一种通用智能配电自动化测控终端的制作方法
【专利摘要】一种通用智能配电自动化测控终端，包括CPU处理器控制板、交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、系统总线底板和通信接口板，其中，交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、通信接口板均通过系统总线底板与CPU处理器控制板相连，CPU处理器控制板通过通信接口板与配电网自动化主站相连。本实用新型适应能力更强，仅需要将交流模拟量采集板的输入信号类型分别按馈线测控保护装置FTU和开闭所测控保护设备DTU进行灵活配置，便可实现馈线测控保护装置FTU和开闭所测控保护设备DTU的功能需求。
【专利说明】一种通用智能配电自动化测控终端
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力系统配电网自动化【技术领域】，具体涉及一种配电管理设备，尤其是一种通用智能配电自动化测控终端。
【背景技术】
[0002]配电网智能终端设备是配电网自动化系统的重要组成部分，由馈线测控保护装置FTU、开闭所(环网柜)、测控保护装置DTU、变压器测控保护装置TTU、智能电表和用电终端设备等组成。
[0003]安装在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处，并具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测等功能的远方终端称为FTU;装在配电网馈线回路的开闭所和配电所等处，并具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测等功能的远方终端称为DTU。
[0004]由于现有的配电网智能终端设备采集速度不够、采集精度不高，智能程度不够高，并且不兼容103、104协议和61580协议。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种通用智能配电自动化测控终端，能够实现多通道同步高速采样、数据采集精度和效率高、具备良好的人机交互接口及通信监控功能。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案:
[0007]—种通用智能配电自动化测控终端，包括CPU处理器控制板、交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、系统总线底板和通信接口板，其中，交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、通信接口板均通过系统总线底板与CPU处理器控制板相连，CPU处理器控制板通过通信接口板与配电网自动化主站相连。
[0008]所述CPU处理控制板包括第一处理器和第二处理器，第一处理器的输入端与交流模拟量米集板相连，第一处理器的输出端通过FIFO RAM与第二处理器的输入端相连,第二处理器的输出端与状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板相连、人机接口板相连。
[0009]所述第一处理器为MCF5407数字信号处理器，第二处理器的型号为TMS320F2812数字信号处理器。
[0010]所述交流模拟量采集板包括互感器、变换器、信号调理电路、AD转换器、滤波放大电路和测频电路，互感器的输出端与变换器的输入端相连，变换器的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与AD转换器的输入端相连,AD转换器的输出端与滤波放大电路的输入端相连，滤波放大电路的输出端与测频电路的输入端相连，测频电路的输出端与第二处理器的输入端相连。
[0011]所述状态量和脉冲量采集板包括DI电路，DI电路的输入端与第一处理器相连，第一处理器还连接有状态量锁存器。
[0012]所述继电器输出控制板包括继电器电路、数据锁存寄存器和光电隔离电路，所述数据锁存寄存器的输出端与光电隔离电路的输入端相连，光电隔离电路的输出端与驱动继电器电路的输入端相连，驱动继电器的输出端与配电网连接。
[0013]所述人机接口板包括IXD显示屏、与IXD显示屏相连的键盘、信号灯。
[0014]所述通信接口板包括通信电路，所述的通信电路包括RS232、RS485及光纤、GPRS、以太网通信接口。
[0015]所述第二处理器连接有用于提供电源的电源控制板，第一处理器还连接有铁电RAM0
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果:本实用新型将测控设备核心单元所需的各部分设计成独立功能的模块，具有高速处理能力和高可靠性的嵌入式数据采集和处理功能，根据不同的应用场合进行不同的组态，使得测控设备的设计通用化，适应能力更强。由于FTU、DTU设备处理的对象和保护的对象类型基本一致，所以本实用新型仅需要将交流模拟量采集板的输入信号类型分别按馈线测控保护装置FTU和开闭所(环网柜)测控保护设备DTU进行灵活配置，便可实现馈线测控保护装置FTU和开闭所(环网柜)测控保护设备DTU的功能需求。另外，本实用新型能够实现多通道同步高速采样、数据采集精度和效率高、具备良好的人机交互接口及通信监控功能，满足103、104协议和61580协议，因此具备一定的通用性，具备较高的工程推广价值。
