒng)101軟件配置的不同通過圖3中的功能切換控制電路421在三種串口通信方式件間進行轉(zhuǎn)換，通信速率從300bps至115200bps軟件可配置。10個串行接口的通信電路相同，如圖3所示。圖3描述了第一通信單元4中任何一路通信接口的實現(xiàn)框圖，CPU11通過總線424接入串行擴展芯片423，串行擴展芯片423將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號，從其輸出端送入光電隔離電路422的輸入端，光電隔離電路422的輸出端接RS485/RS422接口芯片425或RS232接口芯片426的輸入端，功能切換控制電路421的輸入端接CPU11的輸出端，而功能切換控制電路421的輸出端接RS485/RS422接口芯片425和RS232接口芯片426的控制輸入端，控制RS485/RS422接口芯片425和RS232接口芯片426之間的切換。第一通信單元4負責連續(xù)接收IED103中的數(shù)據(jù)。智能測控系統(tǒng)和已有的站內(nèi)智能電子裝置103通信時，將多臺保護測控單元1031組成一條RS485通信鏈路，接入機箱后面板的串行接口626上；直流電源系統(tǒng)1032和溫控器1033分別通過一條RS485通信鏈路，接入后面板的串行接口626上，采用RS485方式傳輸數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)傳輸方式在保證數(shù)據(jù)采集的實時要求下，還有利于配電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的工程實施。第一通信單元4還包括一個10M/100MHz的自適應以太網(wǎng)口41，通過后面板上的以太網(wǎng)接口628與具有以太網(wǎng)接口628的IED103連接。
圖2中的第二通信單元5包括兩個9線的RS232串口51，其通過后面板上的串行接口626與已有的電力電纜載波設備102連接，完成與上級進線變電站與調(diào)度中心的通信，通信規(guī)約滿足部頒CDT規(guī)約或國際標準IEC60870-5-101規(guī)約的要求。其結(jié)構(gòu)與串行接口模塊42的結(jié)構(gòu)相同。
圖2中的測控單元3根據(jù)接收信號的特征，其包括四個部分16路的隔離數(shù)字輸入電路模塊31；8路的隔離直流模擬輸入電路模塊32；18路的隔離交流模擬輸入電路模塊33；8路的繼電器輸出電路模塊34。
請參閱圖4所示的隔離數(shù)字輸入電路模塊31的功能方框示意圖，所述的隔離數(shù)字輸入電路模塊31由依次連接的第一浪涌防護電路312、極性轉(zhuǎn)換電路313、第一光電隔離裝置314和單片機315構(gòu)成，該單片機315的輸出端接CPU11，所述的第一浪涌防護電路312的輸入端接在所述的數(shù)字輸入接口621。典型的數(shù)字量數(shù)據(jù)采集包括事故總信號，直流故障信號(包括交流失壓)，各倉位繼?？傂盘?每個微機保護設備故障信號集中為一總信號)和典型的開關量，其包括進線1、2開關，分段開關，1、2號站變開關，出線1至出線10開關。輸入的開關量的輸入特性為，輸入點數(shù)16路；輸入形式DC(直流)110V或DC(直流)24V有源輸入；站內(nèi)分辯率1ms，支持雪崩變化；數(shù)字濾波軟件整定，步長1ms，最大65535ms；20％標稱值連續(xù)，140％標稱值能持續(xù)2秒。
請參閱圖5所示的隔離直流模擬輸入電路模塊32的功能方框示意圖，所述的隔離直流模擬輸入電路模塊32由依次連接的第二浪涌防護電路321、電流/電壓切換電路322、并聯(lián)的電流隔離放大器323和電壓隔離放大器324、光電隔離裝置325、多路開關326、有源濾波器327和第一A/D變換器328構(gòu)成，所述的第二浪涌防護電路321的輸入端接所述的機箱上的直流模擬輸入接口624，所述的第一A/D變換器328的輸出端與所述的CPU11相連。直流模擬量(AI)的輸入特性為，輸入路數(shù)8路；輸入范圍DC(直流)-5V～DC(直流)+5V，或0～20mA；分辯率帶符號位的16位A/D變換，電流阻抗62.5歐姆，電壓輸入阻抗＞10K；采樣速率16次/秒；精度＜0.5％。
