一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構的制作方法

本實用新型涉及一種通訊結構，尤其是一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構。

背景技術：

傳統在使用的SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊接口的規約通訊棧結構是固定的，不能適應多種通信接口；采用面向數據包的結構使數據類型的定義是固定的，無法靈活配置；同時也沒有點號對照表，不容易讓人理解；傳統的通訊規約對通訊的級聯和轉發不作要求，在每個轉發點需要重復組織點表。

因此基于上述缺陷，研發出了兩種目前較為流行的通訊協議接口，分別是控制器局域網絡(CAN)通訊協議接口和MODBUS通訊協議接口，CAN通訊協議接口作為一種面向工業底層控制的通信網絡，其局限性在于不能與Internet互連，不能實現遠程信息共享。其次，它不易與上位控制機直接接口。MODBUS通訊協議接口適用于小到中等規模的數據量傳送，可以帶確認的數據傳輸，但是該規約需要大量的組態和編程，不可作為通用協議使用。在實際現場運行時進行兩者單獨分開使用，而且根據現場使用的設備有所變化。在這樣的情況下，多設備運行時，需要在設備的連接部分上需要同時設置這兩種接口，因此會存在通訊數量限制和距離限制的問題，存在的弊端是通訊規約不統一，而且兩者之間的規約轉換比較復雜，降低了工作效率，并且使得電纜的使用量增多，提高了使用成本。

因此，有鑒于常見的先前技術有上述缺點，發明人針對前述缺點研究改進之道，終于有本實用新型的產生。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決上述技術的不足而設計的一種減少電纜使用量，降低成本，使用方便的一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構。

本實用新型所設計的一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構，包括：

一個與SF6在線監測系統中的傳感器連接的數據轉換模塊；

一個通過控制器局域網絡與數據轉換模塊連接的本地顯示模塊；

一個通過局域網絡或廣域網絡與數據轉換模塊連接的網絡接口；

一個與數據轉換模塊連接并實現全站在線實時數據共享的IEC61850通訊協議接口。

進一步優選，還包括變電站上位機中監控系統的數據分析模塊，所述 IEC61850通訊協議接口與數據分析模塊連接。

進一步優選，所述本地顯示模塊為液晶顯示屏。

進一步優選，所述數據轉換模塊包括單片機、存儲電路模塊、光耦隔離電路模塊、CAN總線收發電路模塊、模擬開關拓展電路模塊和電壓跟隨電路模塊，存儲電路模塊、光耦隔離電路模塊、模擬開關拓展電路模塊和電壓跟隨電路模塊均與單片機相互連接，模擬開關拓展電路模塊與電壓跟隨電路模塊連接，CAN 總線收發電路模塊與光耦隔離電路模塊連接。

進一步優選，所述光耦隔離電路模塊包括二極管、隔離電源模塊、穩壓電源模塊、電解電容一、電解電容二、電解電容三、電容一、電容二、電容三、電容四和電容五，二極管分別與隔離電源模塊和電解電容一連接，隔離電源模塊、電解電容三和電容五三者之間相互并聯，電解電容一、電解電容二、電容一、電容二、電容三、電容四和穩壓電源模塊之間相互并聯。

進一步優選，所述CAN總線收發電路模塊包括高速光耦合器一、高速光耦合器二、CAN收發器、電阻一、電阻二、電阻三、電阻四、電阻五、電阻六、電容六、接插件連接器、瞬態抑制二極管一、瞬態抑制二極管二和瞬態抑制二極管三，電阻一和電阻二均與高速光耦合器一連接，電容六與電阻二連接，電阻三和電阻四均與高速光耦合器二連接，電阻二、電阻四和電阻五還分別與CAN 收發器連接，CAN收發器、瞬態抑制二極管二和瞬態抑制二極管三分別與瞬態抑制二極管一并聯連接，瞬態抑制二極管二和瞬態抑制二極管三之間相互串聯，電阻六與相互串聯的瞬態抑制二極管二與瞬態抑制二極管三并聯連接，接插件連接器與電阻六并聯連接。

進一步優選，所述電壓跟隨電路模塊包括瞬態抑制二極管四、電阻七、電阻八、電阻九、電容七、電容八和四運算放大器，瞬態抑制二極管四、電阻七和電容七之間相互并聯連接，電容七、電阻八和四運算放大器之間相互串聯連接，電容八與四運算放大器并聯連接，電阻九與電容八串聯。

