一種智能電力裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能電力裝置，屬于智能配電站【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的智能電力裝置，背板位置不區(qū)分I/O插件和采樣插件，板卡信息通過模塊之間的聯(lián)絡(luò)進(jìn)行交互，可以達(dá)到I/O插件和采樣插件混插的目的，依據(jù)工程需要，靈活配置各插件的數(shù)量，本發(fā)明通過將可編程邏輯控制器引入到子模塊中，大大減輕了主模塊中可編程邏輯控制器的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)擴(kuò)展性顯著增強(qiáng)，同時主模塊可編程邏輯控制器不參與數(shù)據(jù)的前期處理，減少了系統(tǒng)資源，在外部擴(kuò)展需求較大的場合，亦可以考慮用較低級的處理器，適度降低系統(tǒng)成本。
【專利說明】—種智能電力裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能電力裝置，屬于智能配電站【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]配電站綜合控制系統(tǒng)中的綜合采集、控制裝置，此類裝置一般安裝在常規(guī)的開閉所(站)、戶外小型開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，各設(shè)備的通訊聯(lián)絡(luò)，對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。如附圖1所示，以12條線路的小型開閉所為例。采集控制裝置負(fù)責(zé)對開閉所內(nèi)12條線路的開入量、模擬量進(jìn)行采集。模擬量信息包括各線路的3相電流及電壓信息，共計72個模擬量信息，裝置需采集的數(shù)據(jù)量較大，對編程控制器/中央處理器資源需求較高。傳統(tǒng)方式往往采用多臺裝置分別對系統(tǒng)各單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時配置較多的通訊模塊，系統(tǒng)配置較復(fù)雜。
[0003]如圖2所示的繼電保護(hù)裝置，該裝置由可編程邏輯控制模塊、I/O模塊、采樣模塊、通訊模塊及模塊之間的連接背板組成?？删幊踢壿嬁刂颇K包含可編程邏輯控制器、存儲芯片、運(yùn)算內(nèi)存芯片及A/D轉(zhuǎn)換芯片；采樣模塊一般分為模擬量采集模塊和開入采集模塊兩種，其中模擬量采集模塊包括TV、TA等互感器、信號調(diào)整電路和模擬量控制開關(guān)，開入采集模塊包括開入量控制開關(guān)及信號處理回路；通訊模塊由通訊轉(zhuǎn)換芯片(如16C554)把高速信號轉(zhuǎn)換為適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘栴愋?，如RS485/232。系統(tǒng)的所有計算、通訊、數(shù)字量處理、模擬量處理均由主模塊中的可編程邏輯控制器完成，系統(tǒng)的擴(kuò)展瓶頸是可編程邏輯控制器件的運(yùn)算處理能力。采集模塊除了上述功能外，還具有采樣插件的自動檢測功能，通過硬件端口(如GPIO端口)預(yù)設(shè)狀態(tài)，來定義插件的類型。將采樣插件的地址標(biāo)識上送到主控制器，便于系統(tǒng)自動檢測采樣插件的位置和數(shù)量，由于受硬件的局限，此種模式自識別插件的擴(kuò)展能力有限。
[0004]圖3為其模擬信號處理過程，電壓、電流等模擬信號經(jīng)過信號調(diào)整電路轉(zhuǎn)換為微電壓信號或便于將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電平信號；模擬量控制開關(guān)根據(jù)可編程邏輯控制器下發(fā)的選通信號來分別選通相應(yīng)的采集通道，對于每一個被選通的采集通道將經(jīng)過調(diào)整后的模擬信號，按照編碼后的地址信號有選擇性的對該采集芯片的模擬量逐路進(jìn)行上送，經(jīng)連接背板接入主模塊的A/D芯片的輸入端口，A/D芯片將接收的模擬量變換為數(shù)字量后通過數(shù)據(jù)總線傳輸給可編程邏輯控制器。
