专利名称：一种网络型电力黑匣子的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于配电自动化系统的网络型电力黑匣子，属于数据采集
技术领域。
背景技术：
随着改革开放的逐渐深入，电力逐步市场化，用电的供需矛盾逐渐趋于平衡，在此 背景下，用户需求从"有电用"变成"有高质量、高可靠性的电力能源用"，进而提出对供电质 量和供电可靠性要求的需求。配电网自动化作为达到上述目标的一种重要技术手段应运而 生。 配电自动化系统(Distribution Automation System,简写为DAS)是一种可 以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。其内容包括 配电网数据采集和监控(SCADA)，配电地理信息系统(GIS)和需方管理(Demand Side Management,简写为DSM)几个部分。其中配电网数据采集和监控部分是实现配电自动化的 关键 本着"故障检测准确、故障隔离迅速和网络重构慎重"的原则，配电网自动化从运 行管理的模式上，正向着分层、分布式、开放系统的方向发展，配电终端设备逐渐智能化和 一体化，从提高配电网运行的可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有 设备的能力，縮短停电时间和减少停电面积，历史数据存储和管理，历史事件/事故报警记 录等方面，为供电系统带来可观的经济效益和很高的安全保障。 目前，各企业的配电终端使用的通信协议并不兼容。传统的调度自动化或远动系统 的RTU仅是一个完成"上传数据，下达命令"任务的现场终端单元。在配电自动化系统中，人 们愈来愈倾向于使用一个微机化自动装置完成更多的功能，RTU、保护、录波器、PLC(可编程 逻辑控制器)以及仪表的界限正在消失。因此，配电自动化系统远方终端正在向综合性的微 机化自动装置发展，除了完成"上传下达"任务外，还能不依赖于主站完成一些当地自动控制 功能，如低周减载、备用电源自投等。另一方面， 一些过去相对独立的微机自动化装置，如线 路、变压器保护装置等，要能够与主站通信，完成RTU所具有的数据采集和控制功能。 从国内外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好的满 足配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合 成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。从应用的角度看，由于配电 自动化存在其本身的特点，如容量大、故障记录信息及定值远传、远方抄表等，传统的通信 规约不能够很好的满足使用要求，因此给实现配电自动化又带来了困难。另一方面，由于配 电网和输电网自身特点不同，输电网自动化许多成熟技术仅可借鉴，并不能直接使用。种种 原因导致我国目前配电网的自动化水平不高。
实用新型内容针对目前市场上现有产品所存在的兼容性低、不能灵活配置、数据传送方式单一、
3自治性差等缺点，本实用新型提供了一种适用于配电自动化系统的网络型电力黑匣子，它 能够实现多种不同现场终端单元通信协议的转换，完成信息的存储与转发；为满足不同连 接方式或连接终端的需要，电力黑匣子提供了多种通信端口，在软硬件设计上具有足够的 带宽和通信速率并具有很强的通信抗干扰性和安全性；考虑监控系统组态的灵活性、可扩 展性以及对RTU终端的兼容性，所实用新型的电力黑匣子具有可配置性，能够实现"任意端 口挂接任意设备"；为满足不同系统层次的需求，电力黑匣子具有很强的自治性，可以脱离 上位机独立运行并实现对现场监控层挂接的RTU模块的监视与控制。 为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是网络型电力黑匣子，由通信 模块、微控制器模块、显示模块、电源模块以及配置程序组成。 通信模块包括RS-485接口 、调试串口 、以太网接口和无线传输模块接口 。微控制
器模块包括微控制器、NAND FLASH、SDRAM、DATA FLASH、FRAM以及辅助单片机电路。显示模
块包括11个状态指示发光二极管(LED)，分别用于指示电源状态、RS-485接口以及RS-232
接口的收发状态。电源模块由相互独立的两个子模块组成，其中的一个模块为由一个+3. 3V
