一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法
【專利摘要】一種用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法，由CPU模塊、通訊調度解析模塊、PPC通訊模塊、DSP計算模塊以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊組成，所述通訊調度解析模塊及PPC通訊模塊分別與CPU模塊互聯(lián)，DSP計算模塊直接與PPC通訊模塊及FPGA模塊實現(xiàn)雙向互聯(lián)。本發(fā)明負責變電站分布式智能測試系統(tǒng)子機和主機之間的通訊程序配合，負責主機的指令下載和代碼計算，并通過光纖網(wǎng)絡和被測設備進行實時交換數(shù)據(jù)以進行各種測試，通訊構架提供多裝置和多系統(tǒng)IP地址搶先調度模式，滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)交互實時、可靠應用的嚴格要求。
【專利說明】—種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法
[0001]【技術領域】
本發(fā)明涉及一種用于變壓器分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法，屬電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)通訊【技術領域】。
[0002]【背景技術】
智能變電站系統(tǒng)是由智能電子設備組成起來協(xié)同工作，共同完成智能變電站系統(tǒng)的各項功能。智能電子設備相互之間存在著相互依賴的關系，這種依賴關系是通過各裝置的配置信息或配置軟件完成，具有適時調整的靈活性和配置協(xié)調出錯的可能性，因此需要對智能變電站系統(tǒng)的運行功能、性能做全面的整體測試。變電站分布式智能測試系統(tǒng)采用分布式格局，配備強大的子機平臺和系統(tǒng)組合測試，通過對多臺關聯(lián)的變電站智能設備(IED)動態(tài)拼接，采用聯(lián)網(wǎng)方式同時對多系統(tǒng)開展檢測，可實現(xiàn)系統(tǒng)級故障回放，可靠減少設備的檢修次數(shù)和時間，組網(wǎng)方式靈活有效。
[0003]但隨著智能變電站新技術的發(fā)展要求，現(xiàn)場試驗新增了如下系統(tǒng)級特點:實時模擬全站系統(tǒng)行為，以及在各種網(wǎng)絡運行的工況下，確保保護裝置的正確性；可以考察變電站監(jiān)控系統(tǒng)的后臺操作，如順控邏輯、操作的正確性，以及雪崩試驗、備自投測試等；整體測試需有利于發(fā)現(xiàn)智能設備間的配合問題，完成定值整定，可以確保測試整改合格的智能變電站符合各種標準、規(guī)范和運行規(guī)程要求。而所有新增特點都對原分布式處理平臺的數(shù)據(jù)分配和交換問題提出了更高更快速的要求，既能充分利用各個子機的計算處理能力，又能滿足通訊程控在主機(Windows系統(tǒng))和子機(Linux系統(tǒng))間的高速數(shù)據(jù)傳遞，而不論是對基本閉環(huán)測試還是現(xiàn)場即插即用型測試都存在較大困難，因為目前還沒有配合智能測試單元實施這些新增功能的完善通訊構架和軟件流程優(yōu)化手段。
[0004]
【發(fā)明內容】
本發(fā)明的目的是，針對目前變電站分布式智能測試系統(tǒng)中存在的問題，提供一種用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法。它能夠負責變電站分布式智能測試系統(tǒng)子機和主機之間的通訊程序配合，負責主機的指令下載和代碼計算，并通過光纖網(wǎng)絡和被測設備進行實時交換數(shù)據(jù)以進行各種測試，通訊構架及網(wǎng)絡控制方法提供多裝置和多系統(tǒng)IP地址搶先調度模式，滿足現(xiàn)場對數(shù)據(jù)交互實時、可靠應用的嚴格要求。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是，建立一種用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，該通訊構架包含CPU模塊、通訊調度解析模塊、PPC通訊模塊、DSP計算模塊以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊，所述通訊調度解析模塊及PPC通訊模塊分別與CPU模塊互聯(lián)，DSP計算模塊直接與PPC通訊模塊及FPGA模塊實現(xiàn)雙向互聯(lián)。
[0006]本發(fā)明通訊構架的通訊調度解析模塊，可根據(jù)實際系統(tǒng)靈活調用底層實時網(wǎng)絡通信程序，同時支持帶統(tǒng)一時標的數(shù)據(jù)交換方法。