進一步優選，所述存儲電路模塊包括存儲芯片、電容九、電阻十和電阻十一，電阻十和電阻十一相互并聯連接，電阻十分別與電容九和存儲芯片串聯。

進一步優選，所述單片機的型號采用LPC11C14，所述模擬開關拓展電路模塊的型號采用CD4051BM。

本實用新型所設計的一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構，其結構實現SF6在線監測系統主機與變電站監控系統上位機之間通信的無縫連接，加強設備數字化管理，提高自動化性能自定義規范化，可使變電站特殊要求集成化規模增大，使智能變電站的工程實施變得規范、統一和透明，提高無人值守站的可靠性，同時減少電纜使用量，節約二次設備成本。

另外，通過IEC61850通訊協議接口可以解決以前變電站內設備在異種通訊規約下的通訊復雜性難題，從而實現設備間的互聯互通，即任何設備廠家的設備只要統一遵循該協議，就可以相互通訊，實現網絡、設備和服務器之間的整合。

附圖說明

圖1是實施例1的整體結構示意圖；

圖2是實施例1的數據采集模塊的結構示意圖；

圖3是實施例1的單片機的結構示意圖；

圖4是實施例1的光耦隔離電路模塊的結構示意圖；

圖5是實施例1的CAN總線收發電路模塊的結構示意圖；

圖6是實施例1的電壓跟隨電路模塊的結構示意圖；

圖7是實施例1的模擬開關拓展電路模塊的結構示意圖。

圖8是實施例1的存儲電路模塊的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例1：

如圖1所示，本實施例所描述的一種SF6在線監測主機與變電站監控上位機之間的通訊結構，包括：

一個與SF6在線監測系統中的傳感器1連接的數據轉換模塊2；

一個通過控制器局域網絡與數據轉換模塊2連接的本地顯示模塊3，所述本地顯示模塊3為液晶顯示屏。；

一個通過局域網絡或廣域網絡與數據轉換模塊2連接的網絡接口4；

一個與數據轉換模塊3連接并實現全站在線實時數據共享的IEC61850通訊協議接口5。

本實施例中通過還包括變電站上位機中監控系統的數據分析模塊6，所述 IEC61850通訊協議接口5與數據分析模塊6連接，使得經數據采集轉換模塊2 轉換后的數據進行自動分析，SF6在線監測系統中主機與上位機之間的通信采用該通訊協議接口，可以完成實時數據的訪問和檢索、對設備的控制、溫濕度的報告和SF6密度的記錄，并在上位機中顯示。

其結構SF6在線監測系統主機與上位機之間進行通訊的IEC61850通訊協議接口5相互連接，該協議使用面向對象建模技術；采用分布、分層體系；使用抽象通信服務接口(ACSI)、特殊通信服務映射SCSM技術和MMS技術。該協議具有互操作性以及面向未來的、開放的體系結構。其中ACSI主要設定了各類服務模型：連接服務模型、變量訪問服務模型、數據傳輸服務模型、設備控制服務模型、文件傳輸服務模型、時鐘同步服務模型等，這些服務模型定義了通信對象以及如何對這些通信對象進行訪問。

該IEC61850通訊協議接口5中的協議標準可以實現智能變電站工程運作標準化，使得智能變電站的工程實施變得規范、統一和透明；相對于CAN通信規約和MODBUS通信規約，IEC61850規約中各個設備之間的通信方式都是采用一根網線或光纜來完成通訊，接線簡單，同時也省去了繁雜的線路設計；該規約分別在發電領域、輸變電領域、配用電領域和調度領域都有所應用。在SF6在線監測系統中，根據本標準可以建立統一的數據通信平臺，與智能變電站通信接軌，通過網絡化的通信平臺實現SF6密度在線監測，自動完成信息采集、在線測量、精準保護等基本功能，并根據自動控制、智能輔助控制、智能告警、在線分析決策等高級功能，實現與相鄰設備的互連；使得SF6在線監測系統基于 IEC61850通訊協議的標準下，可以與其他廠家的設備實現對接，實現全站在線實時數據的共享。

