一种安全可靠的数据采集系统的制作方法

本发明涉及一种数据采集装置，具体地说是一种便于维护的数据采集装置，属于电力数据处理技术领域。

背景技术：

配电自动化系统实施的基础是对配电网的一次设备进行监视控制操作，而配电网本身具有分布广泛、设备数量大、所处地理位置通信条件复杂的特点。配电终端是配电自动化系统中重要的一个组成部分。配电终端不仅能够在配电自动化系统正常情况下监测配电网馈线运行状况，更主要的是在馈线故障情况下能够快速、可靠地捕捉故障信号，判断发生故障的类型(是单相接地故障还是相间故障)，为配电自动化系统进行故障处理提供准确、可靠的判据。因此，在配电终端与配电自动化系统之间需要一种数据采集装置来满足配电自动化系统的要求。

在配电网自动化的大环境下，数据采集装置需要能够保证用户的供电质量，具有非常现实的意义，也是实现需求管理的重要组成部分。随着数据采集装置在电力系统中的应用越来越普遍，同时对数据采集装置产品的要求也越来越高，数据采集装置运行时需要更高的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种安全可靠的数据采集系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种便于维护的数据采集装置，包括数据采集终端，所述数据采集终端与配电终端相连，用于采集配电终端内电网一次设备的电力信息，将采集到的电力信息通过通信网络发送给配电主站系统或将其通过通信网络接收到的配电主站系统指令数据发送给配电终端；

两个数据采集通道分别对配电终端的数据进行采集，并分别传送至微处理器I和微处理器II，微处理器I和微处理器II分别对采集到的数据进行分析处理，然后一起送入仲裁单元，并对两个微处理器处理后的数据进行综合仲裁，然后将仲裁后的信息送至通信切换单元，通信切换单元与第一无线通信模块和第二无线通信模块相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过通信网络与配电主站系统相连，所述存储单元与仲裁单元相连，所述电源模块分别与两个微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块连接。

仲裁单元接收到微处理器I和微处理器II的信息后，对信息进行判断的方法为：通过自检判断每个微处理器是否正常运行，如果某个微处理器发生故障，则舍弃此微处理器的信息，仅对其它微处理器的信息进行判断；

如果仲裁平台接收的剩余微处理器的信息均为一致的正常信息，则将获取的电力数据发送给无线通信模块；如果剩余微处理器的信息不一致，则对所有信息进行判断，舍弃掉信息中的故障报警信息，对其它正常信息进行判断，选择对配电主站系统来说导向安全的信息所在的微处理器，将该微处理器的电力数据发送给无线通信模块。

如果仲裁平台与制动输出模块的连接出现故障，则：如果仲裁平台接收的剩余微处理器的信息均为一致的正常信息，则仲裁平台向其它任一微处理器发送指令，该微处理器将电力数据发送给无线通信模块；如果剩余微处理器的信息不一致，则对所有信息进行判断，舍弃掉信息中的故障报警信息，对其它正常信息进行判断，选择对配电主站系统来说导向安全的信息所在的微处理器，将该微处理器的电力数据发送给无线通信模块。

如果仲裁平台发生故障，则微处理器I和微处理器II分别输出本系的运行结果给无线通信模块；配电主站系统对接收的两系的运行结果进行比较，假如两系运行结果比较数据正常，则配电主站系统根据该结果进行后续工作；假如两系运行结果比较数据异常，则发出错误指令，并舍弃当前采集的电力数据。

所述通信切换模块包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、单片机、第一继电器和第二继电器，所述第一信号采集电路设置在第一无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述第二信号采集电路置在第二无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述的第一信号采集电路和第二信号采集电路的输出端分别与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述第一继电器的常闭触点设置在第一无线通信模块与电源模块之间的供电回路中，所述第二继电器的常开触点设置在第二无线通信模块与电源模块之间的供电回路中。

所述单片机的输出端通过光藕隔离电路分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述单片机还连接有晶振电路和延时动作开关。

所述第一信号采集电路包括第一RS-232转TTL电平转换器，所述第一RS-232转TTL电平转换器的输入端与第一无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接;所述第二信号采集电路包括第二RS-232转TTL电平转换器，所述第二RS-232转TTL电平转换器的输入端与第二无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接。

所述电源模块还包括第一隔离电路和第二隔离电路，所述第一隔离电路设置在开关电源的输出端与切换开关之间的线路中，所述第二隔离电路设置在直流电输入单元与切换开关之间的线路中。