[0007]本發(fā)明通訊構架的PPC通訊模塊負責子機和主機間的數(shù)據(jù)通訊，采用MPC8308Power QUICC II Pro處理器，最高主頻可達400MHZ，支持5-port千兆以太網(wǎng)交換機。
[0008]本發(fā)明通訊構架的DSP計算模塊負責計算、接受PPC指令和代碼，每秒可執(zhí)行2400百萬條定點指令、1800百萬條浮點指令，支持8/16/32/64位數(shù)據(jù)格式。[0009]本發(fā)明通訊構架的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊負責光纖通訊，支持SMV/G00SE/FT3數(shù)據(jù)輸出和GOOSE信號輸入，支持400MHZ SDRAM增強型儲存控制器，提供可選糾錯碼ECC。
[0010]本發(fā)明一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的工作原理是:
開啟工作電源后，CPU模塊通過輸入PPC模塊的IP地址與子機建立通訊鏈路，DSP模塊初始化FPGA寄存器和內存；鏈路正確和初始化正常后，由主機通訊調度解析模塊分配各主、子機數(shù)據(jù)交換底層優(yōu)先級，PPC模塊將代碼和參數(shù)下載至DSP模塊，由CPU模塊控制發(fā)送正?；蚴枪收蠣顟B(tài)測試指令給DSP模塊；DSP模塊實時接收FPGA模塊返回的GOOSE信號，并將測試狀況下的SV波形、GOOSE數(shù)據(jù)實時返送給PPC模塊并轉發(fā)上送至主機CPU ;測試結束后，PPC模塊讀取DSP測試結果并上報主機，CPU模塊給出測試報告，結束對外通信功能。
[0011]本發(fā)明一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法包含主機內部底層實時網(wǎng)絡通信程序編制方法、主機CPU和子機PPC之間的通訊程控方法、子機內部PPC和DSP之間的通訊程控方法、DSP和FPGA之間的通訊程控方法四部分。
[0012]本發(fā)明網(wǎng)絡控制方法中，主機內部底層實時網(wǎng)絡通信程序編制方法，是通過編寫內核模式下的TDI (傳送驅動程序接口)，跳過Socket函數(shù)直接調用TDI底層函數(shù)和具體的網(wǎng)卡驅動程序(NIC)連接。
[0013]本發(fā)明網(wǎng)絡控制方法中，主機CPU和子機PPC之間的通訊程控方法，包括下列步驟:
(1)開啟工作電源后，主機CPU模塊通過輸入子機PPC模塊的IP地址，建立以主機為服務器端、PPC模塊為客戶端的通訊鏈路，并等待鏈路的正確連接，如果鏈路正常，由CPU模塊給PPC模塊發(fā)送連接指令(Ox12341111 )，PPC將返回確認指令(0x56781111);如果鏈路不正常，CPU要求重新輸入IP地址；
(2)主機CPU模塊接收到返回確認指令后，發(fā)送下載DSP代碼程序和參數(shù)(0X1234cdcd+代碼)給PPC模塊，由PPC模塊將代碼和參數(shù)下載到DSP模塊中，下載成功后返回確認指令(0x5678cdcd)給CPU模塊，否則返回錯誤指令(0x56780f0f)；
(3)CPU模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令(0x12349999)給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP模塊輸出SMV數(shù)據(jù)，并返回確認指令(0x56789999)給CPU模塊；否則重新發(fā)送下載DSP代碼指令；
(4)CPU模塊接收到運行返回確認指令后，手動操作或按照預先設定的故障狀態(tài)發(fā)送指令(0xl234ffff )給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP進入故障狀態(tài)；測試過程中，PPC模塊將DSP發(fā)送的SV波形、GOOSE數(shù)據(jù)(0x5678abcd+數(shù)據(jù))轉發(fā)上送至主機CPU供實時顯示；
(5)測試結束后，PPC模塊發(fā)送測試結果(0x56780000+測試結果)給CPU模塊，并結束測試；CPU模塊給出測試報告，結束對外通信功能。
[0014]本發(fā)明網(wǎng)絡控制方法中，子機內部PPC和DSP之間的通訊程控，包括下列步驟:
(1)開啟工作電源后，當PPC模塊接收到下載DSP代碼程序和參數(shù)指令，DSP開始校驗參數(shù)，參數(shù)正確則返回指令(0x5678cdcd)給PPC模塊，錯誤則返回指令(0x56780f0f)；
(2)PPC模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令(0x12349999)或是故障設定指令(0xl234ffff )給DSP運行，DSP模塊在運行故障狀態(tài)時將實時運行的SV波形、GOOSE數(shù)據(jù)(0x5678abcd+數(shù)據(jù))返送給PPC模塊，若運行正常波形則返送確認指令(0x56789999)給PPC模塊；