其結構由傳感器采集密閉氣室(斷路器、GIS、互感器、母線系統等)中SF6 氣體的微水含量、密度、溫度和濕度等參數，同時輸出4～20mA的電流，經數據采集轉換模塊將這個4～20mA的電流轉換成所要測量參數對應的數值，該參數的測量值可通過儀表就地直接顯示，同時將該參數上傳給系統主機，由系統主機處理記錄(最終一部分數據存儲于系統主機存儲器，另一部分為實時數據，) 后通過IEC61850通信協議接口上傳給上位機；可實現遠程通訊，與變電站統一的通信體系對接，由上位機將SF6氣體的微水含量、密度值、溫度和濕度值顯示出來。并可生成報表，提供歷史數據和實時數據的查找。

在實際運行過程中，采用該通訊結構方式能顯著降低數據管理費用、簡化數據維護、減少由于配置錯誤而引起的系統停機時間，增加了整個系統使用期間的靈活性。很好的解決了變電站自動化系統產品的互操作性和協議轉換問題。采用該標準還可使SF6在線監測系統設備具有自描述、自診斷和即插即用(Plug and Play)的特性，極大的方便了系統的集成，降低了SF6在線監測系統的工程費用。

如圖2、圖3和圖7所示，本實施例中通過所述數據轉換模塊22包括單片機21、存儲電路模塊26、光耦隔離電路模塊22、CAN總線收發電路模塊23、模擬開關拓展電路模塊25和電壓跟隨電路模塊24，存儲電路模塊26、光耦隔離電路模塊22、模擬開關拓展電路模塊22和電壓跟隨電路模塊24均與單片機21 相互連接，模擬開關拓展電路模塊22與電壓跟隨電路模塊24連接，CAN總線收發電路模塊23與光耦隔離電路模塊22連接。其結構工作時，單片機只需對CAN 總線收發電路模塊23傳輸的數據進行處理，并將處理后的數據一部分存儲于存儲電路模塊26中，另一部分經光耦隔離電路模塊22傳輸給CAN總線收發電路模塊23，由CAN總線收發電路模塊23發出，從而實現對數據的傳輸。單片機(微處理器芯片)作為系統的核心控制單元，要實現CAN通信，單片機(微處理器芯片、MCU)除了要處理接收數據外，最重要的是要控制各端口采集。為了確保整個嵌入式系統的可靠運行，同時運行速度要快，使得存儲電路模塊26采用大容

量的ROM、RAM資源。

本實施中的傳感采樣設備可將傳感器檢測到的SF6密閉氣室內SF6氣體的微水含量、密度、溫度和濕度對應的4～20mA的電流值轉換成各檢測量對應的檢測范圍，并可通過指令控制遠程切換該設備所采集的SF6氣體的微水含量、密度、溫度和濕度的端口定義，同時可將檢測量實時的上傳給系統主機或者直接本地顯示。

檢測部分使用傳感技術，由傳感器采集密閉氣室中SF6氣體的微水密度、溫度和濕度值，并且可將所有檢測SF6氣體的傳感器檢測到的數據采集到一起，并可通過指令切換所采集的微水密度、溫度和濕度等檢測量。所采集量為微水含量時，此時所有傳感器檢測到的各個氣室的SF6微水含量值均轉換成4～20mA 的電流值送給所述設備，并經過該設備轉換成對應于-80℃td～+20℃td的露點值，輸出的露點值可以選擇本地顯示，也可以上傳給系統主機。所采集量為氣體密度時，所有傳感器將各個氣室中SF6氣體密度值所對應的的4～20mA的電流值傳輸給所述設備，該設備將其轉換成-0.1～0.9MPa之間對應的密度值。采集溫度時，該設備將傳感器輸出的4～20mA電流轉換成對應的-40～80℃的溫度值；采集氣室內的濕度時，該設備將傳感器輸出的4～20mA電流轉換成對應的0～99％RH濕度值。

而且，實現了通過指令切換傳感采樣設備端口定義功能，同時適用于室內及室外SF6氣體絕緣的開關設備，能對GIS系統中各個氣室的SF6氣體微水含量、密度、溫度和濕度的數據檢測進行切換，另外可擴展超限報警功能，從而實現在電網運行過程中對SF6氣體微水含量、密度、溫度和濕度進行實時、遠程監測以及歷史數據分析，更好的保證設備安全、穩定運行。本發明采用基于 ARM Cortex-M0內核的微控制器LPC11C14，具有高性能、低功耗等優點，并可提供易于使用的指令集和存儲器地址空間。

