一种故障录波装置通信插件的制作方法

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型属于故障录波通信技术领域，具体涉及一种故障录波装置通信插件。背景技术：2.目前故障录波装置对外通信功能由管理机插件完成，例如中国实用新型专利公告号为cn213986689u，名称为一种基于故障录波的智能综合监测装置中记载了以下内容：一种基于故障录波的智能综合监测装置，此监测装置包括采集处理单元、背板数据总线、输入单元和管理机单元，其中，采集处理单元，包括采集板和数据处理板，所述采集板和数据处理板均与背板数据总线相连；输入单元，包括电源板、开关量输入板和模拟量输入板，所述电源板、开关量输入板和模拟量输入板通过所述背板数据总线与采集处理单元相连；以及，管理机单元，与所述采集板通过以太网相连。3.管理机插件普遍采用基于intel处理器的工控主板，搭载windows或linux操作系统，存在功耗高、性能低，安全性和可靠性不足等缺点。具体如下：4.（1）数据处理效率低：管理机插件受制造标准的无风扇设计要求以及故障录波装置插件尺寸大小的限制，工控主板配置较低限制了性能上限，而为满足诸多功能，各类功能软件在后台运行的进程和服务长期占用了操作系统60%以上资源，造成数据处理速度慢、数据上送延时、操作系统卡顿等现象，而当电网不稳定或硬件异常造装置频繁启动录波时，还存在操作系统死机的风险。5.（2）操作系统安全性缺陷：管理机插件一般搭载windows或linux操作系统，存在较大的漏洞和病毒风险。windows系统目前已被电力系统明令禁止在生产环节中使用，导致大量存量故障录波装置直接退出运行。而linux系统对硬件配置要求高，并且随着网络安全制度的不断完善，linux系统的漏洞也不断被发现，后期安防加固的运维成本也很高。6.（3）通信可靠性不足：管理机插件与调度主站通信主要依靠软件程序，受系统资源不足、工控主板硬件易损、程序自动退出等因素影响，时常造成通信连接不稳定或数据传输不完整的情况发生，使录波数据不能可靠上送。7.随着电网规模的快速增长，电力调控一体化对变电站端装置的响应速度提出了更高的要求，管理机插件在数据处理性能、操作系统安全、通信可靠性方面的不足越来越明显，因此需要从结构上进行调整。技术实现要素：8.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种故障录波装置通信插件，具体技术方案如下：9.一种故障录波装置通信插件，包括外壳，所述外壳上设置有接线端子、网口；所述外壳内固定设置有电源模块、电源电路、irig-b解码器、arm处理器、硬盘、以太网控制器；10.所述接线端子分别与电源模块、irig-b解码器连接；所述电源模块与电源电路连接；所述电源电路分别与irig-b解码器、arm处理器连接；所述irig-b解码器、arm处理器、硬盘依次连接；所述arm处理器、以太网控制器、网口依次连接；11.所述线端子用于与外部电源连接，以及与变电站授时装置连接并接收irig-b授时信号；12.所述电源模块用于对外部电源进行降压并将降压后的电源输入至电源电路；13.所述电源电路用于对电源模块降压后的电源进行dc-dc变换为irig-b解码器和arm处理器提供稳定电压；14.所述irig-b解码器用于将变电站授时装置发出的irig-b授时信号进行解码并将解码后的irig-b授时信号输入arm处理器；15.所述arm处理器用于对录波文件进行转换并将转换后的录波文件传输至以太网控制器；16.所述以太网控制器用于将转换后的录波文件通过网口传输至调度主站；17.所述硬盘用于对录波文件进行存储。18.优选地，所述接线端子为5p接线端子，其中1~3p与外部电源连接，4~5p与变电站授时装置连接。19.优选地，所述网口包括4个rj45网口；所述以太网控制器设置有4个，4个所述以太网控制器分别与4个所述rj45网口一一对应连接；4个所述以太网控制器分别与arm处理器连接；其中一个rj45网口用于接收来自录波插件产生的原始录波数据，另一个rj45网口与调度数据网交换机连接，用于将arm处理器转换后的录波文件传输至调度主站。20.优选地，所述电源模块采用dof40-5降压式ad/dc-dc开关电源，额定功率40w，输入电压范围ac/dc 180v~250v，输出电压dc 5v。21.优选地，所述电源电路采用ams1117_3.3 dc-dc正向低压降稳压器，用于提供dc 5v和dc 3.3v供电电压。22.优选地，所述irig-b解码器采用adm2483隔离型的rs485收发器。23.优选地，所述arm处理器采用基于arm11架构的s3c6410x 16/32位微型处理器。24.优选地，还包括ide-sata接口，所述ide-sata接口的一端与arm处理器和电源电路连接，另一端连接硬盘。25.优选地，所述硬盘采用skc600ms/256g ssd固态硬盘。26.优选地，所述以太网控制器采用dm9000ae以太网控制器。27.