专利名称：一种数字万用表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子测量领域，尤其涉及一种数字万用表。
背景技术：
数字化变电站是未来电力系统变电站的发展方向，成为数字化电网的重要组成部分。数字化变电站主要特点是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，是建立在IEC(International Electro Technical Commission,国际电工委员会)61850协议规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站采用电子式或光电式互感器实现信号测量，并在二次侧直接输出数字信号通过光纤传输至合并单元，数据按照IEC61850-9-l、 IEC61850-9-2、 IEC60044-8协议打包后，再经光纤实现批量数据传输。数字化变电站采用智能开关或智能终端，采用GOOSE报文和光纤以太网传输开关量信号，大大提高了信号的可用性和信号的抗干扰能力。 目前，国内投入试运行的数字化变电站，如果在运行中出了问题，电力用户基本上是把装置生产厂家人员通知到现场解决。数字化变电站和传统变电站运行和维护差异较大，传统的互感器输出的电压、电流，在数字化变电站中都成了网络中的数据流，运行人员看不见、摸不着。以前的指针式万用表、数字式万用表、钳形表测量二次电压电流，在数字化变电站中都变得无法测量，这给运行、维护、调试和事故检修带来了极大不便，也不太符合现在运行人员的思维习惯和知识结构。在开关量方面，传统变电站的空节点信号都成了网络中的GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event,面向通用对象的变电站事件)报文，无法用表计测量其通断。传统保护装置跳闸都经过硬压板，而现在开入量和开出量都是一个GOOSE网，保护退出后，已没有明显电连接分隔点，开出报文情况怎样是不得而知的。此外，数字化变电站中，各装置要采用GPS (Global Positioning System,全球定位系统)脉冲信号或IRIG-B码(Inter-Range Instrumentation Group-B，串行时间交换码)信号作为全站统一的时钟信号或采样同步脉冲，GPS信号的状况也需要有一定的测量表计进行量测。 由上可见，在数字化变电站的使用中，需要一种测量工具来测量数字化变电站中设备的信号量，以方便数字化变电站的维护、调试和事故检修。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数字万用表，能够测量数字化变电站中设备的信号量，以方便数字化变电站的维护、调试和事故检修。 为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种数字万用表，包括顺次相连的信号接入模块、解码模块、处理模块和显示模块，其中 所述信号接入模块，用于接收光信号形式的待测信号数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块； 所述解码模块，用于对所述电信号形式的待测信号进行解码，输出给所述处理模块； 所述处理模块，用于对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块； 所述显示模块，用于对所述测量结果进行显示。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述信号接入模块包括第一信号接入模块、第二信号接入模块、第三信号接入模块和第四信号接入模块，其中[0012] 第一信号接入模块，用于接收符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块； 第二信号接入模块，用于接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块； 第三信号接入模块，用于接收GOOSE开关量的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块； 第四信号接入模块，用于接收GPS对时信号的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述解码模块包括第一解码模块、第二解码模块、第三解码模块和第四解码模块，其中 第一解码模块，用于对符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块； 第二解码模块，用于对符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块； 第三解码模块，用于对GOOSE开关量的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块； 第四解码模块，用于对GPS对时信号的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，还包括指令接收模块，用于接收用户指令，传送给所述处理模块；所述处理模块，用于根据所述用户指令对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述测量结果包括测量值和/或测量图形。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述测量值包括电压、电流、频率、功率、电能量、开关量、电能质量和(/或)GPS信号。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述电能质量包括频率偏差、电压偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度、电压骤升、骤降和中断。 进一步地，上述数字万用表还可具有以下特点，所述测量图形包括电压波形图、电流波形图、相量图和序量图。 本实用新型的数字万用表能够测量数字化变电站中设备的信号量，方便数字化变电站的维护、调试和事故检修。