锂电池构成的供电电路，用于在电力黑匣子断电时维持系统时钟正常运行。 本实用新型具有可配置性，配置程序运行于上位PC机中，用于对电力黑匣子的端
口挂接设备进行配置。 RS-485接口其端口数量为4个，每一个端口均支持硬件数据流方向控制；所述的 调试串口用于实现电力黑匣子与上位机之间的命令交互；所述的以太网接口为l个自适应 10/100M全双工以太网，带有隔离变压器和状态指示灯，用于以有线方式传送电力黑匣子所 采集的数据；所述的无线传输模块接口至少挂接一个CDMA/GPRS/GSM终端，实现电力黑匣 子所采集数据的无线传输。RS-485接口对于挂接在其各端口上的数据采集终端(电力仪 表)的数量、类型可通过配置程序在上位机中进行任意配置。 与现有技术相比，本实用新型的优点在于1.数据传送方式种类丰富，配置灵活， 适用环境、范围广泛；2.采用了统一的数据通信格式，以不同方式接入的各种数据采集终 端能够以统一的流程与远程应用系统通信；3.系统采用智能化监控、诊断算法，能够自动 实现通信、终端设备等的故障定位、隔离；4.存储容量大，能够储存三个月以上的历史故 障、定值信息等数据；5.出现通信故障时，不影响系统对采集数据的正常存储，可靠性高； 6.能够脱离上位机独立运行，自治性好。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的功能模块图。 图2为单个RS-485接口电路原理图。 图3为以本实用新型为核心的设备构成的网络化智能配电系统结构图。 图4为本实用新型内嵌的火灾综合预警算法的程序流程图。 图5为适用于本实用新型的配置程序在上位机中的运行界面之一。
具体实施方式
如附图1所示，网络型电力黑匣子包括通信模块1、微控制器模块2、显示模块3、电源模块4以及配置程序5。 通信模块1包括RS-485接口 6、调试串口 7、以太网接口 8和无线传输模块接口 9。其中RS-485接口 6的接口数量总共为4个，单个RS-485接口 6的电路原理图如图2 所示，电路中采用SN75LBC184芯片将微控制器本身自带的异步串行总线转换为485总线， 该芯片具有抗雷击的特性，抗外界干扰能力强，同时采用6N137高速光耦实现微控制器与 SN75LBC184之间的隔离，通过对SN75LBC184芯片DE端的控制，实现对每一个接口硬件数 据流方向的控制，使用过程中RS-485接口用于挂接各种数据采集终端(电力仪表)；上位 机通过调试串口 7连接到本实用新型，可以实现两者之间的命令交互；以太网接口 8为l个 自适应10/100M全双工以太网，带有隔离变压器和状态指示灯，借此可以将本实用新型所 采集的数据以有线的方式传送至上位子站或远程主站；无线传输模块接口 9至少挂接一个 CDMA/GPRS/GSM终端，用以将本实用新型所采集的数据以无线的方式传送至上位子站或远 程主站。实际智能配电应用系统结构如附图3所示。 微控制器模土央2包括微控制器10、 NAND FLASHll、 SDRAM12、 DATAFLASH13、 FRAM14 以及辅助单片机电路15。微控制器IO使用的是ATMEL公司ARM9系列AT91SAM9260处理器； NAND FLASHll的容量为256M ;SDRAM12的容量为64M ;DATA FLASH13的容量为8M ;FRAM14 的容量为2KB ;辅助单片机电路15包括一片AT89C2051单片机、一片DS1232看门狗芯片、 一个ATQ209信号继电器。所述微控制器10和辅助单片机电路15均包括时钟电路。该模 块完成的功能包括对以不同方式接入的各种数据采集终端能够以统一的流程与子站或主 站通信，统一了数据通信格式；嵌入式系统内采用智能化监控、诊断算法(包括但不仅限于 火灾综合预警算法、电力情况综合指数等)，能够自动实现通信、终端设备等的故障定位、隔 离；具备大存储容量，能够储存三个月以上的历史故障、定值信息等数据；由于具有故障隔 离功能，当系统任一部分出现通信故障时，不影响系统对采集数据的正常存储，可靠性高， 由于本实用新型本身具有自治性，对于不需要子站或远程主站的用户，能够脱离上位机独 立运行，适用用户群体广泛。 显示模块3包括11个状态指示发光二极管(LED)，分别用于指示电源状态、RS-485 接口以及RS-232接口的收发状态等。 