一種基于CPCI總線的智能故障信息系統(tǒng)子站

4)CPCI系統(tǒng)充分考慮了向后兼容性。CPCI系統(tǒng)的CPU及外設(shè)同標(biāo)準(zhǔn)PCI是相同的，并且使用了與PCI系統(tǒng)相同的芯片和軟件。PCI和CPCI本質(zhì)上是一致的，操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序都感覺(jué)不到兩者的區(qū)別，這減輕了各種PCI板卡的開(kāi)發(fā)和移植工作量。

正因?yàn)榫邆湟陨咸攸c(diǎn)，CPCI技術(shù)廣泛應(yīng)用在軍事、航空航天、高速數(shù)據(jù)通信等需要高速運(yùn)算以及具有高可靠度要求的應(yīng)用領(lǐng)域。

3 子站CPC I裝置的結(jié)構(gòu)

通過(guò)以上介紹，CPCI系統(tǒng)在電磁兼容、總線速率、可靠性和可擴(kuò)展性等方面都適合于智能電網(wǎng)對(duì)子站硬件的需求。圖3給出了采用CPCI總線技術(shù)的子站裝置結(jié)構(gòu)圖。

3．1系統(tǒng)板

裝置的系統(tǒng)板可根據(jù)變電站規(guī)模、對(duì)功耗的要求等靈活選擇X86架構(gòu)的或PPC架構(gòu)的CPU。配合適當(dāng)?shù)膬?nèi)存和接口，可以滿(mǎn)足子站對(duì)數(shù)據(jù)處理的

圖3 采用CPCI總線的子站硬件結(jié)構(gòu)圖

本文裝置的系統(tǒng)板采用Pentium M 1G CISCCPU，帶32K一級(jí)緩存，512K二級(jí)緩存，前端數(shù)據(jù)總線速度266／333 MHz。采用無(wú)風(fēng)扇表貼散熱片散熱結(jié)構(gòu)，消除風(fēng)扇故障的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)板使用板載表貼內(nèi)存512 M，比以往的卡式內(nèi)存降低了接口風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)可靠性。另外系統(tǒng)板上提供普通IPC標(biāo)準(zhǔn)配置中的所有接口，如VGA、LAN、USB、RS232等，通用性好，能夠像普通IPC一樣使用，操作人員上手快，維護(hù)簡(jiǎn)便。系統(tǒng)板占用系統(tǒng)槽的J1、J2接口，可以從后IO擴(kuò)展所需的接口，本裝置使用J2擴(kuò)展人機(jī)接口。系統(tǒng)板安裝了電子盤(pán)作為系統(tǒng)啟動(dòng)盤(pán)兼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，也可選裝固態(tài)硬盤(pán)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后備。此外，系統(tǒng)板具有2個(gè)100 M或1 000M的以太網(wǎng)口用于接入主站或接入站內(nèi)的裝置。

3．2網(wǎng)口板

根據(jù)圖1，子站運(yùn)行時(shí)與多個(gè)分站或主站通信，把故障信息上送給調(diào)度人員并接受主站下發(fā)的查詢(xún)命令。同時(shí)子站還要與變電站內(nèi)的保護(hù)、錄波器相連，采集需要的信息。一般情況下，分站、主站以及變電站內(nèi)的裝置分處不同的網(wǎng)段，因此需要子站硬件具備多網(wǎng)口通信能力。

本文裝置設(shè)計(jì)的電網(wǎng)口板一個(gè)可擴(kuò)展4個(gè)網(wǎng)口，采用4片Intel82551作為網(wǎng)絡(luò)通信芯片，分別連接4個(gè)10／100 Mb自適應(yīng)網(wǎng)口，自動(dòng)識(shí)別交叉或直連線，該芯片支持多優(yōu)先級(jí)傳輸隊(duì)列和VLAN，可以滿(mǎn)足IEC61850對(duì)虛擬網(wǎng)的要求。芯片采用BGA封裝有利于散熱。網(wǎng)口板上的4片82551通過(guò)PCI—PCI橋芯片連接到背板總線。

