一种用于分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法
【专利摘要】一种用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法，由CPU模块、通讯调度解析模块、PPC通讯模块、DSP计算模块以及现场可编程门阵列FPGA模块组成，所述通讯调度解析模块及PPC通讯模块分别与CPU模块互联，DSP计算模块直接与PPC通讯模块及FPGA模块实现双向互联。本发明负责变电站分布式智能测试系统子机和主机之间的通讯程序配合，负责主机的指令下载和代码计算，并通过光纤网络和被测设备进行实时交换数据以进行各种测试，通讯构架提供多装置和多系统IP地址抢先调度模式，满足现场对数据交互实时、可靠应用的严格要求。
【专利说明】—种用于分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种用于变压器分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法，属电力系统智能电网通讯【技术领域】。
[0002]【背景技术】
智能变电站系统是由智能电子设备组成起来协同工作，共同完成智能变电站系统的各项功能。智能电子设备相互之间存在着相互依赖的关系，这种依赖关系是通过各装置的配置信息或配置软件完成，具有适时调整的灵活性和配置协调出错的可能性，因此需要对智能变电站系统的运行功能、性能做全面的整体测试。变电站分布式智能测试系统采用分布式格局，配备强大的子机平台和系统组合测试，通过对多台关联的变电站智能设备(IED)动态拼接，采用联网方式同时对多系统开展检测，可实现系统级故障回放，可靠减少设备的检修次数和时间，组网方式灵活有效。
[0003]但随着智能变电站新技术的发展要求，现场试验新增了如下系统级特点:实时模拟全站系统行为，以及在各种网络运行的工况下，确保保护装置的正确性；可以考察变电站监控系统的后台操作，如顺控逻辑、操作的正确性，以及雪崩试验、备自投测试等；整体测试需有利于发现智能设备间的配合问题，完成定值整定，可以确保测试整改合格的智能变电站符合各种标准、规范和运行规程要求。而所有新增特点都对原分布式处理平台的数据分配和交换问题提出了更高更快速的要求，既能充分利用各个子机的计算处理能力，又能满足通讯程控在主机(Windows系统)和子机(Linux系统)间的高速数据传递，而不论是对基本闭环测试还是现场即插即用型测试都存在较大困难，因为目前还没有配合智能测试单元实施这些新增功能的完善通讯构架和软件流程优化手段。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是，针对目前变电站分布式智能测试系统中存在的问题，提供一种用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法。它能够负责变电站分布式智能测试系统子机和主机之间的通讯程序配合，负责主机的指令下载和代码计算，并通过光纤网络和被测设备进行实时交换数据以进行各种测试，通讯构架及网络控制方法提供多装置和多系统IP地址抢先调度模式，满足现场对数据交互实时、可靠应用的严格要求。
[0005]实现本发明的技术方案是，建立一种用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架，该通讯构架包含CPU模块、通讯调度解析模块、PPC通讯模块、DSP计算模块以及现场可编程门阵列FPGA模块，所述通讯调度解析模块及PPC通讯模块分别与CPU模块互联，DSP计算模块直接与PPC通讯模块及FPGA模块实现双向互联。
[0006]本发明通讯构架的通讯调度解析模块，可根据实际系统灵活调用底层实时网络通信程序，同时支持带统一时标的数据交换方法。
[0007]本发明通讯构架的PPC通讯模块负责子机和主机间的数据通讯，采用MPC8308Power QUICC II Pro处理器，最高主频可达400MHZ，支持5-port千兆以太网交换机。
[0008]本发明通讯构架的DSP计算模块负责计算、接受PPC指令和代码，每秒可执行2400百万条定点指令、1800百万条浮点指令，支持8/16/32/64位数据格式。[0009]本发明通讯构架的现场可编程门阵列FPGA模块负责光纤通讯，支持SMV/G00SE/FT3数据输出和GOOSE信号输入，支持400MHZ SDRAM增强型储存控制器，提供可选纠错码ECC。
[0010]本发明一种用于分布式智能测试系统的通讯构架的工作原理是:
开启工作电源后，CPU模块通过输入PPC模块的IP地址与子机建立通讯链路，DSP模块初始化FPGA寄存器和内存；链路正确和初始化正常后，由主机通讯调度解析模块分配各主、子机数据交换底层优先级，PPC模块将代码和参数下载至DSP模块，由CPU模块控制发送正常或是故障状态测试指令给DSP模块；DSP模块实时接收FPGA模块返回的GOOSE信号，并将测试状况下的SV波形、GOOSE数据实时返送给PPC模块并转发上送至主机CPU ;测试结束后，PPC模块读取DSP测试结果并上报主机，CPU模块给出测试报告，结束对外通信功能。
[0011]本发明一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法包含主机内部底层实时网络通信程序编制方法、主机CPU和子机PPC之间的通讯程控方法、子机内部PPC和DSP之间的通讯程控方法、DSP和FPGA之间的通讯程控方法四部分。