所述切换开关包括第三继电器，所述开关电源的输出端通过第一隔离电路分别与第三继电器的吸引线圈和第三继电器常开触点的进线侧连接，所述直流电输入单元通过第二隔离电路与第三继电器常闭触点的进线侧连接，所述第三继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与直流电压变换器的输入端连接。

所述切换开关包括单刀双掷开关，所述开关电源的输出端通过第一隔离电路与单刀双掷开关的一个不动端连接，所述直流电输入单元通过第二隔离电路与单刀双掷开关的另一个不动端连接，所述单刀双掷开关的动端与直流电压变换器的输入端连接。

采用上述技术方案的本发明，在采集架构上冗余设置，特别还设置了仲裁单元，这样当信息采集错误或者设备连接故障时，能安全准确地采集电力数据，保证了数据采集的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述通信切换模块的结构示意图；

图3为本发明所述电源模块的结构示意图；

图4为本发明所述切换开关采用第三继电器时的结构示意图；

图5为本发明所述切换开关采用单刀双掷开关时的结构示意图；

图6为本发明所述通信网络的结构示意图；

图7为本发明所述软件通道模块的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种便于维护的数据采集装置，包括数据采集终端，所述数据采集终端与配电终端相连，用于采集配电终端内电网一次设备的电力信息，将采集到的电力信息通过通信网络发送给配电主站系统或将其通过通信网络接收到的配电主站系统指令数据发送给配电终端；

两个数据采集通道分别对配电终端的数据进行采集，并分别传送至微处理器I和微处理器II，微处理器I和微处理器II分别对采集到的数据进行分析处理，然后一起送入仲裁单元，并对两个微处理器处理后的数据进行综合仲裁，然后将仲裁后的信息送至通信切换单元，通信切换单元与第一无线通信模块和第二无线通信模块相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过通信网络与配电主站系统相连，所述存储单元与仲裁单元相连，所述电源模块分别与两个微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块连接。

仲裁单元接收到微处理器I和微处理器II的信息后，对信息进行判断的方法为：通过自检判断每个微处理器是否正常运行，如果某个微处理器发生故障，则舍弃此微处理器的信息，仅对其它微处理器的信息进行判断。

如果仲裁平台接收的剩余微处理器的信息均为一致的正常信息，则将获取的电力数据发送给无线通信模块；如果剩余微处理器的信息不一致，则对所有信息进行判断，舍弃掉信息中的故障报警信息，对其它正常信息进行判断，选择对配电主站系统来说导向安全的信息所在的微处理器，将该微处理器的电力数据发送给无线通信模块。

如果仲裁平台与制动输出模块的连接出现故障，则：如果仲裁平台接收的剩余微处理器的信息均为一致的正常信息，则仲裁平台向其它任一微处理器发送指令，该微处理器将电力数据发送给无线通信模块；如果剩余微处理器的信息不一致，则对所有信息进行判断，舍弃掉信息中的故障报警信息，对其它正常信息进行判断，选择对配电主站系统来说导向安全的信息所在的微处理器，将该微处理器的电力数据发送给无线通信模块。

如果仲裁平台发生故障，则微处理器I和微处理器II分别输出本系的运行结果给无线通信模块；配电主站系统对接收的两系的运行结果进行比较，假如两系运行结果比较数据正常，则配电主站系统根据该结果进行后续工作；假如两系运行结果比较数据异常，则发出错误指令，并舍弃当前采集的电力数据。

所述数据采集终端包括微处理器、数据采集通道、第一无线通信模块、第二无线通信模块、通信切换模块、存储单元和电源模块，所述微处理器通过数据采集通道与配电终端相连，微处理器分别通过RS-232接口与第一无线通信模块和第二无线通信模块相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过通信网络与配电主站系统相连，所述存储单元与微处理器相连，所述电源模块分别与微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块连接。本发明通过数据采集通道采集配电终端内电网一次设备的电力信息，将采集到的电力信息通过第一无线通信模块和第二无线通信模块接入通信网络发送给配电主站系统或将接收到的配电主站系统指令数据发送给配电终端，为配电自动化系统进行故障处理提供了准确、可靠的判据，满足了配电自动化系统的要求。