本实用新型的有益效果为：本实用新型采用了全嵌入式系统设计，具有低功耗、低成本、高性能等优势，解决了以往故障录波装置管理机插件在数据处理性能、操作系统安全、通信可靠性方面的不足，提高了录波器数据上送的安全性、实时性和可靠性，降低了录波器硬件设施的故障率和运维成本。和管理机插件采用的通用计算机系统相比，具有更好的安全性、实时性和可靠性，在同等的硬件配置条件下具有更好的性能表现。28.在插件结构方面，通信插件不仅精简了在无人值守变电站运行中不必要的接口和后置设备，还将插件的外壳横向宽度从6.3厘米缩减至4,2厘米，节省了机箱的插件空间，多出了一块插件的扩展位置。附图说明29.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。30.图1为现有技术的管理机插件结构应用图；31.图2为现有技术的管理机插件结构面板图；32.图3为本实用新型的通信插件原理图；33.图4为本实用新型的通信插件面板图；34.图5为本实用新型的通信插件应用图；35.图6为本实用新型的通信插件运作流程图；36.其中，1-外壳、2-接线端子、3-网口。具体实施方式37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。38.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和ꢀ“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。39.还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。40.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。41.原有故障录波装置管理机插件结构和管理机插件面板如附图1-2所示，配置以下接口：42.db：3p接线端子，与外部电源连接，用于管理机插件供电。43.lan：rj45 10m/100m网口4个，1个网口与录波插件连接，用于接收来自于前置插件（采集插件和录波插件）产生的原始录波数据，1个网口与调度数据网交换机连接，用于发送管理机插件由原始录波数据转换后的录波文件至调度主站，其余网口备用。44.vga：视频接口1个，与显示器连接，用于管理机插件操作系统画面展示。45.usb：usb接口4个，2个usb接口分别与鼠标、键盘连接，用于管理机插件操作系统人机交互；2个usb接口可插入u盘等移动存储介质，用于管理机插件操作系统数据导入或导出。46.com：9 pin d type型串口1个，与打印机连接，用于管理机插件操作系统文件打印。47.随着变电站的无人值守化，管理机插件的参数配置、数据图形化展示、人机交互、打印等功能使用率极低，并且已有临时通过外设实现这些功能的解决方案。所以本技术在通信插件的设计中，将这些功能进行了精简，集中有限的硬件性能用于原始录波数据转换、录波文件存储和对外通信，以换取更高的效率。48.本实用新型的具体实施方式提供了一种故障录波装置通信插件，如图3-4所示，包括外壳1，所述外壳1上设置有接线端子2、网口3；所述外壳1内固定设置有电源模块、电源电路、irig-b解码器、arm处理器、硬盘、以太网控制器；49.所述接线端子2分别与电源模块、irig-b解码器连接；所述电源模块与电源电路连接；所述电源电路分别与irig-b解码器、arm处理器连接；所述irig-b解码器、arm处理器、硬盘依次连接；所述arm处理器、以太网控制器、网口3依次连接；50.所述线端子2用于与外部电源连接，以及与变电站授时装置连接并接收irig-b授时信号；51.所述电源模块用于对外部电源进行降压并将降压后的电源输入至电源电路；52.所述电源电路用于对电源模块降压后的电源进行dc-dc变换为irig-b解码器和arm处理器提供稳定电压；53.所述irig-b解码器用于将变电站授时装置发出的irig-b授时信号进行解码并将解码后的irig-b授时信号输入arm处理器；54.所述arm处理器用于对录波文件进行转换并将转换后的录波文件传输至以太网控制器；55.所述以太网控制器用于将转换后的录波文件通过网口3传输至调度主站；56.所述硬盘用于对录波文件进行存储。57.其中，接线端子2为5p接线端子，其中1~3p与外部电源连接，4~5p与变电站授时装置连接。58.所述网口3包括4个rj45网口，即lan1~lan4网口；所述以太网控制器设置有4个，4个所述以太网控制器分别与4个所述rj45网口一一对应连接；4个所述以太网控制器分别与arm处理器连接；其中一个rj45网口用于接收来自录波插件产生的原始录波数据，另一个rj45网口与调度数据网交换机连接，用于将arm处理器转换后的录波文件传输至调度主站。59.所述电源模块采用dof40-5降压式ad/dc-dc开关电源，额定功率40w，输入电压范围ac/dc 180v~250v，支持变电站ac 220v或dc 220v电源接入需求，输出电压dc 5v。60.