[0005]圖4為其開關(guān)量信號處理過程，I/O模塊接入外部開入量后，通過連接背板接入主模塊中的擴(kuò)展可編程邏輯控制器中，擴(kuò)展的可編程邏輯控制器與主控制器通過內(nèi)部擴(kuò)展端口連接；開入數(shù)字信號經(jīng)過類似的數(shù)字量控制開關(guān)根據(jù)可編程邏輯控制器下發(fā)的采集芯片選通信號、芯片地址信號對開入量編碼后上送到擴(kuò)展的可編程邏輯模塊中，擴(kuò)展的可編程邏輯模塊再由內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)與主可編程邏輯控制模塊進(jìn)行通訊。主模塊發(fā)出開出命令后，通過背板對I/o模塊輸入數(shù)字量信號，經(jīng)過處理電路電氣隔離后變?yōu)殡娖叫盘?，再通過繼電器等設(shè)備將信號調(diào)節(jié)為適合大功率驅(qū)動的信號開出。
[0006]圖5為通訊部分，主模塊中的可編程邏輯控制器通過SP1、I2C等高速數(shù)據(jù)總線連接擴(kuò)展模塊中的通訊轉(zhuǎn)換芯片，如16C554，將高速數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)變換成串行的數(shù)據(jù)，通過串行總線如UART總線，用RS485類的通訊方式與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。此類通訊轉(zhuǎn)換芯片的功能較單一，僅能通過配置進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)置，如設(shè)置波特率、通訊地址等。
[0007]因此上述繼電保護(hù)裝置由于板卡自動識別能力有限，可依靠硬件端口預(yù)先置位進(jìn)行硬件板卡確認(rèn)，不方便擴(kuò)展。采樣插件校準(zhǔn)信息存放在主可編程控制器模塊的存儲單元中，更換采樣插件必須重新進(jìn)行校準(zhǔn)操作，不方便維護(hù)操作。此模式下采樣模塊和主控制器模塊間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為模擬量，系統(tǒng)擴(kuò)展性對連接背板的依賴度較大，增加模擬量采集通道，需要增加相應(yīng)的模擬控制開關(guān)，增加的控制線需要占用背板資源。另外數(shù)據(jù)運(yùn)算均在主控制器中運(yùn)行，數(shù)據(jù)量的處理能力對主控制器的依賴性較強(qiáng)，系統(tǒng)的擴(kuò)展能力較弱。
[0008]另一種由可編程邏輯控制模塊、模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊組成的裝置原理圖如附圖6所示。在該系統(tǒng)架構(gòu)中，A/D芯片和模擬量控制開關(guān)均配置在采樣模塊中，此時主控制器模塊與采樣模塊依靠數(shù)據(jù)總線連接。除此之外，兩種系統(tǒng)架構(gòu)下通訊部分、模擬量、開入量的采集過程相同。
[0009]該系統(tǒng)架構(gòu)下，A/D芯片轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字量上送至連接背板，連線較多，且數(shù)據(jù)總線距離較長。并且該模式下與背板的連線較上一種系統(tǒng)架構(gòu)更多，數(shù)據(jù)總線及選通信號需要在背板上占用資源，且總線距離過長，容易對可編程邏輯控制器引入干擾。由于僅改變了 A/D芯片的安裝位置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生變化，系統(tǒng)對主控制器的運(yùn)算能力依賴性仍未有改進(jìn)。
[0010]因此目前的智能電力裝置存在與背板的連線較多，數(shù)據(jù)總線距離較長，采樣插件由于硬件差異，往往需要配合主模塊中的可編程控制芯片進(jìn)行A/D校準(zhǔn)，當(dāng)更換新的采樣插件時需要重新進(jìn)行A/D校準(zhǔn)，現(xiàn)場維護(hù)中尤其不方便，并且運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理依賴主控制器，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時，可編程邏輯控制器運(yùn)算壓力較大，需要配置較高級的可編程邏輯控制器、運(yùn)算內(nèi)存芯片等,成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種智能電力裝置，以解決傳統(tǒng)智能電力裝置對主控制器的運(yùn)算能力依賴性強(qiáng)以及不方便擴(kuò)展等問題。
