專利名稱：集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及應用于電力系統(tǒng)的一種繼電保護和測量綜合 裝置。
背景技術(shù)：
電力行業(yè)中，繼電保護和測量綜合裝置是電力系統(tǒng)中重要的二次設(shè)備。工作在中、低壓 電力系統(tǒng)的繼電保護裝置一般都具備測量功能，通常把這種既有保護功能又有測量功能的 繼電保護裝置稱為繼電保護和測量綜合裝置，簡稱綜保裝置。它能夠反應電氣設(shè)備的故障 和不正常工作狀態(tài)并自動迅速地、有選擇性地動作于斷路器將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保 證無故障設(shè)備繼續(xù)正常運行，將事故限制在最小范圍，提高系統(tǒng)運行的可靠性，最大限度 地保證向用戶安全、連續(xù)供電；同時它具有測量電流、電壓、有功功率、無功功率等功能； 并且一般都要求綜保裝置具有對外通信的功能，以便將裝置本身的運行狀況、測量參數(shù)和 繼電保護動作信息及時發(fā)送至保護管理機或監(jiān)控機。
目前，電力系統(tǒng)的自動裝置和綜保裝置的通信網(wǎng)絡(luò)上，所采用的通信方式并不統(tǒng)一。其 中，RS-485為半雙工工作方式，采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，在 過去的20年時間里被廣泛的使用。但是基于在RS-485總線上只能有一個主站的特點，以 及通信速率低、帶負載能力差等缺陷，電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中開始應用現(xiàn)場總線，比較廣 泛使用的是CAN總線。CAN總線(Controller Area Network)即控制局域網(wǎng)，是國際上應 用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，起先，CAN總線被設(shè)計為汽車環(huán)境中的微控制器通信總線，在 車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)今，其作為一種技術(shù) 先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡(luò)通信總線，已被廣泛應用到各個自動化 控制系統(tǒng)中，如電力系統(tǒng)。以太網(wǎng)通信近幾年來開始應用于電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，因以 太網(wǎng)采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，可以直接和局域網(wǎng)的計算機互聯(lián)而不要額外的硬件設(shè)備，方 便數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的共享等諸多特點，在國內(nèi)外逐步得到了迅速的普及，開始大量的使用， 但其保密性相對較差，現(xiàn)場組網(wǎng)時也不太方便。針對電力系統(tǒng)的自動裝置和綜保裝置的通 信網(wǎng)絡(luò)所采用的通信方式多樣性的特點，而現(xiàn)有技術(shù)中的綜保裝置，其多數(shù)只設(shè)置有RS-485 接口或只設(shè)置有CAN總線接口，也有少數(shù)采用以太網(wǎng)接口，其通信接口種類單一，無法滿足不同用戶和不同應用場合采用不同通信網(wǎng)絡(luò)方式的要求。
實用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有綜保裝置的通信接口種類單一，無法滿足不同用戶、不同應用場合不同的 組網(wǎng)要求的缺陷，本實用新型提供一種集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其 設(shè)置有多種通信接口，擁有豐富、多樣、靈活的組網(wǎng)方式，最大限度的滿足了不同用戶、 不同應用場合的組網(wǎng)要求。 技術(shù)方案
集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其包括微處理器，所述微處理器的內(nèi)部 集成有UART串口，以及地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，其特征在于，還包括分別與所 述微處理器相連的RS-485接口、 CAN總線接口和以太網(wǎng)接口。
所述微處理器為32位微處理器。
所述微處理器采用支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。
所述操作系統(tǒng)為pC/OS。
所述RS-485接口為分別與所述微處理器相連的兩個或多個RS-485接口 ，所述CAN總 線接口為分別與所述微處理器相連的兩個或多個CAN總線接口，所述以太網(wǎng)接口為分別與 所述微處理器相連的兩個或多個以太網(wǎng)接口。
所述每個RS-485接口分別包括相連接的高速光電耦合器和RS-485驅(qū)動器，所述高速 光電耦合器與所述微處理器的UART串口相連，所述RS-485驅(qū)動器用于連接到上位機系統(tǒng) RS-485通信網(wǎng)絡(luò)中。
所述每個CAN總線接口分別包括依次連接的CAN控制器、高速光電耦合器和CAN驅(qū) 動器，所述CAN控制器與所述微處理器相連，所述CAN驅(qū)動器用于連接到上位機系統(tǒng)CAN 總線通信網(wǎng)絡(luò)中。