所述电源电路采用ams1117_3.3 dc-dc正向低压降稳压器，用于提供dc 5v和dc 3.3v供电电压。61.所述irig-b解码器采用adm2483隔离型的rs485收发器，用于接收变电站时间同步装置发出的rs485协议的irig_b码授时信号，为通信插件电路提供时钟信号。该信号与录波插件接收的信号同源，能够保证comtade录波文件的生成时刻与录波插件的故障启动时刻之间的误差＜1毫秒。而原有管理机插件由于不具备irig_b码对时功能，内部晶振时间误差会逐渐增大，影响后续主站进行故障分析。62.所述arm处理器采用基于arm11架构的s3c6410x 16/32位微型处理器，具有嵌入式、低功耗、高性能等特点。搭载vxworks嵌入式操作系统，满足变电站故障录波装置网络信息安全防护要求。内置基于vxworks嵌入式平台开发的数据处理和通信服务程序，提供comtadecommon format for transient data exchange for power systems电力系统瞬态数据交换的通用格式录波文件转换、支持iec 103和iec61850规约的主站通信和数据传输等功能。63.所述硬盘采用skc600ms/256g ssd固态硬盘。64.本实用新型还包括ide-sata接口，所述ide-sata接口的一端与arm处理器s3c6410x外设的ide接口和电源电路dc 5v电源接口连接，另一端连接硬盘。65.所述硬盘采用skc600ms/256g ssd固态硬盘，用于数据存储，支持最大读写速度600mb/s，存储方式为循环覆盖，支持保留30天内的录波文件。66.所述以太网控制器采用dm9000ae以太网控制器，搭配hr911105a型rj45网络接口，用于网络数据传输。67.根据图2和图4的对比，可见，在插件结构方面，本实用新型的通信插件不仅精简了在无人值守变电站运行中不必要的接口和后置设备，还将插件横向宽度从6.3厘米缩减至4.2厘米，节省了机箱的插件空间，多出了一块插件的扩展位置。68.如图5所示，本实用新型的工作原理为：本实用新型的电源模块通过接线端子的1~3p与外部电源连接，并将外部电源转换为dc5v电源电压输出至电源电路，电源电路将电源模块的dc5v输出转换为dc3.3v，同时和dc5v一起给装置提供电源。接线端子的4~5p与变电站授时装置连接，并且接收变电站授时装置发出的irig-b码授时信号，同时将irig-b码授时信号传输至irig-b解码器进行解码，irig-b解码器将解码后的授时信号传输给arm处理器，其中一个rj45网口从录波插件采集原始录波数据，arm处理器结合授时信号对原始录波数据进行录波文件转换，并将转换后的录波文件通过与调度数据网交换机连接的另一rj45网口传输至调度主站。69.本实用新型的通信插件的运作流程如附图6所示。70.s1：信插件ip、定值初始化，在录波器正式投运前，对本实用新型的通信插件的ip和定值进行配置。ip初始化是对lan1~lan4网口的网络地址进行配置，每个网口可独立配置ip；定值初始化是对硬盘中存储的定值文件进行编辑，编辑完成后，通信插件将自动同步到录波插件中。71.s2：电网发生扰动，录波插件启动录波生成录波数据。此时的录波数据是录波插件自定义的原始录波数据，包含模拟量、开关量、时间信息和通道编号。72.s3：本实用新型的通信插件完成录波数据格式转换。将原始录波数据根据通道编号和定值文件的对应关系，转换成为带通道信息和时标系的comtade录波文件。comtade是子站、主站等系统分析程序通用的格式。73.s4：通信插件完成录波文件存储。将原始录波数据和转换后的录波文件存储到硬盘中，硬盘采用循环覆盖的方式存储，循环覆盖周期满足保存30天以上的历史数据。74.s5：本实用新型的通信插件生成新的录波文件列表，录波文件列表包含最近200条记录。75.s6：调度主站与本实用新型的通信插件建立通信连接，通信规约支持iec103或iec61850。76.s7：调度主站召唤录波文件列表/录波文件/定值，被动接收子站或主站的召唤指令。77.s8：本实用新型的通信插件上送录波文件列表/录波文件/定值，响应调度主站的召唤指令，上送指定的数据。78.本实用新型采用嵌入式系统，和管理机插件采用的通用计算机系统相比，具有更好的安全性、实时性和可靠性，在同等的硬件配置条件下具有更好的性能表现。79.本实用新型在通信插件的设计中，将参数配置、数据图形化展示、人机交互、打印等这些功能进行了精简，集中有限的硬件性能用于原始录波数据转换、录波文件存储和对外通信，提高了运行效率。80.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。81.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。82.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。









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