[0012]本发明网络控制方法中，主机内部底层实时网络通信程序编制方法，是通过编写内核模式下的TDI (传送驱动程序接口)，跳过Socket函数直接调用TDI底层函数和具体的网卡驱动程序(NIC)连接。
[0013]本发明网络控制方法中，主机CPU和子机PPC之间的通讯程控方法，包括下列步骤:
(1)开启工作电源后，主机CPU模块通过输入子机PPC模块的IP地址，建立以主机为服务器端、PPC模块为客户端的通讯链路，并等待链路的正确连接，如果链路正常，由CPU模块给PPC模块发送连接指令(Ox12341111 )，PPC将返回确认指令(0x56781111);如果链路不正常，CPU要求重新输入IP地址；
(2)主机CPU模块接收到返回确认指令后，发送下载DSP代码程序和参数(0X1234cdcd+代码)给PPC模块，由PPC模块将代码和参数下载到DSP模块中，下载成功后返回确认指令(0x5678cdcd)给CPU模块，否则返回错误指令(0x56780f0f)；
(3)CPU模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令(0x12349999)给PPC模块，由PPC模块命令DSP模块输出SMV数据，并返回确认指令(0x56789999)给CPU模块；否则重新发送下载DSP代码指令；
(4)CPU模块接收到运行返回确认指令后，手动操作或按照预先设定的故障状态发送指令(0xl234ffff )给PPC模块，由PPC模块命令DSP进入故障状态；测试过程中，PPC模块将DSP发送的SV波形、GOOSE数据(0x5678abcd+数据)转发上送至主机CPU供实时显示；
(5)测试结束后，PPC模块发送测试结果(0x56780000+测试结果)给CPU模块，并结束测试；CPU模块给出测试报告，结束对外通信功能。
[0014]本发明网络控制方法中，子机内部PPC和DSP之间的通讯程控，包括下列步骤:
(1)开启工作电源后，当PPC模块接收到下载DSP代码程序和参数指令，DSP开始校验参数，参数正确则返回指令(0x5678cdcd)给PPC模块，错误则返回指令(0x56780f0f)；
(2)PPC模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令(0x12349999)或是故障设定指令(0xl234ffff )给DSP运行，DSP模块在运行故障状态时将实时运行的SV波形、GOOSE数据(0x5678abcd+数据)返送给PPC模块，若运行正常波形则返送确认指令(0x56789999)给PPC模块；
(3)DSP测试结束后，发送运行结束指令(0x56780000)给PPC模块，PPC模块读取测试结果并上报主机。
[0015]本发明网络控制方法中，子机内部DSP和FPGA之间的通讯程控，包括下列步骤:
(1)DSP模块上电后，依次写入FPGA寄存器和内存初始化指令(0x12345678)，并重新读出以验证FPGA是否正常；否则，结束通讯；
(2)DSP模块发送预先设置指令前，先读入FPGA状态寄存器以判断有无GOOSE信号，有则先读入GOOSE信号，再输出SMV、GOOSE给FPGA ;无GOOSE信号则直接输出；
(3)测试状态下由DSP写入FPGA状态寄存器选定光口输出数据，同时DSP模块实时刷新FPGA状态寄存器以及时接收GOOSE返回信号。
[0016]本发明的有益效果是，本发明构架和控制方法由于整个逻辑采用全智能软件预制，无需人工干预，能够保证实时、高效率的主机指令下载和代码计算，并通过光纤网络和被测设备进行实时交换数据以进行各种测试，通讯构架及网络控制方法提供多装置和多系统IP地址抢先调度模式，进一步满足了智能变电站整体多间隔智能设备新增测试功能。
[0017]用于变电站分布式智能测试系统的通讯和控制。
[0018]【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明所述用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架的整体结构框图；
图2为本发明所述用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架的底层实时网络通信程序框架图；
图3为本发明所述用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架的CPU和PPC之间通讯程控流程图；
图4为本发明所述用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架的PPC和DSP之间通讯程控流程图；
图5为本发明所述用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架的DSP和FPGA之间通讯程控流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明所述的一种用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法进行详细的说明。
[0020]本发明的整体结构框图如图1所示，通讯构架包含CPU模块、通讯调度解析模块、PPC通讯模块、DSP计算模块以及现场可编程门阵列FPGA模块，所述通讯调度解析模块及PPC通讯模块分别与CPU模块互联，DSP计算模块直接与PPC通讯模块及FPGA模块实现双
向互联。