所述CAN控制器嵌入在所述微處理器中。
所述每個以太網(wǎng)接口分別包括相連接的以太網(wǎng)控制器和隔離變壓器，所述以太網(wǎng)控制器 與所述微處理器的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連，所述隔離變壓器用于連接到上位 機系統(tǒng)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中。技術(shù)效果
本實用新型的綜保裝置集成了RS-485接口、 CAN總線接口和以太網(wǎng)接口，當現(xiàn)場的上 位機系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485總線或CAN總線或以太網(wǎng)中的任意一種時，該綜保裝置均 可以通過與上位機通信網(wǎng)絡(luò)相匹配的接口連入到上位機通信網(wǎng)絡(luò)中，滿足了現(xiàn)場工作中不 同上位機系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求，避免了綜保裝置所帶接口與上位機系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不匹配， 導致無法使用，或者需要另外增設(shè)轉(zhuǎn)換模塊才能使用的情況發(fā)生而給現(xiàn)場組網(wǎng)帶來不必要 的麻煩。另外，當上位機系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485總線、CAN總線或以太網(wǎng)中的兩種甚 至三種不同的通信網(wǎng)絡(luò)時，該繼電保護裝置還可以通過不同的接口同時連入相應的上位機 通信網(wǎng)絡(luò)中，而且RS-485接口、 CAN總線接口和以太網(wǎng)接口分別與微處理器相連，各路 可以獨立工作，無需任何外加轉(zhuǎn)換設(shè)備，完全能夠滿足現(xiàn)場組網(wǎng)的需求。
本實用新型集成多種通信接口的綜保裝置的每種類型的接口可以為分別與微處理器相 連的兩個或多個接口，即兩個或多個RS-485接口、兩個或多個CAN總線接口以及兩個或 多個以太網(wǎng)接口。每種接口的每個接口均分別與微處理器相連接，在微處理器多任務(wù)支持 下，每個接口都能夠獨立運行，可運行獨立的協(xié)議。當上位機系統(tǒng)為RS-485總線、CAN總 線或以太網(wǎng)中的雙通信網(wǎng)絡(luò)或多通信網(wǎng)絡(luò)時，該綜保裝置與上位機系統(tǒng)相匹配的兩個或多 個接口可以同時接入相應的通信網(wǎng)絡(luò)中，應現(xiàn)場組網(wǎng)需求，兩路或多路通信網(wǎng)絡(luò)可以并行 工作或彼此間熱備份，顯示出強大的通信功能。以上位機系統(tǒng)為同種的雙通信網(wǎng)絡(luò)為例， 綜保裝置的相應的兩個接口同時接入雙通信網(wǎng)絡(luò)中，此時應客戶要求，可實現(xiàn)雙網(wǎng)并聯(lián)運 行，傳輸相同的規(guī)約，也可雙網(wǎng)獨立運行，傳輸不同的協(xié)議和內(nèi)容，例如其中一個網(wǎng)絡(luò) 傳輸繼電保護信息， 一個網(wǎng)絡(luò)傳輸測量信息，顯示出強大的通信功能和優(yōu)越的靈活性。
隨著科技的進步，微處理器的功能越加強大，在針對本實用新型選擇微處理器時，優(yōu) 先選擇32位的處理器，以提高繼電保護裝置的響應及通信速度；并且優(yōu)先選擇集成多路CAN 控制器的微處理器，不僅簡化電路圖的設(shè)計、方便軟件的操作、節(jié)約成本，還可以豐富CAN 總線接口的資源，使其具備強大的功能。
說明書附圖


圖1為本實用新型集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置的通信網(wǎng)絡(luò)接口圖； 圖2為本實用新型集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置的通信接口原理框圖。
具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本實 用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新 型，并不用于限定本實用新型。
如圖1所示，為本實用新型集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置的通信網(wǎng)絡(luò) 接口圖，圖中的微處理器為飛利浦公司的32位微處理器LPC2292，其內(nèi)部集成有16Byte 的收發(fā)FIFO (先入先出寄存器)的串口 UART1和UART2，還集成有強大驗收濾波功能的 CAN控制器1和CAN控制器2。如圖所示的綜保裝置設(shè)置有三種類型的接口，每種類型的 接口都包含有兩個分別與微處理器相連的接口，即兩個以太網(wǎng)接口、兩個CAN總線接口和 兩個RS-485接口，以上六個接口的一端分別與微處理器相連，其另一端根據(jù)現(xiàn)場上位機系 統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求連入。本實施例的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置設(shè)置有 三種、六個通信接口，可以根據(jù)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)，工作在多個相同或不同的上位機系統(tǒng)的 通信網(wǎng)絡(luò)中，最大限度的滿足現(xiàn)場組網(wǎng)的需求。