[0012]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種智能電力裝置，包括主模塊和子模塊，所述的主模塊包括主控制器，所述的子模塊至少包括模擬量采集模塊和I/o模塊，所述的模擬量采樣模塊包括采樣子控制器以及與之連接的采樣模塊回路，所述的I/o模塊包括I/O子控制器和I/o模塊回路，所述的采樣子控制器和I/O子控制器通過連接背板與主控制器通訊連接。
[0013]所述的子模塊還包括通訊模塊，該通訊模塊包括通訊子控制器和SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片，SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片通過通訊總線與外部通訊接口連接，通訊子控制器通過SPI數(shù)據(jù)總線與SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片相連，所述的通訊子控制器用于通過UART協(xié)議管理外通訊端口，同時將板卡類型和通訊通道信息上送給主控制器。
[0014]所述的采樣模塊回路包括依次連接模擬信號采樣電路、模擬信號調(diào)整電路、模擬量控制開關(guān)和A/D芯片，模擬信號采樣電路將采集到至少兩路模擬信號經(jīng)模擬信號調(diào)整電路和模擬量控制開關(guān)接入A/D芯片，每個采樣周期只有一路數(shù)據(jù)采集通道導(dǎo)通，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集通道的選通由采樣子控制器對模擬量控制開關(guān)進(jìn)行選通操作。
[0015]所述的I/O模塊回路包括開入量控制開關(guān)，開入和開出信號處理回路。
[0016]所述的連接背板包括子模塊硬件標(biāo)識的ID號、數(shù)據(jù)總線及模塊電源端子，用于可將各子模塊采集的信息通過通訊總線傳輸?shù)街髂K中，并為各模塊提供工作電源。
[0017]所述的子模塊通過連接背板接入主模塊后，背板上表示子模塊在線狀態(tài)的標(biāo)識ID號通過硬件被激活，主模塊對接入的子模塊進(jìn)行管理，主模塊中的主控制器對在線的子模塊ID建立映射表，通過主模塊與子模塊之間數(shù)據(jù)傳輸，得到子模塊的模塊類別，完成子模塊的自識別判定。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的智能電力裝置，背板位置不區(qū)分I/O插件和采樣插件，板卡信息通過模塊之間的聯(lián)絡(luò)進(jìn)行交互，可以達(dá)到I/o插件和采樣插件混插的目的，依據(jù)工程需要，靈活配置各插件的數(shù)量，本發(fā)明通過將子控制器引入到子模塊中，大大減輕了主模塊中主控制器的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)擴(kuò)展性顯著增強(qiáng)，同時主模塊中的主控制器不參與數(shù)據(jù)的前期處理，減少了系統(tǒng)資源，在外部擴(kuò)展需求較大的場合，亦可以考慮用較低級的處理器，適度降低系統(tǒng)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是典型開閉所的配置示意圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中又可編程邏輯控制模塊與采集模塊構(gòu)成裝置的原理圖；
[0021]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中模擬量采樣模塊原理圖；
[0022]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中I/O模塊原理圖；
[0023]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中通訊模塊原理圖；
[0024]圖6是傳統(tǒng)的由可編程邏輯控制模塊與采集模塊構(gòu)成裝置的原理圖；
[0025]圖7是本發(fā)明智能電力裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0026]圖8是本發(fā)明的集成子控制器的模擬量采樣子模塊原理圖；
[0027]圖9是本發(fā)明的集成子控制器的I/O子模塊原理圖；
[0028]圖10是本發(fā)明的集成子控制器的通訊子模塊原理圖；
[0029]圖11是本發(fā)明中子模塊擴(kuò)展示意圖；
[0030]圖12是本發(fā)明中子模塊與主模塊信息傳輸過程示意圖；
[0031]圖13是本發(fā)明中子模塊初始化過程示意圖；
[0032]圖14是本發(fā)明中主模塊驅(qū)動子模塊過程示意圖；