請參閱圖6所示的隔離交流模擬輸入電路模塊33的功能方框示意圖，所述的交流模擬輸入模塊33由并行的相位校正電路網(wǎng)絡3311和I/V轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡3312的輸出端連接后，再依次連接的第二A/D轉(zhuǎn)換器332、CPLD邏輯接口電路333構(gòu)成，該電路的輸入端為所述的機箱上后面板的交流模擬輸入接口622、輸出端與CPU11相連，交流模擬量的輸入特性為，模擬量輸入18個交流模擬量輸入，經(jīng)變壓器隔離；采樣速率每周波64次；A/D分辨率12位加符號位。輸入信號為交流電壓輸入(PT)時9路；標稱值120Vrms或220Vrms；量程69.3V、120V或220V，標稱值的0％至250％；過電壓250％標稱值，連續(xù)，350％標稱值一分鐘；負載小于0.1VA；準確度±0.2％滿量程(在25℃的情況下)。輸入信號為交流電流輸入(CT)時9路；標稱值1A或5Arms；量程2％到1600％標稱值；過電流4倍標稱值--連續(xù)，30倍標稱值--10秒，100倍標稱值--1秒；負載0.01ohm；準確度±0.2％滿量程(5倍標稱值以下)。
圖7為繼電器輸出繼電器輸出電路模塊34的框圖示意圖，所述的繼電器輸出電路模塊34由依次連接的選擇反校控制網(wǎng)絡341、D0控制器342和干節(jié)點輸出343，該繼電器輸出電路模塊34的輸入端接CPU11，輸出端連接所述的繼電器輸出接口623。繼電器輸出特性為，輸出路數(shù)8路；輸出方式合閘輸出；出口時間軟件設定，步長為10ms，最長為2.54s；Watchdog15監(jiān)視繼電器輸出電路模塊34的出口狀態(tài)，確?？刂撇怀瑫r；觸點容量250V/8A；硬件通道選擇，硬件返校。
圖2中還包括了系統(tǒng)維護單元2，它包括串口維護21和以太網(wǎng)維護22兩部分，串口維護21可以通過前面板的串口維護接口616與筆記本電腦連接，以太網(wǎng)維護22可以通過后面板的以太網(wǎng)維護接口627與筆記本電腦連接。系統(tǒng)維護包括系統(tǒng)參數(shù)配置、通信監(jiān)控、規(guī)約分析、數(shù)據(jù)采集顯示、模擬操作的功能。
圖2所示的信息處理單元中1的CPU11和CPLD14分別與測控單元3、系統(tǒng)維護單元2、第一通信單元4和第二通信單元5電氣相連。
圖10為智能測控系統(tǒng)101的系統(tǒng)軟件100按功能進行劃分的模塊示意圖，該系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件100由應用程序7和操作系統(tǒng)8兩部分組成，該系統(tǒng)軟件100中應用程序7包括主控程序71、串口維護程序72、串口監(jiān)視程序73；操作系統(tǒng)8包括其所提供的Watchdog驅(qū)動程序模塊82、LAN(局域網(wǎng))驅(qū)動程序模塊83、串口驅(qū)動程序模塊84和定制的I/O接口驅(qū)動程序模塊85、運行指示燈Local/Remote撥碼開關驅(qū)動程序模塊86和API接口程序模塊81。智能測控系統(tǒng)101采用嵌入式實時操作系統(tǒng)Linux，該操作系統(tǒng)101還提供在PC機上建立目標機和宿主機交叉編譯和調(diào)試的環(huán)境。
智能測控系統(tǒng)主控程序(71)是在智能測控系統(tǒng)(101)上電后自動啟動運行的，完成系統(tǒng)的測控功能、通信功能以及維護功能；串口監(jiān)視程序(73)和串口維護程序(72)是通過連接在所述的串口維護接口(616)上的筆記本電腦上的終端窗口啟動運行的，它們都運行在智能測控系統(tǒng)(101)上，其中串口監(jiān)視程序(73)通過內(nèi)部TCP/IP與主控程序(71)建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視功能；智能測控系統(tǒng)維護程序(91)是運行在筆記本電腦上的，通過TCP/IP與主控程序(71)建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視和維護功能。
主控程序71是整個智能測控系統(tǒng)的核心應用程序，如圖11所示，為主控程序71的流程示意圖。