图1是本实用新型实施例中数字万用表的结构图； 图2是图1中信号接入模块的信号来源示意图； 图3是图1中信号接入模块的结构图； 图4是图1中解码模块的结构图； 图5是图3中第二 /三信号接入模块的一种具体实现电路图； 图6是图3中第一 /四信号接入模块的一种具体实现电路图； 图7是本实用新型数字万用表的一种具体结构图； 图8是图7中数字万用表的嵌入式CPU系统中的FPGA内部功能框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。 图l是本实用新型实施例中数字万用表的结构图，如图l所示，本实用新型实施例中数字万用表包括顺次相连的信号接入模块11、解码模块12、处理模块13和显示模块14，其中信号接入模块ll，用于接收光纤信号形式的待测信号数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给解码模块12 ;解码模块12，用于对电信号形式的待测信号进行解码，输出给处理模块13 ;处理模块13，用于对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给显示模块14 ;显示模块14，用于对测量结果进行显示。本实用新型的数字万用表通过cid文件配置被测对象信息。[0037] 本实用新型的数字万用表可以提供如下测量功能 1)支持数字化变电站中符合IEC-61850-9-l、 IEC-61850-9-2、 IEC-60044-8协议标准的电压电流信号的测量； 2)可进行电压、电流、频率测量，可进行电压电流波形显示，相量图显示、序量图显示； 3)可进行功率和电能量测量； 4)可进行电能质量中频率偏差、电压偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度、
电压骤升、骤降和中断测量； 5)可进行开关量G00SE报文测量； 6)可进行GPS秒脉冲信号、分脉冲信号、IRIG-B码通断测试； 图2是图1中信号接入模块的信号来源示意图，由图2可见，信号接入模块11可
以接收数字化变电站中合并单元或合并器的输出信号，信号可在合并单元端接入，也可在保护、测控或IED装置端接入，还可接自过程层与间隔层交换机，支持符合IEC60044-8、IEC61850-9-1 、 IEC61850-2协议标准的信号的接入。此夕卜，信号接入模块11还可接入GOOSE网，接收GOOSE报文，测量数字化变电站中的开关量信号，还可接入数字化变电站的GPS分脉冲、秒脉冲对时信号，IRIG-B码的时钟信号等。 图3是图1中信号接入模块的结构图，如图3所示，为了适应不同的接入信号，信号接入模块11可以进一步包括第一信号接入模块111、第二信号接入模块112、第三信号接入模块113和第四信号接入模块114，其中[0046] 第一信号接入模块lll，用于接收符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给解码模块12 ; 在具体电路上，第一信号接入模块111可以采用串行光纤数据接口。 第二信号接入模块112，用于接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的
光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给解码模块12 ; 第三信号接入模块113，用于接收符合GOOSE光纤报文数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给解码模块12 ; 在具体电路上，第二、第三信号接入模块112、113可以采用100Base-FX双向数据收发光纤以太网接口，可以接入IEC61850-9-l/2数据。图5是图3中第二、第三信号接入模块的一种具体实现电路图。 第四信号接入模块114，用于接收GPS对时信号的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给解码模块12。 在具体电路上，第四信号接入模块114也可以采用串行光纤数据接口。图6是图3中第一/四信号接入模块的一种具体实现电路图。 其中，第二信号接入模块112可以通过软件设置成IEC61850-9-l输入或IEC61850-9-2输人。 相应地，为了对不同格式的信号分别解码，解码模块12可以进一步包括第一解码模块121、第二解码模块122、第三解码模块123和第四解码模块124，图4是图1中解码模块的结构图，其中 第一解码模块121，用于对符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给处理模块13 ; 第二解码模块122，用于对符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给处理模13块； 第三解码模块123，用于对GOOSE开关量的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给处理模13块； 第四解码模块124，用于对GPS对时信号的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给处理模块13。 在具体电路上，解码模土央12可以采用FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)电路。 其中，处理模块13输出的测量结果可以是测量值，也可以是测量图形，或者是二者的结合。根据本实用新型数字万用表可以测量的信号种类，测量值可以包括电压、电流、频率、功率、电能量值、开关量、电能质量和/或GPS信号，其中，电能质量可以进一步包括频率偏差、电压偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度、电压骤升、骤降和中断。测量图形可以包括电压波形图、电流波形图、相量图和/或序量图。[0061] 在具体电路上，处理模块13可以采用嵌入式CPU系统。 再如图1所示，在其他实施例中，本实用新型数字万用表还可以包括指令接收模块15，用于接收用户指令，传送给处理模块13 ;处理模块13，用于根据从指令接收模块15获取到的用户指令对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块。[0063] 这里介绍一种实现本实用新型数字万用表的具体结构。