[0033]圖15本發(fā)明實(shí)施例中智能電力裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0035]本發(fā)明應(yīng)用對象為配電站綜合控制系統(tǒng)中的綜合采集、控制裝置，此類裝置一般安裝在常規(guī)的開閉所(站)、戶外小型開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，各設(shè)備的通訊聯(lián)絡(luò)，對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。
[0036]本發(fā)明的智能電力裝置對內(nèi)部模塊的功能進(jìn)行了重新定義。主控制器模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、保護(hù)功能；子控制器(模擬量采集、數(shù)字量采集、通訊管理等)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)合并處理，存儲采樣通道校準(zhǔn)信息等操作，可通過高速通訊端口與主控制器進(jìn)行交互。如圖7所示，該裝置由3大部分組成:主模塊、子模塊和連接背板。以模擬量采集、數(shù)據(jù)量采集、通訊模塊為典型擴(kuò)展子模塊為例，大體描述了主控制器模塊與子控制器模塊數(shù)據(jù)的交互方式及子控制器模塊內(nèi)部模擬信號、I/O信號、通訊信號、控制信號的相互傳遞關(guān)系。
[0037]主控制器模塊是裝置的控制中心，負(fù)責(zé)對裝置內(nèi)部所有資源的管理，具體包括子模塊的識別，子模塊數(shù)據(jù)的選通及數(shù)據(jù)切換，系統(tǒng)的保護(hù)判據(jù)，并與上層單元(如人機(jī)單元、監(jiān)控中心等)進(jìn)行交互。主模塊對子模塊的資源的調(diào)用，可用內(nèi)部映射完成。例如A/D子模塊包含η條電壓采集、m條電流采集通道，其內(nèi)部配置信息通過子模塊與主模塊間的通訊傳輸?shù)街髂K中，在主模塊中建立虛擬m+n條具備映射關(guān)系采樣通道，進(jìn)而對整個裝置內(nèi)部其他擴(kuò)展模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的配置，完成系統(tǒng)的框架。
[0038]連接背板包括子模塊硬件標(biāo)識的ID號、數(shù)據(jù)總線及模塊電源端子。可將各子模塊采集的信息通過通訊總線傳輸?shù)街髂K中，并為各模塊提供工作電源。系統(tǒng)通過背板確定模塊位置，但不依賴背板識別插件類型。除主模塊外，子模塊均為統(tǒng)一接口設(shè)計，背板總線均一致，統(tǒng)一電源及通訊總線位置。
[0039]子模塊集成可編程邏輯控制器，子模塊內(nèi)部完成數(shù)據(jù)處理，通過背板的通訊總線與主模塊的可編程邏輯控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以下就3種較普遍的擴(kuò)展子模塊，在新的架構(gòu)下的工作模式進(jìn)行介紹。
[0040]模擬量采樣子模塊如附圖8所示，集成可編程邏輯控制器、A/D芯片、模擬信號調(diào)整回路及TA、TV互感器，子模塊上的可編程邏輯控制器負(fù)責(zé)對采集的模擬信號的運(yùn)算處理，控制A/D芯片處理采樣信號，并存儲模擬量通道校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。模擬量采集過程為:該模塊的多路電壓信號、電流信號采集通道接入A/D芯片，任意采樣周期只有一組數(shù)據(jù)采集通道導(dǎo)通，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以傳輸模擬采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集通道的選通由可編程控制器對模擬量控制開關(guān)進(jìn)行選通操作，通過地址編碼逐路對模擬量通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?？删幊炭刂破鲗Σ蓸用}沖的頻率調(diào)節(jié)可控制A/D芯片模擬信號的采樣頻率，A/D芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)總線上送到可編程控制器單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并補(bǔ)償控制信號與模擬信號存在的相位延時，保證模擬信號和采樣脈沖的同步。子模塊完成預(yù)處理操作后，通過通訊總線把數(shù)據(jù)信息上送到主模塊的可編程邏輯控制器中。