[0017]进一步的，本实用新型采用MCF5407处理器作为第一处理器，TMS320F2812处理器作为第二处理器，第一处理器和第二处理器构成一个双处理器的处理单元，两个处理器之间通过高速FIFO RAM进行数据交换，提高了系统的处理能力，节省了处理器的处理时间。
[0018]进一步的，本实用新型中交流量变换隔离板使用互感器对外接交流电流或电压进行隔离，并将隔离后的信号转换为滤波放大电路及测频电路的输入驱动信号，并可实现对电池电压和机箱温度等直流信号的精准测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0021]参见图1，一种通用智能配电自动化测控终端包括CPU处理器控制板、交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、系统总线底板和通信接口板，其中，交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、通信接口板均通过系统总线底板与CPU处理器控制板相连，CPU处理器控制板通过通信接口板与配电网自动化主站相连。
[0022]所述CPU处理控制板包括第一处理器和第二处理器，第一处理器的输入端与交流模拟量米集板相连，第一处理器的输出端通过FIFO RAM与第二处理器的输入端相连,第二处理器的输出端与状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板相连、人机接口板相连。
[0023]所述第一处理器为MCF5407数字信号处理器，第二处理器的型号为TMS320F2812数字信号处理器。
[0024]所述交流模拟量采集板包括变换器、信号调理电路、AD转换器、滤波放大电路和测频电路，变换器的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与AD转换器的输入端相连，AD转换器的输出端与滤波放大电路的输入端相连,滤波放大电路的输出端与测频电路的输入端相连，测频电路的输出端与第二处理器的输入端相连。
[0025]所述状态量和脉冲量采集板包括DI电路，DI电路的输入端与第一处理器相连，第一处理器还连接有状态量锁存器。
[0026]所述继电器输出控制板包括继电器电路、数据锁存寄存器和光电隔离电路，所述数据锁存寄存器的输出端与光电隔离电路的输入端相连，光电隔离电路的输出端与驱动继电器电路的输入端相连，驱动继电器的输出端与配电网连接。
[0027]所述人机接口板包括IXD显示屏、与IXD显示屏相连的键盘、信号灯。
[0028]所述通信接口板包括通信电路，所述的通信电路包括RS232、RS485及光纤、GPRS、以太网通信接口。
[0029]所述第二处理器连接有用于提供电源的电源控制板。
[0030]上述通用智能配电自动化测控终端的实现方法为:利用智能采集板采集电压/电流信号，将采集的电压/电流信号通过互感器进行隔离后，再通过变换器变换后，利用信号调理电路对信号进行整理，再经过多路模拟开关选择、采集保持，再由分辨率为16位的6通道同步AD转换器ADS8556完成数字转换，计算线路的各种电参数，并输入第二处理器，第二处理器完成转换后的电流模拟信号的采集、计算，并将计算后数据传送给第一处理器，第一处理器计算出电压和电流的有效值、有功功率与无功功率，并将计算出的电压和电流的有效值、有功功率与无功功率通过通信控制板传出，或在本地显示。
[0031]下面对CPU处理器控制板、交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、系统总线底板和通信接口板进行详细介绍。
[0032]I) CPU处理器控制板(CPU板)
[0033]CPU处理器控制板是系统的核心部件，采用32位的工业级CPU处理器MotorolaMCF5407，主频最高可达200MHz。板上配备RAM、FlashROM, EEROM、时钟电路、RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、ΙΟ/ΙΟΟΜΗζ网络接口、红外线接口等。IXD显示屏接口、键盘接口，总线Bus接口，运行Vxworks、Nucleus或uClinux操作系统。
[0034]2)交流模拟量采集板(Al板)
[0035]智能采集板将电压/电流通过变换器变换后，利用信号调理电路对信号进行整理，然后经过多路模拟开关选择、采集保持，由分辨率为16位的6通道同步AD转换器ADS8556完成数字转换，计算线路的各种电参数。通过双向FIFO RAM发送出去。采用了 TI公司的6路采样的AD转换器件ADS8556。该器件的配置了独立的6个采样通道，每路的最大采集频率为500k BPS/秒，分辨率为16位，可以最大限度的实现三相交流信号的同步采样。
[0036]3)状态量和脉冲量采集板(DI板)
[0037]状态量和脉冲量采集板用于处理装置的开关量输入，共配置16路无源信号输入和4路脉冲量输入，由装置提供24V电源。继电器输出控制板支持16路继电器输出操作。继电器操作采用常开输出方式，输出接点容量直流220/110V 5A，DC 24V 10A，交流220V 5A。状态量和脉冲量采集板为非智能板，可以输入16路状态量信号。16路状态量信号进入状态量锁存器。如果有信号状态改变，由状态量中断产生逻辑，向CPU板发出中断请求。CPU接收到中断后，从状态量锁存器中读取状态量。