為了適應(yīng)數(shù)字化變電站對(duì)光網(wǎng)口的需求，本文裝置還配備光網(wǎng)口板，每個(gè)光網(wǎng)口板包含3個(gè)光網(wǎng)口，采用Intel82551與DM9301配合實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)接入任務(wù)。

3．3 Gps對(duì)時(shí)板

數(shù)字化變電站中的帶時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)以數(shù)字方式傳輸，站內(nèi)裝置對(duì)時(shí)是非常重要的。子站屬于變電站通信邏輯的間隔層，應(yīng)該執(zhí)行與保護(hù)和控制事件用時(shí)間同步要求。T1時(shí)間性能類(lèi)的精度要達(dá)到1 ms，而T2時(shí)間功能類(lèi)的對(duì)時(shí)精度要達(dá)到0．1 ms。

Gps對(duì)時(shí)板能接收來(lái)自TTL／RS485／AC電氣形式的IRIG．B碼時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)智能解碼，校對(duì)系統(tǒng)時(shí)間。對(duì)時(shí)卡采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)進(jìn)行解碼，F(xiàn)PGA具有邏輯單元靈活、集成度高、能隨意添加和擴(kuò)展功能模塊、編程簡(jiǎn)單、升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于IRIG．B解碼僅用簡(jiǎn)單邏輯電路就可以完成，F(xiàn)PGA采用并行流程解碼，速度能達(dá)到100MHz。板卡還增加了時(shí)間自動(dòng)修正功能，其對(duì)時(shí)精度達(dá)T3級(jí)以上，能完全滿(mǎn)足數(shù)字化變電站對(duì)子站對(duì)時(shí)T2級(jí)精度的要求。

3．4串口板

在對(duì)傳統(tǒng)變電站的數(shù)字化改造過(guò)程中，站內(nèi)存在大量傳統(tǒng)的裝置，這些裝置很多并不具備以太網(wǎng)通信能力，而是通過(guò)串口輸出信息的。為了接入這些裝置，予站需要具備串口通信能力，串口板就是負(fù)責(zé)完成這一任務(wù)的。

對(duì)比工控機(jī)擴(kuò)展串口時(shí)使用IO訪問(wèn)方式的UART，由于其工作方式是查詢(xún)發(fā)送接收，進(jìn)入發(fā)送接收進(jìn)程時(shí)CPU會(huì)處于等待狀態(tài)，因而CPU占用高，影響系統(tǒng)整體性能。本文裝置使用PCI總線芯片擴(kuò)展串口，含有比以往串口芯片多3倍的FIFO。通過(guò)中斷方式發(fā)送接收，發(fā)送數(shù)據(jù)后釋放CPU，降低了CPU占用率，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，同時(shí)以9 600波特率向一個(gè)板卡上8個(gè)串口發(fā)送1 Mbytes大小的文件，裝置接收并顯示接收內(nèi)容，CPU占用資源小于1％。

每個(gè)串口板采用標(biāo)準(zhǔn)CPCI接口與母板連接，能夠很方便靈活地在任意槽位任意擴(kuò)展串口板。通過(guò)在軟件上修改底層串口驅(qū)動(dòng)并輔以跳針，串口板上的任意一個(gè)串口都能夠獨(dú)立地切換成RS232／RS485通信方式，提高了串口板的適應(yīng)能力。

3．5人機(jī)接口

本子站裝置設(shè)計(jì)了人機(jī)接口板，負(fù)責(zé)前面板裝置指示燈的顯示。同時(shí)為了滿(mǎn)足不同地區(qū)用戶(hù)需求的差異，人機(jī)接口板還可接入液晶顯示器和按鍵，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的直接查詢(xún)，如查詢(xún)修改其他裝置IP地址、查詢(xún)其他裝置當(dāng)前事件、查詢(xún)與其他裝置通信狀態(tài)等。

人機(jī)接口使用ARM7芯片作為CPU，內(nèi)嵌小型實(shí)時(shí)系統(tǒng)UCOS．II，人機(jī)接口板與系統(tǒng)板通過(guò)串口通信獲取需要的信息。人機(jī)交互面板隔離芯片和靜電釋放電路，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。