[0041]I/O采集子模塊如附圖9所示，包括開入量控制開關(guān)，開入、開出信號處理回路及可編程邏輯控制器。開入信息采集過程為:該模塊的η路開入量，通過開入信號處理回路，由光電耦合器電平變換后接入開入量控制開關(guān)，子模塊的可編程邏輯控制器通過選通命令對開入量控制開關(guān)進(jìn)行操作，通過地址編碼后上送子模塊的可編程控制器中，此過程均由模塊內(nèi)部完成。子模塊完成開入量數(shù)據(jù)預(yù)處理后，通過數(shù)據(jù)總線上送主模塊中的可編程邏輯控制器中。開出過程為:子模塊接收到主模塊的開出指令后，由子模塊中的可編程控制器轉(zhuǎn)發(fā)命令，驅(qū)動開出信號，分別由處理回路把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電平信號，最終由驅(qū)動回路發(fā)出驅(qū)動信號。在此系統(tǒng)框架中，子控制器的引入使得系統(tǒng)便于進(jìn)行子模塊擴(kuò)展。[0042]通訊子模塊如附圖10所示，在通訊子模塊中，用有通訊功能的可編程邏輯控制器替代傳統(tǒng)方案中的通訊轉(zhuǎn)換芯片。主模塊通過通訊總線與子模塊中的可編程邏輯控制器進(jìn)行交互。子模塊由可編程邏輯控制器編程管理，實(shí)現(xiàn)兩個功能，I)子模塊內(nèi)部管理，通過UART等協(xié)議對外通訊端口管理，此功能和通訊轉(zhuǎn)換芯片類似；2)子模塊信息上送主模塊，上送信息包括板卡類型、通訊通道信息等。
[0043]圖11為本發(fā)明的子模塊擴(kuò)展示意圖，根據(jù)本發(fā)明，可以任意對系統(tǒng)的子模塊單元進(jìn)行擴(kuò)展操作，根據(jù)工程需要靈活選擇配置I/o、模擬量采集等子模塊，子模塊種類不對背板存在依賴。
[0044]本發(fā)明的智能電力裝置的通訊過程如下:子模塊與主模塊信息傳輸過程見附圖12所示。子模塊內(nèi)部集成的可編程邏輯控制器提供表示模塊板卡類別、子模塊的信息量描述等的信息。背板包括子模塊硬件標(biāo)識的ID號信息，并表示子模塊在線狀態(tài)。主模塊從子模塊、背板獲取模塊信息，該模塊信息包括模塊ID號、板卡類型、信息量描述等，在經(jīng)過主模塊的可編程邏輯控制器處理后，再從子模塊中得到數(shù)據(jù)，完成子模塊與主模塊的信息傳輸過程。模塊初始化過程如附圖13所示。初始化的目的在于對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行管理，刪除已失效的子模塊，并自識別新接入的子模塊。新接入子模塊通過背板總線接入系統(tǒng)后，背板上表示子模塊在線狀態(tài)的標(biāo)識ID號通過硬件被激活，主模塊對接入的設(shè)備進(jìn)行管理，通過主模塊與子模塊之間數(shù)據(jù)傳輸，得到子模塊的模塊類別(板卡信息)，完成子模塊的自識別判定，另外系統(tǒng)在線子模塊的ID號可在主模塊中的可編程控制器中建立映射表。主模塊驅(qū)動子模塊過程見附圖14所示。主模塊對裝置中激活的子模塊進(jìn)行控制時，通過背板ID尋址后向子模塊發(fā)送動作指令，動作指令包括動作通道、動作指令，子模塊收到動作指令后，驅(qū)動對應(yīng)的通道動作，并向主模塊上送動作結(jié)果信息。
[0045]并且本發(fā)明的智能電力裝置能夠?qū)崿F(xiàn)熱插拔，即子模塊可以在裝置工作的過程中實(shí)現(xiàn)子模塊的接入，不影響智能電力裝置工作。
[0046]當(dāng)子模塊接入系統(tǒng)時，主模塊檢測子模塊信息從無到有的變化，自動對其進(jìn)行初始化操作，從子模塊中得到子模塊板卡類別、插入背板位置、模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)量描述等信息，并在主模塊中對其分配資源，完善系統(tǒng)配置。模塊可通過兩種方式檢測子模塊接入信息:I)主模塊、子模塊間存在心跳模式，主模塊定期對系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備發(fā)送心跳指令，當(dāng)檢測到有新增反應(yīng)時，對新增設(shè)備進(jìn)行處理；2)子模塊接入背板時，自動觸發(fā)指令，對主模塊上送接入信息。
