一种采用FPGA模拟交换机芯片的智能环网箱变测控装置的制作方法

本发明涉及一种采用FPGA模拟交换机芯片的智能环网箱变测控装置，属于光伏站测控装置技术领域。

背景技术：

自2000年以来，光伏一直是国家新能源发展中的核心，由于光伏发电具有：无枯竭危险，安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净(无公害)的特点。因此，在国家“促进节能减排和低碳发展”的战略路线中也扮演着十分重要的角色，是国家重点投入和发展的产业。伴随着国内光伏站的建设和发展，光伏站的产品以及现场解决方案也将成为各个设备厂商效益稳定的新输出业务，是利润可靠的新增长点。然而，目前对于光伏电站箱变测控的解决方案，需要交换机、测控装置、规约转换装置等多台装置配合完成，这种方式不但接线复杂而且成本高，不符合光伏站低成本、高可靠性的要求，如何能在光伏站中降低解决成本，成为电力用户、设备厂商等共同面对的重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种采用FPGA模拟交换机芯片的智能环网箱变测控装置，可以快速实现智能测控、通信管理，可实现箱变高低压侧的模拟量采集、非电量保护、远方控制、通讯以及环网交换机功能。

本发明采用如下技术方案：一种采用FPGA模拟交换机芯片的智能环网箱变测控装置，其特征在于，包括管理CPU、通信CPU、CAN总线、PNL液晶面板、远程服务器、北斗/GPS终端，所述管理CPU分别与所述PNL液晶面板、所述北斗/GPS终端、所述CAN总线电连接，所述管理CPU通过内部以太网与所述通信CPU相连接，所述管理CPU通过若干条以太网与所述远程服务器相连接，所述CAN总线分别外接开入电源插件、开入开出模件、电阻温度探测器开入开出模件、AC开入开出插件，所述通信CPU分别外接10路主站RS485串联接线端子、2路光纤以太网、2路SFP、ZigBee模块。

优选地，通信CPU包括MPC8247芯片、XC7A35T型FPGA，MPC8247芯片与XC7A35T型FPGA电连接，ZigBee模块通过I2C或者UART或者SPI与XC7A35T型FPGA电连接，10路主站RS485串联接线端子与XC7A35T型FPGA电连接，2路SFP通过交换机芯片与XC7A35T型FPGA电连接。

优选地，10路主站RS485串联接线端子与XC7A35T型FPGA之间还串联设置有直流隔离模块MAX485。

优选地，2路光纤以太网包括100M以太网口、10M以太网口，XC7A35T型FPGA通过RMII依次串联DP83848以太网收发器、100M以太网口外接RJ45接口，MPC8247芯片通过SNI依次串联DP83848以太网收发器、10M以太网口外接RJ45接口。

优选地，MPC8247芯片还通过SNI依次串联DP83848以太网收发器、10M以太网口外接母线端子上的MMI模件。

优选地，MPC8247芯片通过I2C分别与DS3231型RTC、TCN75AVUA数字温度传感器电连接。

本发明中涉及的技术术语的含义：

UART，通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。将资料由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成于其他通讯接口的连结上。

I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

GBIC(Gigabit Interface Converter的缩写)，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。GBIC设计上可以为热插拔使用。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场份额。SFP(Small Form-factor Pluggable)可以简单的理解为GBIC的升级版本。

HMI是Human Machine Interface的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。

RTD是Resistance Temperature Detector的缩写，意思是电阻温度探测器，简称是热电阻。电阻温度探测器(RTD)实际上是一根特殊的导线，它的电阻随温度变化而变化，通常RTD材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金。RTD元件可以是一根导线，也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷在陶瓷类材料基底上。

SNI(Serial Network Interface)串行网络接口与MII接口(介质独立性接口)类似。

RMII(Reduced Media Independent Interface)简化媒体独立接口,是IEEE 802.3u标准中除MII接口之外的另一种实现。

MMI有两种意思，一种是MMI即多媒体接口；可以扩展接驳MP3、VCD、DVD、游戏机等的一种线。是数字电视推广时联接机顶盒和电视的一种线，也有其他用途。

CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。

DS3231是低成本、高精度I2C实时时钟(RTC)，具有集成的温补晶振(TCXO)和晶体。

FPGA，即(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，比ASIC(专用集成电路)的速度要慢。

RJ45是标准8位模块化接口。

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚。

本发明所达到的有益效果：本发明采用双CPU设计以及即插即用技术，所有的插件采用后拔插设计，便于模块化设计，同时在多功能集成设计基础上，采用了FPGA模拟交换机芯片的技术，不需要专业的交换机芯片，可以进一步降低现场光伏分列式变压器测控部分的节约方案的成本，符合光伏低成本、高可靠性的趋势。