如圖4本實施例中通過所述光耦隔離電路模塊22包括二極管D1、隔離電源模塊T2、穩壓電源模塊T1、電解電容一C1、電解電容二C2、電解電容三C3、電容一C4、電容二C5、電容三C6、電容四C7和電容五C8，二極管D1分別與隔離電源模塊T2和電解電容一C1連接，隔離電源模塊T2、電解電容三C3和電容五C8三者之間相互并聯，電解電容一C1、電解電容二C2、電容一C4、電容二C5、電容三C6、電容四C7和穩壓電源模塊T1之間相互并聯；通過一個穩壓電源模塊T1中的穩壓管將輸入5v的電路通過該穩壓電源模塊T1調整在輸出為 3.3v，同時隔離電源模塊T2在電路中具有電源隔離的作用，實現了DC-DC轉換器的功能。

如圖5所示，本實施例中通過所述CAN總線收發電路模塊23包括高速光耦合器一U3、高速光耦合器二U4、CAN收發器U2、電阻一R7、電阻二R9、電阻三R10、電阻四R8、電阻五R11、電阻六R44、電容六C27、接插件連接器P1、瞬態抑制二極管一TVS1、瞬態抑制二極管二TVS2和瞬態抑制二極管三TVS3，電阻一R7和電阻二R9均與高速光耦合器一U3連接，電容六C27與電阻二R9 連接，電阻三R10和電阻四R8均與高速光耦合器二U4連接，電阻二R9、電阻四R8和電阻五R11還分別與CAN收發器U2連接，CAN收發器U2、瞬態抑制二極管二TVS2和瞬態抑制二極管三TVS3分別與瞬態抑制二極管一TVS1并聯連接，瞬態抑制二極管二TVS2和瞬態抑制二極管三TVS3之間相互串聯，電阻六R44 與相互串聯的瞬態抑制二極管二TVS2和瞬態抑制二極管三TVS3并聯連接，接插件連接器P1與電阻六R44并聯連接。所述高速光耦合器一U3、高速光耦合器二U4具有高速通訊的作用，所述瞬態抑制二極管一TVS1、瞬態抑制二極管二 TVS2和瞬態抑制二極管三TVS3具有保護電路的作用。

如圖6所示，本實施例中通過所述電壓跟隨電路模塊24包括瞬態抑制二極管四TVS6、電阻七R22、電阻八R24、電阻九R26、電容七C21、電容八C13和四運算放大器UC，瞬態抑制二極管四TVS6、電阻七R22和電容七C21之間相互并聯連接，電容七C21、電阻八R24和四運算放大器UC之間相互串聯連接，電容八C13與四運算放大器UC并聯連接，電阻九R26與電容八C13串聯；瞬態抑制二極管四TVS6具有保護電路的功能，四運算放大器UC在電路中具有信號放大功能，有比較的放大，使采集更穩定。

如圖8所示，本實施例中通過所述存儲電路模塊26包括存儲芯片U5、電容九C33、電阻十R5和電阻十一R6，電阻十R5和電阻十一R6相互并聯連接，電阻十R5分別與電容九C33和存儲芯片U5串聯。

本實施例中通過所述單片機21的型號采用LPC11C14，所述模擬開關拓展電路模塊5的型號采用CD4051BM，所述存儲芯片U5的型號采用AT24C02，所述瞬態抑制二極管的型號采用6N137，CAN收發器U2的型號采用SN65HVD230，接插件連接器P1的型號采用Header4,隔離電源模塊T2的型號采用B0503S-1WR2，穩壓電源模塊T1的型號采用SP1117M3，四運算放大器UC的型號采用LM324。另外，在實際運行過程中，對于微水含量檢測轉換來說，數據精度高，且可遠程控制切換檢測量采集部分，隔離電路由光耦合器組成，抗干擾能力強。而對于通信部分，CAN通信作為采集設備聯網的通訊，可以節約連接導線、維護和安裝費用，同時單片機(LPC11C14)自帶CAN控制模塊，收發交替進行，避免了由于數據量過大而造成的信息堵塞或傳輸延遲。本產品已通過測試,實際使用表明，此設備通訊數據好，并且性能穩定，可實現通過指令切換傳感采樣設備端口定義功能，變化數據能實時反應到系統主機，能實現CAN通信，總的運行效果較好。

本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護范圍之內。