[0038]4)继电器输出控制板(D0板)
[0039]继电器输出控制板支持16路继电器输出操作。继电器操作米用常开输出方式,输出接点容量直流220/110V 5A，DC 24V 10A，交流220V 5A。继电器输出由系统通过控制输出逻辑接口，将输出数据锁存在数据锁存寄存器中，然后经过光电隔离电路，驱动放大后，直接驱动继电器电路。继电器操作操作电源采用隔离的DC 24V电源提供。
[0040]5)电源控制板(PU板)
[0041]由电源模块将外部提供的直流电源转换为保护装置工作所需电压。本模块输入两路交流 AC 220V/110V，或直流 DC 220V (DC 24V),输出+5V/2.5A、± 15V/1A 和+24V/1A。+5V电压用于装置数字器件工作，±15V电压用于A/D采样，+24V电压用于驱动装置继电器及直流电源输出。
[0042]在设备内，配置了两节12V的铅酸电池，两节铅酸电池串联成+24V的直流电压，每节电池的电流容量7?10A。在外界交流通电的情况下，蓄电池可进行浮充充电。当外界交流失电时，蓄电池自动投入到系统中。
[0043]6)人机接口板
[0044]人机对话接口板安装于装置面板上，是装置与外界进行信息交互的主要部件。采用128*64点阵大屏幕IXD显示屏，配置6个按键的小键盘，全中文菜单方式显示(操作)。主要功能为:键盘操作、液晶显示、信号灯指示及串行口调试，用于进行现场运行配置、信息查验等。而且，配有由远程在线参数配置功能。
[0045]7)系统总线底板
[0046]总线底板是系统间各部件间进行数据电气连接或数据交换的硬件通路，系统中所有板卡都采用相同的总线定义和电气接口。CPU控制板通过系统总线BUS控制系统的其它板卡，包括模拟量采集板Al、状态量和脉冲量采集板D1、继电器输出控制板D0、通信接口板CM、人机接口板MM等。但不同的是，人机接口板直接和总线底板通过线缆连接。
[0047]8)通信接口板
[0048]通信接口板是测控终端与配电网自动化主站系统通讯、数据交互的硬件通路。通信接口板可以实现RS485、光纤、以太网接口等通讯方式，更可灵活配置使用GPRS、电力线载波等其他通讯方式。通信接口板实现故障信息自动化上报和线路设备信息的实时上报。
[0049]本实用新型将测控设备核心单元所需的各部分设计成独立功能的模块，各功能模块采用分布式结构连接，采用系统总线进行数据交互。根据不同的应用场合进行不同的组态配置，将交流模拟量采集板的输入信号类型分别按馈线测控保护装置FTU和开闭所(环网柜)测控保护设备DTU进行灵活配置，便可实现馈线测控保护装置FTU和开闭所(环网柜)测控保护设备DTU的功能需求。
[0050]将这些单元模块组装在一体化机箱内，构成完整的测控设备核心单元。配备其它的单元，就可以构成完整的FTU、DTU测控设备。这些功能单元的连接结构如图1所示。
[0051]FTU/DTU核心控制单元采用Motorola MCF5407高性能处理器和TMS320F2812DSP处理器构成一个双处理器的处理单元，这两个CPU处理器之间通过高速FIFO RAM进行数据交换。
[0052]MCF5407处理器作为主处理器，完成系统的数据处理、判断、保护计算和控制、通信管理等各种管理功能，是整个设备的控制核心。TMS320F2812处理器作为从处理器，完成对交流模拟信号的实时采集、计算，并将数据传送给主处理器MCF5407。
[0053]由于FTU核心控制单元需要进行高速数据采集及大量的数据计算，非常占用处理器的时间。为了提高系统的处理能力，将交流信号的采集部分设计成智能型DSP处理板，采用TI公司的TMS320F2812 DSP处理器配合外围电路独立完成对交流电压和电流信号的高速采集和处理，并完成各种电力参量的快速计算。
[0054]交流量变换隔离电路(即交流量变换隔离板)使用互感器对外接交流电流或电压进行隔离，并将隔离后的信号转换为滤波放大电路及测频电路的输入驱动信号，并可实现对电池电压和机箱温度等直流信号的精准测量。
[0055]DI电路、DO电路用来实现对开入量的采集和监视，及对开出继电器的驱动和管理。
[0056]FTU/DTU核心单元通信电路包括RS232、RS485及光纤、GPRS、以太网等多种通信接□。
[0057]人机界面由液晶显示器、按键、指示灯和RS232维护口组成，用于就地人机交流和操作维护。
[0058]第一处理器还连接有SPI铁电RAM，SPI铁电RAM为串行非易失存储器，并且与第一处理器相连，掉电情况下数据不会被修改或丢失，读写次数不限，并且串行通信有更高抗干扰能力。所以用它存储最重要的数据，如保护定值、装置参数、SOE等。
[0059]测控终端的程序存储在32位处理器板上的FLASH存储器中。时钟电路为测控终端提供内部日历时间。
[0060]各级电源监视包括对装置接入的辅助电源、测控终端内部模拟及数字电路电源的监测电路，装置以此判断供电状况，以采取相应的对策。
[0061]机身温度的测量用于判断装置是否严重发热，如超过一定温度(78°C )则告警。
[0062]将本实用新型的通用智能配电自动化测控终端应用于FTU、DTU设备的具体内容如下:
[0063]1.馈线测控保护装置FTU
[0064]要将本实用新型提出的通用智能配电自动化测控终端应用为馈线测控保护装置FTU，需要将交流模拟量采集板的输入信号类型配置为满足馈线输入交流信号类型。