(3)DSP測試結束后，發(fā)送運行結束指令(0x56780000)給PPC模塊，PPC模塊讀取測試結果并上報主機。
[0015]本發(fā)明網(wǎng)絡控制方法中，子機內部DSP和FPGA之間的通訊程控，包括下列步驟:
(1)DSP模塊上電后，依次寫入FPGA寄存器和內存初始化指令(0x12345678)，并重新讀出以驗證FPGA是否正常；否則，結束通訊；
(2)DSP模塊發(fā)送預先設置指令前，先讀入FPGA狀態(tài)寄存器以判斷有無GOOSE信號，有則先讀入GOOSE信號，再輸出SMV、GOOSE給FPGA ;無GOOSE信號則直接輸出；
(3)測試狀態(tài)下由DSP寫入FPGA狀態(tài)寄存器選定光口輸出數(shù)據(jù)，同時DSP模塊實時刷新FPGA狀態(tài)寄存器以及時接收GOOSE返回信號。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明構架和控制方法由于整個邏輯采用全智能軟件預制，無需人工干預，能夠保證實時、高效率的主機指令下載和代碼計算，并通過光纖網(wǎng)絡和被測設備進行實時交換數(shù)據(jù)以進行各種測試，通訊構架及網(wǎng)絡控制方法提供多裝置和多系統(tǒng)IP地址搶先調度模式，進一步滿足了智能變電站整體多間隔智能設備新增測試功能。
[0017]用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊和控制。
[0018]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明所述用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的整體結構框圖；
圖2為本發(fā)明所述用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的底層實時網(wǎng)絡通信程序框架圖；
圖3為本發(fā)明所述用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的CPU和PPC之間通訊程控流程圖；
圖4為本發(fā)明所述用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的PPC和DSP之間通訊程控流程圖；
圖5為本發(fā)明所述用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架的DSP和FPGA之間通訊程控流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明所述的一種用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法進行詳細的說明。
[0020]本發(fā)明的整體結構框圖如圖1所示，通訊構架包含CPU模塊、通訊調度解析模塊、PPC通訊模塊、DSP計算模塊以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊，所述通訊調度解析模塊及PPC通訊模塊分別與CPU模塊互聯(lián)，DSP計算模塊直接與PPC通訊模塊及FPGA模塊實現(xiàn)雙
向互聯(lián)。
[0021 ] CPU模塊選用基于AMD80188ER研制的CPU模塊，其內部集成有512K字節(jié)的SRAM512K A盤、256字節(jié)的片內存儲器，并具有實時時鐘功能、模塊具有兩個三線制RS232總線通訊接口(其中一個串口用于調試串口，即模擬終端)、一個九線制RS232總線通訊接口、雙16位數(shù)據(jù)指針的可多次編程的快速微處理器，是用于變電站分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架及網(wǎng)絡控制方法的控制中心。
[0022]通訊調度解析模塊，可根據(jù)實際系統(tǒng)靈活調用底層實時網(wǎng)絡通信程序，同時支持帶統(tǒng)一時標的數(shù)據(jù)交換方法。
[0023]PPC模塊負責子機和主機間的數(shù)據(jù)通訊，采用MPC8308 Power QUICC II Pro處理器，最高主頻可達400MHZ，支持5-port千兆以太網(wǎng)交換機。
[0024]DSP模塊基于TMS320C6747雙核低功率應用處理器，主頻可達300MHZ，每秒可執(zhí)行2400百萬條定點指令、1800百萬條浮點指令，可承受輸入1.2V核電壓、3.3V10電壓。
[0025]可編程門陣列FPGA模塊采用了 Altera公司Cyclone V FPGA作為底層通訊輸出入，提供集成收發(fā)器型號以及具有基于ARM的硬核處理器系統(tǒng)(HPS)的SoC FOGA型號，支持400MHZ SDRAM增強型儲存控制器，提供可選糾錯碼ECC。
[0026]如圖2所示，主機中應用程序負責人機界面和參數(shù)計算，運行在用戶層，實時計算和數(shù)據(jù)通訊運行于Windows系統(tǒng)下的內核層，優(yōu)先級最高，數(shù)據(jù)通訊程序通過TDI與NIC實時交換網(wǎng)絡上(各個子機)的數(shù)據(jù)，并及時反饋到實時計算中。