电源模块4由相互独立的两个子模块组成， 一个模块是以Powerlntegrations公 司的T0P243Y芯片为核心的开关电源，用于在正常工作时给本实用新型的各部件供电；另 一模块为由一个+3. 3V锂电池构成的供电电路，用于在本实用新型断电时维持系统时钟正 常运行。 配置程序5运行于上位PC机(子站或远程主站均可)中，用于对挂接在本实用新 型RS-485接口 6各端口上的数据采集终端(电力仪表)的数量、类型进行任意配置，从而 使得本实用新型具有可配置性。 本实用新型软件系统基于嵌入式Li皿x系统的移植、裁剪技术、并在此基础上开 发了多种智能算法及应用程序，在软件可靠性设计、硬件模块的设计与选型等方面均满足 了工业控制网络对系统实时性和可靠性的要求。
权利要求一种网络型电力黑匣子，其特征在于由通信模块(1)、微控制器模块(2)、显示模块(3)、电源模块(4)以及配置程序(5)组成。
2. 根据权利要求1所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的通信模块(1)包括RS-485接口 (6)、调试串口 (7)、以太网接口 (8)和无线传输模块接口 (9)。
3. 根据权利要求1所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的微控制器模块(2) 包括微控制器(10)、NAND FLASH(ll) 、SDRAM(12) 、DATAFLASH(13) 、FRAM(14)以及辅助单片 机电路(15)。
4. 根据权利要求1所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的显示模块(3)包括 11个状态指示发光二极管(LED)，分别用于指示电源状态、RS-485接口以及RS-232接口的 收发状态。
5. 根据权利要求l所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的电源模块(4)由相 互独立的两个子模块组成，其中的一个模块为由一个+3. 3V锂电池构成的供电电路，用于 在电力黑匣子断电时维持系统时钟正常运行。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的网络 型电力黑匣子具有可配置性，配置程序(5)运行于上位PC机中，用于对电力黑匣子的端口 挂接设备进行配置。
7. 根据权利要求2所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的RS-485接口 (6)其 端口数量为4个，每一个端口均支持硬件数据流方向控制；所述的调试串口 (7)用于实现电 力黑匣子与上位机之间的命令交互；所述的以太网接口 (8)为1个自适应10/100M全双工 以太网，带有隔离变压器和状态指示灯，用于以有线方式传送电力黑匣子所采集的数据；所 述的无线传输模块接口 (9)至少挂接一个CDMA/GPRS/GSM终端，实现电力黑匣子所采集数 据的无线传输。
8. 根据权利要求7所述的网络型电力黑匣子，其特征在于所述的RS-485接口 (6)对 于挂接在其各端口上的数据采集终端(电力仪表)的数量、类型可通过配置程序(5)在上 位机中进行任意配置。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于配电自动化系统的网络型电力黑匣子，属于数据采集技术领域。本实用新型由电源模块、微控制器模块、通信模块、显示模块、上位机配置程序等组成。电源模块用于提供电源给微控制器模块和通信模块；微控制器模块以嵌入式处理器ARM9为核心，外部扩展程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM；通信模块具有多个不同种类的通讯端口；显示模块用于显示系统当前的运行状态。所述电力黑匣子通过RS-485和RS-232端口挂接各种数据采集终端，能够通过以太网、CDMA/GPRS/GSM等实现与上位管理单元的通信。本实用新型数据传送方式种类丰富，配置灵活，能够脱离上位机独立运行，自治性好。
文档编号H02J13/00GK201509102SQ20092017531
公开日2010年6月16日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者张扬, 曲延滨, 李军远, 李支柱, 辛国栋 申请人:威海华通开关设备有限公司