如图2所示，本发明所述的通信切换模块包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、单片机、第一继电器和第二继电器，所述第一信号采集电路设置在第一无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述第二信号采集电路置在第二无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述的第一信号采集电路和第二信号采集电路的输出端分别与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述第一继电器的常闭触点设置在第一无线通信模块与电源模块之间的供电回路中，所述第二继电器的常开触点设置在第二无线通信模块与电源模块之间的供电回路中。

优选地，所述单片机的输出端通过光藕隔离电路分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述单片机还连接有晶振电路和延时动作开关。

优选地，所述第一信号采集电路包括第一RS-232转TTL电平转换器，所述第一RS-232转TTL电平转换器的输入端与第一无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接;所述第二信号采集电路包括第二RS-232转TTL电平转换器，所述第二RS-232转TTL电平转换器的输入端与第二无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接。

本发明的数据采集终端采用第一无线通信模块和第二无线通信模块接入通信网络与配电主站系统相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块作为主备用通信模块并采用通信切换模块进行切换，通信切换模块通过第一信号采集电路监听第一无线通信模块与微处理器之间的通信信号，如果发现通信信号中断时发送报警信息给单片机，单片机根据报警信息通过控制第二继电器对第二无线通信模块进行上电工作，同时控制第一继电器对第一无线通信模块进行断电，进行主备用通信模块切换。主备用通信模块切换后，第二无线通信模块作为主用通信模块，第一无线通信模块作为备用通信模块，通信切换模块通过第二信号采集电路监听第二无线通信模块与微处理器之间的通信信号，如果发现通信信号中断时发送报警信息给单片机，单片机根据报警信息通过控制第一继电器对第一无线通信模块进行上电工作，同时控制第二继电器对第二无线通信模块进行断电，再次进行主备用通信模块的切换。这样保证了数据采集终端与配电主站系统之间的通信的可靠性，解决了配电终端与配电主站之间通讯不畅的问题，不仅便于维护，降低了配电网的维护成本，而且保证了配电终端与配电自动化系统之间实时传输数据，满足配电自动化系统的要求。

如图3所示，本发明所述的电源模块包括交流电输入单元、直流电输入单元、开关电源、切换开关和直流电压变换器，所述交流电输入单元与开关电源的输入端连接，所述开关电源的输出端通过切换开关与直流电压变换器的输入端连接，所述直流电输入单元通过切换开关与直流电压变换器的输入端连接，所述直流电压变换器的输出端分别与微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块相连。所述电源模块还包括第一隔离电路和第二隔离电路，所述第一隔离电路设置在开关电源的输出端与切换开关之间的线路中，所述第二隔离电路设置在直流电输入单元与切换开关之间的线路中。优选地，所述直流电压变换器具有不同输出电压的输出端。本发明的电源模块通过采用切换开关实现了交直流双电源输入供电方式，当一路电源出现故障时，可以通过单刀双掷开关切换到另一路电源，或者通过继电器自动切换到另一路电源，不仅结构简单、具有功耗低和成本低的特点，而且实现了双电源输入，保证了数据采集终端的工作电压，提高了数据采集终端的运行可靠性。

如图4所示，本发明所述的切换开关可以采用第三继电器，所述开关电源的输出端通过第一隔离电路分别与第三继电器的吸引线圈和第三继电器常开触点JKl的进线侧连接，所述直流电输入单元通过第二隔离电路与第三继电器常闭触点JK2的进线侧连接，所述第三继电器的常开触点JKl和常闭触点JK2的出线侧同相并联后与直流电压变换器的输入端连接。通过采用切换开关实现了交直流双电源输入供电方式，当一路电源出现故障时，可以通过单刀双掷开关切换到另一路电源，或者通过继电器自动切换到另一路电源，不仅结构简单、具有功耗低和成本低的特点，而且保证了数据采集终端的工作电压，提高了数据采集终端的运行可靠性。

如图5所示，本发明所述切换开关也可以采用单刀双掷开关S，所述开关电源的输出端通过第一隔离电路与单刀双掷开关的一个不动端1连接，所述直流电输入单元通过第二隔离电路与单刀双掷开关的另一个不动端2连接，所述单刀双掷开关的动端3与直流电压变换器的输入端连接。通过采用单刀双掷开关S实现了交直流双电源输入供电方式，当一路电源出现故障时，可以通过单刀双掷开关切换到另一路电源，保证了数据采集终端的工作电压，提高了数据采集终端的运行可靠性。