[0027]對照圖3，本發(fā)明所述主機CPU和子機PPC之間的通訊程控，包括下列步驟:
(I)開啟工作電源后，主機CPU模塊通過輸入子機PPC模塊的IP地址，建立以主機為服務器端、PPC模塊為客戶端的通訊鏈路，并等待鏈路的正確連接，如果鏈路正常，由CPU模塊給PPC模塊發(fā)送連接指令(Ox12341111 )，PPC將返回確認指令(0x56781111);如果鏈路不正常，CPU要求重新輸入IP地址。
[0028](2)主機CPU模塊接收到返回確認指令后，發(fā)送下載DSP代碼程序和參數(shù)(0xl234cdcd+代碼)給PPC模塊，由PPC模塊將代碼和參數(shù)下載到DSP模塊中，下載成功后返回確認指令(0x5678cdcd)給CPU模塊，否則返回錯誤指令(0x56780f0f)。
[0029](3) CPU模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令(Ox12349999)給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP模塊輸出SMV數(shù)據(jù)，并返回確認指令(0x56789999)給CPU模塊；否則重新發(fā)送下載DSP代碼指令。
[0030](4)CPU模塊接收到運行返回確認指令后，手動操作或按照預先設定的故障狀態(tài)發(fā)送指令(0xl234ffff )給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP進入故障狀態(tài)；測試過程中，PPC模塊將DSP發(fā)送的SV波形、G00SE數(shù)據(jù)(0x5678abcd+數(shù)據(jù))轉發(fā)上送至主機CPU供實時顯示。
[0031](5)測試結束后，PPC模塊發(fā)送測試結果(0x56780000+測試結果)給CPU模塊，并結束測試；CPU模塊給出測試報告，結束對外通信功能。
[0032]對照圖4，本發(fā)明所述子機內部PPC和DSP之間的通訊程控，包括下列步驟:
(I)開啟工作電源后，當PPC模塊接收到下載DSP代碼程序和參數(shù)指令，DSP開始校驗參數(shù)，參數(shù)正確則返回指令(0x5678cdcd)給PPC模塊，錯誤則返回指令(0x56780f0f)。
[0033](2) PPC模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令(0x12349999)或是故障設定指令(0xl234fTfT)給DSP運行，DSP模塊在運行故障狀態(tài)時將實時運行的SV波形、G00SE數(shù)據(jù)(0x5678abcd+數(shù)據(jù))返送給PPC模塊，若運行正常波形則返送確認指令(0x56789999)給 PPC 模塊。
[0034](3) DSP測試結束后，發(fā)送運行結束指令(0x56780000)給PPC模塊，PPC模塊讀取測試結果并上報主機。
[0035]對照圖5，本發(fā)明所述子機內部DSP和FPGA之間的通訊程控，包括下列步驟:
(I)DSP模塊上電后，依次寫入FPGA寄存器和內存初始化指令(0x12345678)，并重新讀
出以驗證FPGA是否正常；否則，結束通訊。[0036](2) DSP模塊發(fā)送預先設置指令前，先讀入FPGA狀態(tài)寄存器以判斷有無GOOSE信號，有則先讀入GOOSE信號，再輸出SMV、GOOSE給FPGA ;無GOOSE信號則直接輸出。
[0037](3)測試狀態(tài)下由DSP寫入FPGA狀態(tài)寄存器選定光口輸出數(shù)據(jù)，同時DSP模塊實時刷新FPGA狀態(tài)寄存器以及時接收GOOSE返回信號。
【權利要求】
1.一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，其特征在于，所述通訊構架包含CPU模塊、通訊調度解析模塊、PPC通訊模塊、DSP計算模塊以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊；所述通訊調度解析模塊及PPC通訊模塊分別與CPU模塊互聯(lián)；DSP計算模塊直接與PPC通訊模塊及FPGA模塊實現(xiàn)雙向互聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，其特征在于，所述通訊調度解析模塊，可根據(jù)實際系統(tǒng)靈活調用底層實時網(wǎng)絡通信程序，同時支持帶統(tǒng)一時標的數(shù)據(jù)交換方法。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，其特征在于，所述PPC通訊模塊負責子機和主機間的數(shù)據(jù)通訊，采用MPC8308 Power QUICC II Pro處理器，最高主頻可達400MHZ，支持5-port千兆以太網(wǎng)交換機。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，其特征在于，所述DSP計算模塊負責計算、接受PPC指令和代碼，每秒可執(zhí)行2400百萬條定點指令、1800百萬條浮點指令，支持8/16/32/64位數(shù)據(jù)格式。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的通訊構架，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程門陣列FPGA 模塊負責光纖通訊，支持SMV/G00SE/FT3數(shù)據(jù)輸出和GOOSE信號輸入，支持400MHZ SDRAM增強型儲存控制器，提供可選糾錯碼ECC。