[0047]子模塊接入裝置時，可通過表示其接入位置的ID號進(jìn)行識別，當(dāng)插件接入時，此ID號被激活，主模塊可通過輪詢、子模塊上電啟動自動上送來檢測新接入的子模塊，在主模塊中為其配置資源。ID號實(shí)現(xiàn)方式有三種:1)在主模塊中實(shí)現(xiàn)，例如主模塊通過CS0、CS1、CSn等片選信號分別接入背板A、B、N的位置，當(dāng)子模塊接入背板A時，CSO被激活，主模塊識別子模塊接入背板A位置；2)在背板中實(shí)現(xiàn)，例如背板中有開入回路，公共端接入5V電源，背板A、B、N位置分別接入主模塊的KR1、KR2、KRn位置，子模塊中對應(yīng)背板位置為短接端子，當(dāng)子模塊接入背板A位置時，KRl被激活，表示背板A位置接入子模塊；3)在子模塊中實(shí)現(xiàn)，例如子模塊中有開入回路，公共端接5V電源，背板對應(yīng)位置為短接狀態(tài)，當(dāng)子模塊接入背板時，對應(yīng)回路被激活，對應(yīng)的KR接入主模塊開入回路中，表示此位置模塊ID被激活。ID號亦可以通過子模塊中通訊數(shù)據(jù)傳輸給主模塊實(shí)現(xiàn)。[0048]當(dāng)子模塊移除系統(tǒng)時，主模塊檢測子模塊信息從有到無的變化，在主模塊中自動對其進(jìn)行刪除操作，刪除其已經(jīng)分配的資源，精簡系統(tǒng)配置。主模塊可通過兩種方式檢測子模塊移除信息:1)主模塊、子模塊間存在心跳模式，主模塊定期對系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備發(fā)送心跳指令，當(dāng)檢測到有模塊無應(yīng)答時，按移除設(shè)備進(jìn)行處理；2)子模塊移除背板時，自動觸發(fā)指令，上送主模塊移除信息，可通過常閉節(jié)點(diǎn)完成此功能。
[0049]實(shí)施例
[0050]本實(shí)施例中的智能電力裝置如圖15所示，由4大部分組成，包括主CPU模塊、連接背板、子CPU-模擬量采樣模塊和子CPU-1/0模塊，下面詳細(xì)介紹主CPU與子CPU數(shù)據(jù)交互方式及子CPU模塊內(nèi)部模擬信號、I/O信號、控制信號的相互傳遞關(guān)系。
[0051]主CPU模塊是裝置的控制中心，負(fù)責(zé)子CPU模塊的識別，子CPU模塊數(shù)據(jù)的選通及數(shù)據(jù)切換，系統(tǒng)的保護(hù)判據(jù)，并與HMI進(jìn)行交互，對裝置內(nèi)部所有資源的管理。連接背板用于將各子CPU采集的信息通過通訊總線傳輸?shù)街鰿PU中，并為各模塊提供工作電源。
[0052]子CPU-模擬量采樣模塊上有CPU、A/D芯片、多路開關(guān)、模擬信號調(diào)整回路及η路TA、TV互感器，子CPU用于實(shí)現(xiàn)對采集到的大量模擬信號的運(yùn)算處理及控制A/D芯片采樣。其中模擬量采集過程為:該模塊布置有η路電壓信號、η路電流信號采集通道，選用單路A/D芯片，任意采樣周期只有一組數(shù)據(jù)采集通道導(dǎo)通，接入A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以傳輸模擬采集數(shù)據(jù)。由子CPU對多路開關(guān)的CSO進(jìn)行選通操作，通過數(shù)據(jù)編碼由AO?A3逐路對模擬量通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。子CPU對采樣脈沖的頻率調(diào)節(jié)可控制A/D芯片模擬信號的采樣頻率，A/D芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)總線上送到子CPU單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對于控制信號與模擬信號存在的相位延時以及可能引發(fā)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與實(shí)際采樣值不一致的問題，子CPU可對其進(jìn)行延時補(bǔ)償，以保證模擬信號和采樣脈沖的同步。子CPU單元完成預(yù)處理操作后,通過通訊總線上送主CPU單元。
[0053]子CPU-1/0模塊上有多路開關(guān)，開入信號處理回路及子CPU芯片。開入信息采集過程為:該模塊有η路開入量，通過開入信號處理回路及光電耦合器電平變換后接入多路開關(guān)，子CPU單元用片選信號CS0、CS1、CS2對多路開關(guān)的進(jìn)行選通操作，通過地址AO?A3編碼后上送子CPU中。此過程均由模塊內(nèi)部完成，子CPU完成開入量數(shù)據(jù)預(yù)處理后，數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線上送主CPU。開出過程為:1/0子模塊接收到主模塊的開出指令后，由子模塊中的可編程控制器轉(zhuǎn)發(fā)命令，驅(qū)動開出信號，由處理回路將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電平信號，最終由繼電器等驅(qū)動回路發(fā)出驅(qū)動信號。