圖2為本實用新型集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置的通信接口原理框圖， 圖中包括兩個RS-485接口 1和2分別與微處理器相連，其中RS-485接口 1包括相連接的 高速光電耦合器組1 (所述的高速光電耦合器組包括若干高速光電耦合器，下同)和RS-485 驅(qū)動器1，高速光電耦合器組1與微處理器的UART串口 1相連，RS-485驅(qū)動器1與上位 機系統(tǒng)的RS-485-l通信網(wǎng)絡(luò)相連接，當然也可以通過現(xiàn)場通信管理機與上位機系統(tǒng)的 RS-485-l通信網(wǎng)絡(luò)相連接；同理，RS-485接口 2包括相連接的高速光電耦合器組2和RS-485 驅(qū)動器2，高速光電耦合器組2與微處理器的UART串口 2相連，RS-485驅(qū)動器2與上位 機系統(tǒng)的RS-485-2通信網(wǎng)絡(luò)相連接，當然也可以通過現(xiàn)場通信管理機與上位機系統(tǒng)的 RS-485-2通信網(wǎng)絡(luò)相連接。由此，可以看出同種類型的不同接口與微處理器分別連接，在 微處理器多任務(wù)的支持下，每個接口都可以獨立運行，并可運行獨立的協(xié)議，比如，與 RS-485-l通信網(wǎng)絡(luò)連接的RS-485接口 1上可以遵循Modbus協(xié)議，而與RS-485-2通信網(wǎng)絡(luò) 連接的RS-485接口 2上可以遵循正C-103協(xié)議，兩路獨立運行，并行工作；因此本實用新 型擁有強大的通信功能，實用性強，滿足現(xiàn)場組網(wǎng)的不同要求；另外，兩個RS-485通信接 口，還可以一主一備，提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
圖2中還包括兩個CAN總線接口 1和2分別與微處理器相連接，兩個接口的連接方式 完全相同其中CAN總線接口1，包括相連接的高速光電耦器組3和CAN驅(qū)動器1，高速 光電耦合器組3與嵌入在微處理器中的CAN控制器1相連，CAN驅(qū)動器1與上位機系統(tǒng)的CAN總線-1通信網(wǎng)絡(luò)相連接，當然也可以通過現(xiàn)場通信管理機與上位機系統(tǒng)的CAN總 線-1通信網(wǎng)絡(luò)相連接。CAN總線接口 2則包括相連接的高速光電耦合器組4和CAN驅(qū)動 器2，高速光電耦合器組4與嵌入在微處理器中的CAN控制器2相連，CAN驅(qū)動器2與上 位機系統(tǒng)的CAN總線-2通信網(wǎng)絡(luò)相連接，當然也可以通過現(xiàn)場通信管理機與上位機系統(tǒng)的 CAN總線-2通信網(wǎng)絡(luò)相連接。與兩路CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)相連的兩個CAN總線接口 ，每個 都可以支持Hilon A協(xié)議、Hilon B協(xié)議的Modbus協(xié)議或正C-103協(xié)議或其它協(xié)議，因此， 兩個接口可并行工作或互為備用。另外，本例由于選擇的微處理器本身就集成有CAN控制 器，其可豐富CAN總線接口的資源，可簡化電路圖的設(shè)計、方便軟件的操作以及節(jié)約成本； 若選用的微處理器沒有嵌入CAN控制器，其CAN總線接口還應包括CAN控制器，并且 CAN控制器分別與微處理器和高速光電耦合器組相連接。
本實用新型還包括兩個以太網(wǎng)接口 1和2分別與微處理器相連，見圖2，以以太網(wǎng)接口 l為例，其包括依次連接的以太網(wǎng)控制器l和隔離變壓器l，以太網(wǎng)控制器1與微處理器的 地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連，隔離變壓器1與上位機系統(tǒng)的以太網(wǎng)-1通信網(wǎng)絡(luò)相 連接，當然也可以通過現(xiàn)場通信管理機與上位機系統(tǒng)的以太網(wǎng)-1通信網(wǎng)絡(luò)相連接。與兩路 以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)相連的兩個以太網(wǎng)接口 ，每個接口都可以支持TCP/IP協(xié)議和/或UDP協(xié)議 的Modbus協(xié)議、IEC-104協(xié)議或其它協(xié)議，因此，兩個接口可并行工作或互為備用。
微處理器可以使用卩C/OS操作系統(tǒng)，其實時性好，可支持多任務(wù)并行，即把多個通信 接口的功能分成多個任務(wù)來運行；當然微處理器也可以使用其他可支持多任務(wù)并行的操作 系統(tǒng)。在高性能的微處理器的支持下，相當于多個接口并行。每個任務(wù)內(nèi)有自己的通信協(xié) 議，可以是正C-103協(xié)議、Modbus協(xié)議或正C-104等協(xié)議中的任一個。而且每個通信接口 都有自己的地址，可以認為動態(tài)設(shè)置。如果該綜保裝置接收到RS-485-l通信網(wǎng)絡(luò)或RS-485-2 通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，微處理器響應該RS-485接口 1或RS-485接口 2對應的中斷，把接收 的數(shù)據(jù)保存下來，同時釋放消息，通知相應的任務(wù)來處理數(shù)據(jù)，再通過發(fā)送中斷把上位機 請求的數(shù)據(jù)上傳。