图7是本实用新型数字 万用表的一种具体结构图，由图7可见，这种具体的数字万用表包含信号接入电路、嵌入式 CPU系统、人机接口电路及工作电源。信号接入电路包括100Base-FX双向数据收发光纤以 太网接口，可以接入IEC61850-9-l/2和G00SE报文数据，通过FIBER INTERFACE以太网光 模块将接入的光纤信号转换为电信号，电信号通过PHY(以太网物理接口收发器)处理之后 送至嵌入式CPU系统处理。光纤串行数据接口，可以接入IEC60044-8报文数据、GPSIRIG-B 码和GPS分/秒脉冲信号，各种信号通过接口光模块将光纤信号转换为电信号直接送至嵌 入式CPU系统进行处理。嵌入式CPU系统包括FPGA电路，如图8所示，FPGA电路主要用 于将接入的IEC60044-8串行信号进行曼彻斯特解码、并将解码结果转换为并行信号，然后 将并行信号送至CPU处理。将接入的GPS对时信号进行解码处理并将处理结果送至CPU 处理。将经过PHY处理后的IEC61850-9-1/2和GOOSE报文数据经FPGA内部的MAC(以太 网媒体接入控制器)处理后送至CPU进行解析和分析；CPU系统，用于各类接入信号报文 的解析、功能配置文件处理、结果显示、按键处理、通信处理等。CPU采用嵌入式实时操作系 统Vxworks，可保证数字化变电站多功能表实时性；FLASH电路，负责存储程序代码；SDRAM 电路，为CPU提供内存。人机接口包括键盘，主要用于命令输入、菜单选择等，包括功能键 Fl-F5、退出键ESC、确认键Enter、设置键SET、电源键、显示屏背光灯亮度调节键；LCD液晶 屏，主要用于各种测量结果的显示包括数字显示和图形显示，显示菜单供用户进行选择等。 装置工作电源采用内置一节NiMH电池，完全充满电之后，可工作4个小时以上。 此外，装置还有一个USB 口，方便其它PC机将cid文件下载至该装置，该装置通过 cid文件配置被测对象信息。 本实用新型的数字万用表能够测量数字化变电站中设备的信号量，方便数字化变 电站的维护、调试和事故检修。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求一种数字万用表，其特征在于，包括顺次相连的信号接入模块、解码模块、处理模块和显示模块，其中所述信号接入模块，用于接收光信号形式的待测信号数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块；所述解码模块，用于对所述电信号形式的待测信号进行解码，输出给所述处理模块；所述处理模块，用于对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块；所述显示模块，用于对所述测量结果进行显示。
2. 根据权利要求1所述的数字万用表，其特征在于，所述信号接入模块包括第一信号接入模块、第二信号接入模块、第三信号接入模块和第四信号接入模块，其中第一信号接入模块，用于接收符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块；第二信号接入模块，用于接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块；第三信号接入模块，用于接收GOOSE开关量的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块；第四信号接入模块，用于接收GPS对时信号的光纤数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块。
3. 根据权利要求2所述的数字万用表，其特征在于，所述解码模块包括第一解码模块、第二解码模块、第三解码模块和第四解码模块，其中第一解码模块，用于对符合IEC60044-8协议标准的串行光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块；第二解码模块，用于对符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2协议标准的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块；第三解码模块，用于对GOOSE开关量的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块；第四解码模块，用于对GPS对时信号的光纤数据转换为电信号形式后的待测信号进行解码，输出给所述处理模块。
4. 根据权利要求1所述的数字万用表，其特征在于，还包括指令接收模块，用于接收用户指令，传送给所述处理模块；所述处理模块，用于根据所述用户指令对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块。
5. 根据权利要求1所述的数字万用表，其特征在于，所述测量结果包括测量值和/或测量图形。
6. 根据权利要求7所述的数字万用表，其特征在于，所述测量值包括电压、电流、频率、功率、电能量、开关量、电能质量和/或GPS信号。
7. 根据权利要求8所述的数字万用表，其特征在于，所述电能质量包括频率偏差、电压偏差、谐波、电压波动和闪变、三相不平衡度、电压骤升、骤降和中断。
8. 根据权利要求7所述的数字万用表，其特征在于，所述测量图形包括电压波形图、电流波形图、相量图和序量图。
专利摘要本实用新型涉及一种数字万用表，包括顺次相连的信号接入模块、解码模块、处理模块和显示模块，其中所述信号接入模块，用于接收光信号形式的待测信号数据，并转换为电信号形式的待测信号，输出给所述解码模块；所述解码模块，用于对所述电信号形式的待测信号进行解码，输出给所述处理模块；所述处理模块，用于对解码后的待测信号进行解析、测量，得到测量结果，并将该测量结果输出给所述显示模块；所述显示模块，用于对所述测量结果进行显示。本实用新型的数字万用表能够测量数字化变电站中设备的信号量，方便数字化变电站的维护、调试和事故检修。
文档编号G01R15/12GK201477138SQ20092016422
公开日2010年5月19日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者张小波, 李岩, 杨经超, 王志华, 王正齐, 王永业, 赵银凤 申请人:武汉中元华电科技股份有限公司