[0054]本發(fā)明的智能電力裝置，背板位置不區(qū)分I/O插件、通訊插件和采樣插件，板卡信息通過模塊之間的聯(lián)絡(luò)進(jìn)行交互，可以達(dá)到I/o插件、通訊插件和采樣插件混插的目的，依據(jù)工程需要，靈活配置各插件的數(shù)量。采樣回路校準(zhǔn)信息存儲于每個擴(kuò)展子模塊中，只需要在生產(chǎn)中進(jìn)行統(tǒng)一校準(zhǔn)，之后裝置不再需要校準(zhǔn)操作，更換采樣模塊亦不需要重新校準(zhǔn)。解決了現(xiàn)有技術(shù)中電力裝置的擴(kuò)展能力受制于主控制器/中央處理器芯片的固有運(yùn)算能力，系統(tǒng)適應(yīng)力有限，不能適應(yīng)大規(guī)模站級系統(tǒng)的需求的問題，本發(fā)明由于擴(kuò)展子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和校準(zhǔn)存儲工作，大大減輕了主模塊中可編程邏輯控制器的運(yùn)算壓力，系統(tǒng)擴(kuò)展性顯著增強(qiáng)，同時主模塊可編程邏輯控制器不參與數(shù)據(jù)的前期處理，減少了系統(tǒng)資源，在外部擴(kuò)展需求較大的場合，亦可以考慮用較低級的處理器，適度降低系統(tǒng)成本。
【權(quán)利要求】
1.一種智能電力裝置，包括主模塊和子模塊，其特征在于，所述的主模塊包括主控制器，所述的子模塊至少包括模擬量采集模塊和I/o模塊，所述的模擬量采樣模塊包括采樣子控制器以及與之連接的采樣模塊回路，所述的I/o模塊包括I/O子控制器和I/O模塊回路，所述的采樣子控制器和I/o子控制器通過連接背板與主控制器通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電力裝置，其特征在于，所述的子模塊還包括通訊模塊，該通訊模塊包括通訊子控制器和SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片，SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片通過通訊總線與外部通訊接口連接，通訊子控制器通過SPI數(shù)據(jù)總線與SPI轉(zhuǎn)UART通訊芯片相連，所述的通訊子控制器用于通過UART協(xié)議管理外通訊端口，同時將板卡類型和通訊通道信息上送給主控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能電力裝置，其特征在于，所述的采樣模塊回路包括依次連接模擬信號采樣電路、模擬信號調(diào)整電路、模擬量控制開關(guān)和A/D芯片，模擬信號采樣電路將采集到至少兩路模擬信號經(jīng)模擬信號調(diào)整電路和模擬量控制開關(guān)接入A/D芯片，每個采樣周期只有一路數(shù)據(jù)采集通道導(dǎo)通，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集通道的選通由采樣子控制器對模擬量控制開關(guān)進(jìn)行選通操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能電力裝置，其特征在于，所述的I/O模塊回路包括開入量控制開關(guān)，開入和開出信號處理回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能電力裝置，其特征在于，所述的連接背板包括子模塊硬件標(biāo)識的ID號、數(shù)據(jù)總線及模塊電源端子，用于可將各子模塊采集的信息通過通訊總線傳輸?shù)街髂K中，并為各模塊提供工作電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能電力裝置，其特征在于，所述的子模塊通過連接背板接入主模塊后，背板上表示子模塊在線狀態(tài)的標(biāo)識ID號通過硬件被激活，主模塊對接入的子模塊進(jìn)行管理，主模塊中的主控制器對在線的子模塊ID建立映射表，通過主模塊與子模塊之間數(shù)據(jù)傳輸，得到子模塊的模塊類別，完成子模塊的自識別判定。
【文檔編號】G05B19/042GK103676735SQ201310629396
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】張新昌, 伍旭剛, 徐濤, 馬儀成, 方正 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司