智能測控系統(tǒng)101上電后，主控程序71的操作過程如下(1)在步驟700中，根據(jù)事先存入電子盤中的初使化信息對本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101中的信息處理單元1、測控單元3、系統(tǒng)維護單元2、第一通信單元4和第二通信單元5進行初使化；步驟714為初始動作，啟動主控程序71；在步驟715中，CPU11從外存13的名為fersvr.ini的配置文件中讀取保存在外存中的當前數(shù)據(jù)庫的路徑；在步驟716中，CPU11根據(jù)外存13中當前數(shù)據(jù)庫中的配置信息在內(nèi)存中建立實時模擬量、狀態(tài)量和遙控量的信息列表；在步驟717中，CPU11根據(jù)TCP/IP通信協(xié)議在內(nèi)存12中建立TCP/IP服務線程；在步驟718中，CPU11讀取外存13中名為Chl_info的關于通道的配置文件，在內(nèi)存12中逐個為第一通信單元4中的串口(采集通道)建立串口通道線程，為第二通信單元5中的串口(轉(zhuǎn)發(fā)通道)建立串口通道線程，并掛起線程；在步驟719中，CPU11讀取外存13中名為Mcu_info的關于IED103的配置文件，在內(nèi)存中逐個把各IED103匹配到相應的串口通道；在步驟7110中，CPU11啟動所有串口通道線程和測控單元子模塊7112線程，完成初始化工作；(2)在步驟7001中，CPU11運行主控程序71的主線程；在步驟71111中，CPU11啟動主線程；在步驟71112中，CPU11控制前面板上的工作狀態(tài)燈614每隔1秒鐘亮一次；在步驟71113中，CPU11對從串口通道讀入的數(shù)據(jù)，根據(jù)配置文件，通過公式計算合成一部分不能直接采集的信息量；在步驟71114中，當有事件發(fā)生時或定時的CPU11把實時的計算值存入外存13中，然后再回至步驟71112.
(3)在步驟7112中，CPU11運行TCP/IP服務線程；在步驟71121中，啟動步驟717建立的TCP/IP服務線程；在步驟71122中，CPU11通過TCP/IP通道接收客戶端，即連接的筆記本電腦維護程序91或串口監(jiān)視程序73的連接請求；在步驟71123中，CPU11通過TCP/IP通道接收客戶端的請求報文；在步驟71124中，CPU11按照規(guī)定的通信規(guī)約分析和處理接收到的報文生成需要的報文返回給客戶端；在步驟71125中，檢測客戶端是否請求斷開連接，在步驟71125中若為是，則在步驟71126中，斷開連接，在步驟71125中若為否，則返回至步驟71123。
(4)在步驟7113中，CPU11運行測控單元子模塊線程；在步驟71131中，CPU11啟動測控單元子模塊線程；在步驟71132中，CPU11檢測是否接收到遙控信息；在步驟71132中若為是，則CPU11通過繼電器輸出電路模塊34發(fā)出遙控操作，在步驟71132中若為否，則轉(zhuǎn)至步驟71134；在步驟71134中，CPU從測控單元3電路中的隔離數(shù)字輸入電路模塊31讀取順序事件記錄(Sequence of Events)以下簡稱SOE，并對讀取的信息進行處理；在步驟71135中，CPU從隔離數(shù)字輸入電路模塊31中讀取狀態(tài)量并進行處理；在步驟71136中，CPU從隔離直流模擬輸入電路模塊32、隔離交流模擬輸入電路模塊33中讀取模擬量并處理。
(5)在步驟7114中，CPU運行采集通道的通信模塊線程；在步驟71141中，CPU11啟動一個用作采集通道的通信模塊線程；在步驟71142中，CPU11輪詢該采集通道上的某個IED103，發(fā)送請求報文至該IED103；在步驟71143中，CPU11等待接收來自該IED103的應答報文；在步驟71144中，CPU11處理其接收到的應答報文，或設置該采集通道為接收超時；返回至步驟71142。
(6)在步驟7115中，CPU運行轉(zhuǎn)發(fā)通道的通信模塊線程；
在步驟71151中，CPU11啟動一個作為轉(zhuǎn)發(fā)通道的通信模塊線程；在步驟71152中，CPU11通過此通信模塊接收上級站的請求報文；在步驟71153中，CPU11處理接收到的請求報文，并返回響應報文給此通信模塊，并返回至71152。
步驟7001、步驟7002、步驟7003、步驟7004和步驟7005彼此并發(fā)運行。
主控程序通過101規(guī)約、103規(guī)約、DNP規(guī)約、ModBus規(guī)約、CDT規(guī)約和SPA規(guī)約，與IED103通信，向IED103請求數(shù)據(jù)，根據(jù)配置信息更新內(nèi)存中相應的實時模擬量和狀態(tài)量信息，對SOE事件和狀態(tài)量變化事件予以記錄；根據(jù)上級站或維護程序的控制請求，向IED103發(fā)送控制報文；根據(jù)配置，每種規(guī)約使用一個或多個串口進行通信，每個串口通信模塊在獨立的子線程中運行。
主控程序71通過101、CDT規(guī)約與已有的遠方變電站通信，主控程序模塊71從實時信息量表中讀取需要傳送的模擬量和狀態(tài)量數(shù)據(jù)，或者與上級站轉(zhuǎn)發(fā)匹配的被記錄的SOE事件和狀態(tài)量變化事件，完成數(shù)據(jù)上傳；當接收到上級站控制請求后，找到相應的通信單元進行控制操作；接收到上級站的對時報文后，對本系統(tǒng)時間進行校正；每個串口的通信子模塊在單獨子線程中運行。