[0065]交流采集功能模块共配置16路模拟量输入接口，其中12路用于交流信号输入，4路用于直流信号输入。对于12路交流采集量，根据馈线测控保护装置FTU的应用模式，可配置如下:
[0066]七路电压:Ua (A相电压)、Ub (B相电压)、Uc (C相电压)、Ux (抽取电压)、Ur (负
[0067]载A相电压)、Us (负载B相电压)、Ut (负载C相电压);
[0068]四路电流:18“相电流)，113出相电流)，1(3((:相电流)，10(零序电流)；
[0069]对于交流输入采样，电压互感器的输入范围为交流200V或100V，电流互感器的输入范围为5A或1A。
[0070]2.开闭所(环网柜)测控保护装置DTU
[0071]要将本实用新型提出的通用智能配电自动化测控终端应用为馈线测控保护装置FTU,需要将交流采集功能模块的输入信号类型配置为满足开闭所(环网柜)输入交流信号类型。
[0072]交流采集模块共配置16路模拟量输入接口，其中12路用于交流信号输入，4路用于直流信号输入。对于12路交流采集量，根据开闭所(环网柜)测控保护装置DTU的应用模式，可配置如下:
[0073]四路电压:Ua (A相电压)、Ub (B相电压)、Uc (C相电压)、Ux (抽取电压)；
[0074]七路电流:Ia (A相保护电流)，Ib (B相保护电流)，Ic (C相保护电流)，1 (零序电流)，CIa (A相测量电流)，CIb (B相测量电流)，CIc (C相测量电流)。
[0075]对于交流输入采样，电压互感器的输入范围为交流200V或100V，电流互感器的输入范围为5A或1A。
【权利要求】
1.一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，包括CPU处理器控制板、交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、系统总线底板和通信接口板，其中，交流模拟量采集板、状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板、人机接口板、通信接口板均通过系统总线底板与CPU处理器控制板相连，CPU处理器控制板通过通信接口板与配电网自动化主站相连。
2.根据权利要求1所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述CPU处理控制板包括第一处理器和第二处理器，第一处理器的输入端与交流模拟量采集板相连，第一处理器的输出端通过FIFO RAM与第二处理器的输入端相连，第二处理器的输出端与状态量和脉冲量采集板、继电器输出控制板相连、人机接口板相连。
3.根据权利要求2所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述第一处理器为MCF5407数字信号处理器，第二处理器的型号为TMS320F2812数字信号处理器。
4.根据权利要求2或3所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述交流模拟量采集板包括互感器、变换器、信号调理电路、AD转换器、滤波放大电路和测频电路，互感器的输出端与变换器的输入端相连，变换器的输出端与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与AD转换器的输入端相连，AD转换器的输出端与滤波放大电路的输入端相连，滤波放大电路的输出端与测频电路的输入端相连，测频电路的输出端与第二处理器的输入端相连。
5.根据权利要求2或3所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述状态量和脉冲量采集板包括DI电路，DI电路的输入端与第一处理器相连，第一处理器还连接有状态量锁存器。
6.根据权利要求1所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述继电器输出控制板包括继电器电路、数据锁存寄存器和光电隔离电路，所述数据锁存寄存器的输出端与光电隔离电路的输入端相连，光电隔离电路的输出端与驱动继电器电路的输入端相连，驱动继电器的输出端与配电网连接。
7.根据权利要求1所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述人机接口板包括IXD显示屏、与IXD显示屏相连的键盘、信号灯。
8.根据权利要求1所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述通信接口板包括通信电路，所述的通信电路包括RS232、RS485及光纤、GPRS、以太网通信接口。
9.根据权利要求2所述的一种通用智能配电自动化测控终端，其特征在于，所述第二处理器连接有用于提供电源的电源控制板，第一处理器还连接有铁电RAM。
【文档编号】H02J13/00GK204179752SQ201420575267
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】王楠, 苏理, 段晓飞, 王琛, 窦森 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所