同時，如果該綜保裝置接收到CAN總線-1通信網(wǎng)絡(luò)或CAN總線-2通信網(wǎng) 絡(luò)中數(shù)據(jù)，微處理器響應該CAN總線接口 1或CAN總線接口 2對應的中斷，把接收的數(shù)據(jù) 保存下來，同時釋放消息，通知相應的任務(wù)來處理數(shù)據(jù)，再通過發(fā)送中斷把上位機請求的 數(shù)據(jù)上傳。另外，在以太網(wǎng)通信中，本實用新型的綜保裝置可以看作是網(wǎng)絡(luò)中的WEB服務(wù) 器，可以同時接受多個客戶機的訪問。如果接收到以太網(wǎng)-l通信網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)-2通信網(wǎng)絡(luò) 中數(shù)據(jù)，微處理器響應該以太網(wǎng)接口 1或以太網(wǎng)接口 2對應的中斷，把接收的數(shù)據(jù)保存下 來，同時釋放消息，通知UDP或TCP進程做相應處理，每路以太網(wǎng)可以支持多個端口 (每個應用程序占有一個端口)，同時與多個應用程序建立連接，與客戶機的應用程序交互數(shù)據(jù)。 綜上，本實用新型的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置集成了三種、六個 或多個接口，每個接口在微處理器多任務(wù)的支持下，獨立運行，并可運行獨立的協(xié)議，同 種類型多個接口間可以并行工作或互為備份，不同種類型接口間可以并行工作，適用于擁 有多個相同或不同的通信網(wǎng)絡(luò)的上位機系統(tǒng)，其豐富、靈活的組網(wǎng)方式和強大的通信功能， 在最大限度上滿足現(xiàn)場組網(wǎng)的各種需求。
權(quán)利要求1.集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其包括微處理器，所述微處理器的內(nèi)部集成有UART串口以及地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，其特征在于，還包括分別與所述微處理器相連的RS-485接口、CAN總線接口和以太網(wǎng)接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述微處理器為32位微處理器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述微處理器采用支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述操作系統(tǒng)為卩C/OS。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置， 其特征在于，所述RS-485接口為分別與所述微處理器相連的兩個或多個RS-485接口，所 述CAN總線接口為分別與所述微處理器相連的兩個或多個CAN總線接口，所述以太網(wǎng)接 口為分別與所述微處理器相連的兩個或多個以太網(wǎng)接口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述每個RS-485接口分別包括相連接的高速光電耦合器和RS-485驅(qū)動器，所述高速光電 耦合器與所述微處理器的UART串口相連，所述RS-485驅(qū)動器用于連接到上位機系統(tǒng) RS-485通信網(wǎng)絡(luò)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述每個CAN總線接口分別包括依次連接的CAN控制器、依次連接高速光電耦合器和 CAN驅(qū)動器，所述CAN控制器與所述微處理器相連，所述CAN驅(qū)動器用于連接到上位機 系統(tǒng)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述CAN控制器嵌入在所述微處理器中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其特征在于， 所述每個以太網(wǎng)接口分別包括相連接的以太網(wǎng)控制器和隔離變壓器，所述以太網(wǎng)控制器與 所述微處理器的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連，所述隔離變壓器用于連接到上位機 系統(tǒng)以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中。
專利摘要為了解決現(xiàn)有繼電保護和測量綜合裝置的通信接口種類單一，無法滿足不同用戶、不同應用場合不同的組網(wǎng)要求，本實用新型提供一種集成多種通信接口的繼電保護和測量綜合裝置，其包括微處理器，微處理器的內(nèi)部集成有UART串口，以及地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，還包括分別與微處理器相連的RS-485接口、CAN總線接口和以太網(wǎng)接口。本實用新型設(shè)置有多種通信接口，擁有豐富、多樣、靈活的組網(wǎng)方式，最大限度的滿足了不同用戶、不同應用場合的組網(wǎng)要求。
文檔編號H02H3/00GK201365108SQ20092010535
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者袁啟洪, 郝力宏, 郭慶良, 黃益莊 申請人:北京清電華力電氣自動化科技有限公司