6.一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法，其特征在于，所述方法包含主機內部底層實時網(wǎng)絡通信程序編制方法、主機CPU和子機PPC之間的通訊程控方法、子機內部PPC和DSP之間的通訊程控方法、DSP和FPGA之間的通訊程控方法。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法，其特征在于，所述主機內部底層實時網(wǎng)絡通信程序編制方法，是通過編寫內核模式下的TDI (傳送驅動程序接口)，跳過Socket函數(shù)直接調用TDI底層函數(shù)和具體的網(wǎng)卡驅動程序(NIC)連接。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法，其特征在于，所述主機CPU和子機PPC之間的通訊程控方法，包括下列步驟: (1)開啟工作電源后，主機CPU模塊通過輸入子機PPC模塊的IP地址，建立以主機為服務器端、PPC模塊為客戶端的通訊鏈路，并等待鏈路的正確連接，如果鏈路正常，由CPU模塊給PPC模塊發(fā)送連接指令，PPC將返回確認指令；如果鏈路不正常，CPU要求重新輸入IP地址； (2)主機CPU模塊接收到返回確認指令后，發(fā)送下載DSP代碼程序和參數(shù)給PPC模塊，由PPC模塊將代碼和參數(shù)下載到DSP模塊中，下載成功后返回確認指令給CPU模塊，否則返回錯誤指令； (3)CPU模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP模塊輸出SMV數(shù)據(jù)，并返回確認指令給CPU模塊；否則重新發(fā)送下載DSP代碼指令； (4)CPU模塊接收到運行返回確認指令后，手動操作或按照預先設定的故障狀態(tài)發(fā)送指令給PPC模塊，由PPC模塊命令DSP進入故障狀態(tài)；測試過程中，PPC模塊將DSP發(fā)送的SV波形、GOOSE數(shù)據(jù)轉發(fā)上送至主機CPU供實時顯示； (5)測試結束后，PPC模塊發(fā)送測試結果給CPU模塊，并結束測試；CPU模塊給出測試報告，結束對外通信功能。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法，其特征在于，所述子機內部PPC和DSP之間的通訊程控，包括下列步驟: (1)開啟工作電源后，當PPC模塊接收到下載DSP代碼程序和參數(shù)指令，DSP開始校驗參數(shù)，參數(shù)正確則返回指令給PPC模塊，錯誤則返回指令； (2)PPC模塊接收到下載返回確認指令后，發(fā)送運行指令或是故障設定指令給DSP運行，DSP模塊在運行故障狀態(tài)時將實時運行的SV波形、GOOSE數(shù)據(jù)返送給PPC模塊，若運行正常波形則返送確認指令給PPC模塊； (3)DSP測試結束后，發(fā)送運行結束指令給PPC模塊，PPC模塊讀取測試結果并上報主機。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種用于分布式智能測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制方法，其特征在于，所述子機內部DSP和FPGA之間的通訊程控，包括下列步驟: (1)DSP模塊上電后，依次寫入FPGA寄存器和內存初始化指令(0x12345678)，并重新讀出以驗證FPGA是否正常；否則，結束通訊； (2)DSP模塊發(fā)送預先設置指令前，先讀入FPGA狀態(tài)寄存器以判斷有無GOOSE信號，有則先讀入GOOSE信號，再輸出SMV、GOOSE給FPGA ;無GOOSE信號則直接輸出； (3)測試狀態(tài)下由DSP寫入FPGA狀態(tài)寄存器選定光口輸出數(shù)據(jù)，同時DSP模塊實時刷新FPGA狀態(tài)寄存器以及時接收GOOSE返回信號。
【文檔編號】G05B19/418GK103955190SQ201410174821
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】王冠南, 熊華強, 王治, 崔斌, 張妍, 桂小智, 萬勇, 謝國強, 劉祺, 楊建明 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學研究院