优选地，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用GPRS无线通信模块。

如图6所示，本发明所述的通信网络包括GPRS路由节点、电力系统路由节点、设置在GPRS路由节点和电力系统路由节点之间的APN专线、以及设置在APN专线上的APN专线防火墙，所述GPRS路由节点设置在通信网络内且与通信网络中的GGSN通过GRE隧道建立通信连接，用于向电力系统路由节点转发来自数据采集终端的电力信息数据，或向数据采集终端转发来自所述电力系统路由节点的指令数据;所述电力系统路由节点设置在供电局电力系统数据平台内，并与配电主站系统相连，用于向GPRS路由节点转发来自配电主站系统的指令数据，或向配电主站系统转发来自GPRS路由节点的电力信息数据;所述APN专线用于传输GPRS路由节点向电力系统路由节点转发的电力信息数据，或者传输电力系统路由节点向GPRS路由节点转发的指令数据;所述APN专线防火墙用于对在APN专线上传输的数据进行安全防护、工P地址和端口过滤。

本发明的通信网络包括GPRS路由节点、电力系统路由节点、设置在GPRS路由节点和电力系统路由节点之间的APN专线、以及设置在APN专线上的APN专线防火墙，在保证数据采集终端与配电主站系统之间数据安全和准确的前提下，大大降低配电自动化主站系统和数据采集终端之间的通信成本，有利于在广域范围内实现配电自动化。本发明通过在通信网络中设置专用于传输电力系统数据的APN传输网络，利用该APN传输网络传输配电终端与主站系统之间的通信数据，从而既满足了数据采集终端与配电自动化主站系统之间通信的需要，又满足了电力系统关于通信的安全防护要求，在保证数据安全和准确的前提下，大大降低了通信成本，有利于在广域范围内实现配电自动化。

如图7所示，所述数据采集终端还包括软件通道模块，所述软件通道模块包括下行链接通道、上行链接通道、缓存模块、协议栈模块、校验模块、记录模块、重传触发模块，所述下行链接通道用于对下与配电终端建立连接;所述上行链接通道用于对上根据配置与多个数据采集通道建立连接，当数据采集通道与配电终端进行通道切换时，下行链接通道与配电终端保持连接;所述缓存模块用于缓存通道切换时原数据采集通道需要下发至配电终端的数据，在经通道切换完成数据传输后，再将缓存数据通过切换后的数据采集通道下发至配电终端;所述协议栈模块用以存储通信协议;所述校验模块用于当软件通道模块接收到配电终端上送的数据或接收到数据采集通道下发到配电终端的数据时根据通信协议对数据的有效性进行校验:所述记录模块用于实时记录下行链接通道和上行链接通道的数据量，在软件通道模块与配电终端、数据采集通道传输数据时，采用转发确认超时重传机制，若软件通道模块在规定时间没有收到确认消息，软件通道模块自动重新传输数据;所述重传触发模块用于在软件通道模块与配电终端、数据采集通道传输数据时在规定时间没有收到确认消息，则采用转发确认超时重传机制进行自动重新传输数据。当软件通道模块接收到配电终端上送的数据时，此数据经检验后，根据软件通道模块与数据采集通道的连接，此数据会被软件通道模块转发多份至各个数据采集通道;当软件通道模块接收到数据采集通道下发到配电终端的数据时，此数据经校验后，只有一份由软件通道模块下发至对应的配电终端。

本发明通过在配电终端与数据采集通道之间引入软件通道模块，所述软件通道模块通过下行链接通道对下与配电终端建立连接，通过上行链接通道对上根据配置实现与多个数据采集通道建立连接，当数据采集通道与配电终端进行通道切换时，软件通道模块与配电终端保持连接，并缓存通道切换时原数据采集通道需要下发至配电终端的数据，在经通道切换完成数据传输后，再将缓存数据下发至配电终端。当软件通道模块接收到配电终端上送的数据时，软件通道模块根据通信协议对数据的有效性进行校验，并将校验后的数据转发至数据采集通道，当软件通道模块接收到数据采集通道下发到配电终端的数据时，软件通道模块根据通信协议对数据有效性检查后下发至配电终端。软件通道模块实时记录其数据入口和数据出口的数据量，在软件通道模块与配电终端、数据采集通道传输数据时，采用转发确认超时重传机制，若软件通道模块在规定时间没有收到确认消息，软件通道模块自动重新传输数据。本发明通过采用软件通道模块实现了配电终端与数据采集装置的数据采集通道之间的多重通信，在通道切换时，不断开连接，避免数据丢失，同时降低成本。