主控程序通過測控單元3的系統(tǒng)調(diào)用，完成自帶的模擬量、數(shù)字量采集、SOE事件記錄，以及控制運行指示燈閃爍，讀取Local/Remote撥碼開關狀態(tài)；該I/O模塊在單個子線程中運行，通信機制與智能單元通信模塊的機制類似。
主控程序71通過與運行在筆記本電腦上的智能測控系統(tǒng)維護程序91、串口監(jiān)視程序(73)73通信，實現(xiàn)配置信息的下裝和上載、模擬量和狀態(tài)量的實時監(jiān)視、串口通信的報文監(jiān)視、各通信單元和通道狀態(tài)的監(jiān)視、控制命令的執(zhí)行、以及主控程序的更新。通信采用可靠的TCP/IP連接，主控程序作為TCP/IP協(xié)議的服務器端；該服務器端程序模塊在單獨子線程中運行，通信流程類似于圖14所述的按101規(guī)約與遠方通信的子模塊。
主控程序定時寫Watchdog，保證系統(tǒng)正常運行。
用戶將筆記本電腦通過電纜連接在前面板的串口維護接口616，通過終端客戶端程序(Windows操作系統(tǒng)中已有的超級終端)，運行串口監(jiān)視程序73，實現(xiàn)對本發(fā)明智能測控系統(tǒng)的運行監(jiān)視和操作功能。
串口監(jiān)視程序73使用TCP/IP協(xié)議與主控程序通信。監(jiān)視和操作功能包括通道監(jiān)視；通信單元監(jiān)視；各單元信息量監(jiān)視；系統(tǒng)全局信息量監(jiān)視；通信報文監(jiān)視；模擬遙控操作。
將筆記本電腦連接到前面板的串口維護接口616，通過終端客戶端程序(Windows操作系統(tǒng)中已有的超級終端)，運行串口維護程序72，實現(xiàn)將配置數(shù)據(jù)庫從筆記本電腦下傳到智能測控系統(tǒng)中，也可以通過串口維護程序72來更新主控程序。用標準的ZModem協(xié)議實現(xiàn)串口方式的文件傳送。
智能測控系統(tǒng)維護程序91運行在筆記本電腦上，通過前面板的串口維護接口616和后面板的以太網(wǎng)維護接口627實現(xiàn)對智能測控系統(tǒng)的維護，維護包括各種信息配置、監(jiān)視與診斷。
智能測控系統(tǒng)維護程序運行在Windows平臺上，主要功能如下I、工程配置參數(shù)配置；通道配置；通信單元配置；模擬量、狀態(tài)量、遙控量配置；計算模擬量、狀態(tài)量的公式定義；轉(zhuǎn)發(fā)遠方模擬量、狀態(tài)量、遙控量配置II、過以太網(wǎng)方式監(jiān)視和操作通道監(jiān)視；III、通信單元監(jiān)視；IV、各單元信息量監(jiān)視；V、系統(tǒng)全局信息量監(jiān)視；VI、通信報文監(jiān)視；VII、模擬遙控操作；VIII、下裝和上載配置數(shù)據(jù)庫；IX、更新主控程序。
III、通過串口方式監(jiān)視和操作內(nèi)部集成了一個簡易的終端客戶端程序，方便串口方式的使用；通過串口方式運行串口監(jiān)視程序；通過串口方式運行串口維護程序。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101通過上級變電站104與調(diào)度中心進行對時，站內(nèi)所有時標以智能測控系統(tǒng)101為基準。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101經(jīng)測試結(jié)果如下系統(tǒng)具備如下的技術指標，滿足配電站監(jiān)控的要求。
站內(nèi)數(shù)據(jù)采樣周期＜1秒，系統(tǒng)測量綜合誤差≤1.5％。
從配電站發(fā)出遙信變位到調(diào)度端站收到此信號的整個時間≤30秒。
遙控正確率不小于99.9％。
信號正確動作率不小于99.9％。
站內(nèi)SOE分辨率≤2ms，站間SOE分辨率≤10ms
事件順序記錄正確率≥95％。
系統(tǒng)可用率≥99.9％。
系統(tǒng)平均無故障時間MTBF＞20000小時。
可運行在如下環(huán)境中。海拔高度≤1000米。最大平均相對濕度90％(25℃)。最高環(huán)境溫度+65℃。最低環(huán)境溫度-25℃。日氣溫最大變化 25℃電氣特性要求如下。額定交流電壓380V、220V。額定直流電壓220V、110V。額定頻率50Hz。非電氣量變送器輸入 4～20mA或0～5V運行溫度、濕度特性如下。環(huán)境溫度-10℃～+55℃。溫度最大變化率 10℃/h。相對濕度5％～95％。最大絕對濕度28g/m3環(huán)境溫度在-5℃～+40℃時，裝置正常工作，滿足正常精度。