附图说明

图1是本发明的系统原理图。

图2是本发明的通信CPU的一个实施例的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的系统原理图。一种采用FPGA模拟交换机芯片的智能环网箱变测控装置，其特征在于，包括管理CPU、通信CPU、CAN总线、PNL液晶面板、远程服务器、北斗/GPS终端，管理CPU分别与PNL液晶面板、北斗/GPS终端、CAN总线电连接，管理CPU通过内部以太网与通信CPU相连接，管理CPU通过若干条以太网与远程服务器相连接，CAN总线分别外接开入电源插件(DI+PWR)、开入开出模件(DIO)、电阻温度探测器开入开出模件(RID+DIO)、AC开入开出插件(AC+DIO)，通信CPU分别外接10路主站RS485串联接线端子、2路光纤以太网、2路SFP、ZigBee模块。

其中，AC插件负责采集分裂式变压器低压侧电压电流量，开入开出模件(DIO)主要提供开入以及非电量跳闸节点，测控CPU主要提供遥测、遥信、靠控、遥脉功能；通信CPU主要实现串口量的接入、规约转换以及环网交换机功能；远程服务器包括远程监控端、Web浏览端、调试端，用来提供远程监控、Web浏览、调试功能；PNL液晶面板用来显示管理CPU的参数；北斗/GPS终端给管理CPU输入位置信息。

图2是本发明的通信CPU的一个实施例的结构原理示意图。通信CPU包括MPC8247芯片、XC7A35T型FPGA，MPC8247芯片与XC7A35T型FPGA电连接，ZigBee模块通过UART与XC7A35T型FPGA电连接，10路主站RS485串联接线端子与XC7A35T型FPGA电连接，2路SFP通过交换机芯片与XC7A35T型FPGA电连接。

10路主站RS485串联接线端子与XC7A35T型FPGA之间还串联设置有直流隔离模块MAX485，用来实现箱变高低压侧的非电量保护。

2路光纤以太网包括100M以太网口、10M以太网口，XC7A35T型FPGA通过RMII依次串联DP83848以太网收发器、100M以太网口外接RJ45接口，MPC8247芯片通过SNI依次串联DP83848以太网收发器、10M以太网口外接RJ45接口。

MPC8247芯片还通过SNI依次串联DP83848以太网收发器、10M以太网口外接母线端子上的MMI模件。MPC8247芯片通过I2C分别与DS3231型RTC、TCN75AVUA数字温度传感器电连接。

本发明的工作原理：本发明的智能环网箱变测控装置的母板安装在机箱前部，通过AC开入开出插件采集分裂式变压器低压侧电压电流量经过CAN总线传输给管理CPU，管理CPU一方面通过PNL液晶面板实时显示参数数据，同时通过内部以太网与通信CPU共享数据，同时通过远程服务器实现光伏电站分裂式变压器的远程监控、Web浏览、调试功能，通过北斗/GPS终端实时监测不同光伏电站的位置信息；通信CPU包括MPC8247芯片与XC7A35T型FPGA，MPC8247芯片通过10M以太网口采集母线端子的MMI模件、RJ45接口，MPC8247芯片采集DS3231型RTC以及内置的TCN75AVUA数字温度传感器的温度信息，XC7A35T型FPGA采集10路主站RS485串联接线端子的串口信号以及光伏电站中各个分列式变压器的ZigBee模块信息，实现XC7A35T型FPGA代替交换器芯片的功能，与将千兆位电信号转换为光信号的SFP接口器件直接建立映射关系。

10路主站RS485串联接线端子可以接入逆变器、汇流箱、辐照仪等设备，通过IEC60870-5-103或者IEC60870-5-104通信协议接入目前主流的电站监控系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。