環(huán)境溫度在-10℃～+55℃時，裝置正常工作，滿足允許精度。
在雷擊過電壓、一次回路操作、一次設備故障、二次回路操作及其它強干擾作用下，本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101無誤動作或損壞。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101的快速瞬變干擾試驗、高頻干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、沖擊電壓試驗、靜電試驗和絕緣試驗等滿足IEC60255-22-1、IEC60255-22-2、IEC60255-22-3、IEC60255-22-4、IEC60255-22-5等相應規(guī)定中III級的要求。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101原則上采用站內(nèi)直流電源(110V)供電。當站內(nèi)直流電源電壓在80％～115％額定值范圍內(nèi)變化時，智能測控系統(tǒng)可靠工作，正常運行。直流電源紋波系數(shù)≤5％時，智能測控系統(tǒng)正常可靠工作，精度滿足正常要求。拉、合直流電源以及插拔熔絲發(fā)生重復擊穿火花時，智能測控系統(tǒng)無誤動作。直流電源出現(xiàn)各種異常情況(短路、斷線、一點接地等)時，智能測控系統(tǒng)無誤動作。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)101的邏輯回路應由獨立的直流/直流逆變器供電，在直流電源恢復(包括緩慢恢復)至額定電壓的80％時，本發(fā)明智能測控系統(tǒng)能正常自啟動。
本發(fā)明智能測控系統(tǒng)所采用的直流繼電器的動作電壓應在50％～75％直流電源電壓之間。
權(quán)利要求
1.一種用于10KV配電站監(jiān)控的智能電子設備(103)和通信裝置之間的智能測控系統(tǒng)(101)，特征在于其構(gòu)成包括信息處理單元(1)、通信單元、測控單元(3)和系統(tǒng)維護單元(2)及其相應的控制軟件所述的信息處理單元(1)包括CPU(11)、內(nèi)存(12)、外存(13)、CPLD(14)、晶振(16)和Watchdog(15)，所述的CPU(11)分別與內(nèi)存(12)、外存(13)、CPLD(14)、晶振(16)和Watchdog(15)電氣連接，同時該CPU(11)與所述的通信單元、測控單元(3)和系統(tǒng)維護單元(2)電氣連接，所述的CPLD(14)還與所述的通信單元、測控單元(3)和系統(tǒng)維護單元(2)電氣連接；所述的通信單元包括第一通信單元(4)和第二通信單元(5)，所述的第一通信單元(4)采用通信接口直接與配電站的智能電子設備(103)電氣連接，實現(xiàn)該類智能電子設備(103)和CPU(11)之間的通信，所述的第二通信單元(5)通過已有的電力電纜或?qū)＞€電纜與上級配電站或變電站連接；所述的測控單元(3)由隔離數(shù)字輸入電路模塊(31)、隔離直流模擬輸入電路模塊(32)、隔離交流模擬輸入電路模塊(33)和繼電器輸出電路模塊(34)構(gòu)成；所述的系統(tǒng)維護單元(2)一方面通過DB9電纜或RJ45電纜與筆記本電腦連接，另一方面與所述的信息處理單元(1)、第一通信單元(4)、第二通信單元(5)和測控單元(3)電氣連接并對其進行監(jiān)測；所述的信息處理單元(1)、第一通信單元(4)、第二通信單元(5)和系統(tǒng)維護單元(2)的電路制作在同一主電路板上，該電路板通過高導熱柔性散熱墊倒貼在一機箱的底板上，測控單元(3)制作在擴展電路板上，該擴展電路板通過扁平電纜與主電路板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于該系統(tǒng)的通信接口為RS232接口，或RS422接口、或RS485接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的機箱的前面板上包括串口通信指示燈(611)、以太網(wǎng)指示燈(612)、電源指示燈(613)、工作狀態(tài)燈(614)、本地/遠程控制選擇開關(615)、串口維護接口(616)和復位鈕(617)；后面板上包括數(shù)字輸入接口(621)、交流模擬輸入接口(622)、繼電器輸出接口(623)、直流模擬輸入接口(624)、電源輸入端子(625)、串行接口(626)、以太網(wǎng)維護接口(627)、以太網(wǎng)接口(628)和接地螺釘(629)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的隔離數(shù)字輸入電路模塊(31)由依次連接的第一浪涌防護電路(312)、極性轉(zhuǎn)換電路(313)、第一光電隔離裝置(314)和單片機(315)構(gòu)成，該單片機(315)的輸出端接CPU(11)，所述的第一浪涌防護電路(312)的輸入端接在所述的數(shù)字輸入接口(621)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的隔離直流模擬輸入電路模塊(32)由依次連接的第二浪涌防護電路(321)、電流/電壓切換電路(322)、并聯(lián)的電流隔離放大器(323)和電壓隔離放大器(324)、光電隔離裝置(325)、多路開關(326)、有源濾波器(327)和第一A/D變換器(328)構(gòu)成，所述的第二浪涌防護電路(321)的輸入端接所述的機箱上的直流模擬輸入接口(624)，所述的第一A/D變換器(328)的輸出端與所述的CPU(11)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的交流模擬輸入模塊(33)由并行的相位校正電路網(wǎng)絡(3311)和I/V轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(3312)的輸出端連接后，再依次連接的第二A/D轉(zhuǎn)換器(332)、CPLD邏輯接口電路(333)構(gòu)成，該電路的輸入端為所述的機箱上后面板的交流模擬輸入接口(622)、輸出端與CPU(11)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的繼電器輸出電路模塊(34)由依次連接的選擇反校控制網(wǎng)絡(341)、DO控制器(342)和干節(jié)點輸出(343)，該繼電器輸出電路模塊(34)的輸入端接CPU(11)，輸出端連接所述的繼電器輸出接口(623)。
8.，根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的CPU(11)采用基于RISC構(gòu)架的、基頻為200Hz至350MHz的POWERPC類芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能測控系統(tǒng)(101)，其特征在于所述的控制軟件主要包括智能測控系統(tǒng)主控程序(71)是在智能測控系統(tǒng)(101)上電后自動啟動運行的，完成系統(tǒng)的測控功能、通信功能以及維護功能；串口監(jiān)視程序(73)和串口維護程序(72)是通過連接在所述的串口維護接口(616)上的筆記本電腦上的終端窗口啟動運行的，它們都運行在智能測控系統(tǒng)(101)上，其中串口監(jiān)視程序(73)通過內(nèi)部TCP/IP與主控程序(71)建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視功能；智能測控系統(tǒng)維護程序(91)是運行在筆記本電腦上的，通過TCP/IP與主控程序(71)建立通信完成系統(tǒng)監(jiān)視和維護功能。
全文摘要
一種用于10KV配電站監(jiān)控的智能電子設備和通信裝置之間的智能測控系統(tǒng)，包括信息處理單元、通信單元、測控單元和系統(tǒng)維護單元及其相應的控制軟件。所述的信息處理單元包括CPU、內(nèi)存、外存、CPLD、晶振和Watchdog，所述的CPU分別與內(nèi)存、外存、CPLD、晶振和Watchdog電氣連接，同時該CPU與所述的通信單元、測控單元和系統(tǒng)維護單元電氣連接；所述的信息處理單元、第一通信單元、第二通信單元和系統(tǒng)維護單元的電路制作在同一主電路板上，測控單元制作在擴展電路板上，該擴展電路板通過扁平電纜與主電路板連接。本發(fā)明在配電站中與已有的IED連接，實現(xiàn)了配電站的測控信息采集并遠程傳輸至控制中心，以及在控制中心進行遙控操作。
文檔編號G06F13/38GK1801575SQ20051011039
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者曹袖, 王曉東, 林海, 曲超, 肖相生, 李敏, 郝慧毅 申請人:上海欣能自動化系統(tǒng)有限公司