[0021 ] CPU模块选用基于AMD80188ER研制的CPU模块，其内部集成有512K字节的SRAM512K A盘、256字节的片内存储器，并具有实时时钟功能、模块具有两个三线制RS232总线通讯接口(其中一个串口用于调试串口，即模拟终端)、一个九线制RS232总线通讯接口、双16位数据指针的可多次编程的快速微处理器，是用于变电站分布式智能测试系统的通讯构架及网络控制方法的控制中心。
[0022]通讯调度解析模块，可根据实际系统灵活调用底层实时网络通信程序，同时支持带统一时标的数据交换方法。
[0023]PPC模块负责子机和主机间的数据通讯，采用MPC8308 Power QUICC II Pro处理器，最高主频可达400MHZ，支持5-port千兆以太网交换机。
[0024]DSP模块基于TMS320C6747双核低功率应用处理器，主频可达300MHZ，每秒可执行2400百万条定点指令、1800百万条浮点指令，可承受输入1.2V核电压、3.3V10电压。
[0025]可编程门阵列FPGA模块采用了 Altera公司Cyclone V FPGA作为底层通讯输出入，提供集成收发器型号以及具有基于ARM的硬核处理器系统(HPS)的SoC FOGA型号，支持400MHZ SDRAM增强型储存控制器，提供可选纠错码ECC。
[0026]如图2所示，主机中应用程序负责人机界面和参数计算，运行在用户层，实时计算和数据通讯运行于Windows系统下的内核层，优先级最高，数据通讯程序通过TDI与NIC实时交换网络上(各个子机)的数据，并及时反馈到实时计算中。
[0027]对照图3，本发明所述主机CPU和子机PPC之间的通讯程控，包括下列步骤:
(I)开启工作电源后，主机CPU模块通过输入子机PPC模块的IP地址，建立以主机为服务器端、PPC模块为客户端的通讯链路，并等待链路的正确连接，如果链路正常，由CPU模块给PPC模块发送连接指令(Ox12341111 )，PPC将返回确认指令(0x56781111);如果链路不正常，CPU要求重新输入IP地址。
[0028](2)主机CPU模块接收到返回确认指令后，发送下载DSP代码程序和参数(0xl234cdcd+代码)给PPC模块，由PPC模块将代码和参数下载到DSP模块中，下载成功后返回确认指令(0x5678cdcd)给CPU模块，否则返回错误指令(0x56780f0f)。
[0029](3) CPU模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令(Ox12349999)给PPC模块，由PPC模块命令DSP模块输出SMV数据，并返回确认指令(0x56789999)给CPU模块；否则重新发送下载DSP代码指令。
[0030](4)CPU模块接收到运行返回确认指令后，手动操作或按照预先设定的故障状态发送指令(0xl234ffff )给PPC模块，由PPC模块命令DSP进入故障状态；测试过程中，PPC模块将DSP发送的SV波形、G00SE数据(0x5678abcd+数据)转发上送至主机CPU供实时显示。
[0031](5)测试结束后，PPC模块发送测试结果(0x56780000+测试结果)给CPU模块，并结束测试；CPU模块给出测试报告，结束对外通信功能。
[0032]对照图4，本发明所述子机内部PPC和DSP之间的通讯程控，包括下列步骤:
(I)开启工作电源后，当PPC模块接收到下载DSP代码程序和参数指令，DSP开始校验参数，参数正确则返回指令(0x5678cdcd)给PPC模块，错误则返回指令(0x56780f0f)。
[0033](2) PPC模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令(0x12349999)或是故障设定指令(0xl234fTfT)给DSP运行，DSP模块在运行故障状态时将实时运行的SV波形、G00SE数据(0x5678abcd+数据)返送给PPC模块，若运行正常波形则返送确认指令(0x56789999)给 PPC 模块。
[0034](3) DSP测试结束后，发送运行结束指令(0x56780000)给PPC模块，PPC模块读取测试结果并上报主机。
[0035]对照图5，本发明所述子机内部DSP和FPGA之间的通讯程控，包括下列步骤:
(I)DSP模块上电后，依次写入FPGA寄存器和内存初始化指令(0x12345678)，并重新读
出以验证FPGA是否正常；否则，结束通讯。[0036](2) DSP模块发送预先设置指令前，先读入FPGA状态寄存器以判断有无GOOSE信号，有则先读入GOOSE信号，再输出SMV、GOOSE给FPGA ;无GOOSE信号则直接输出。
[0037](3)测试状态下由DSP写入FPGA状态寄存器选定光口输出数据，同时DSP模块实时刷新FPGA状态寄存器以及时接收GOOSE返回信号。
【权利要求】
1.一种用于分布式智能测试系统的通讯构架，其特征在于，所述通讯构架包含CPU模块、通讯调度解析模块、PPC通讯模块、DSP计算模块以及现场可编程门阵列FPGA模块；所述通讯调度解析模块及PPC通讯模块分别与CPU模块互联；DSP计算模块直接与PPC通讯模块及FPGA模块实现双向互联。
2.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试系统的通讯构架，其特征在于，所述通讯调度解析模块，可根据实际系统灵活调用底层实时网络通信程序，同时支持带统一时标的数据交换方法。
3.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试系统的通讯构架，其特征在于，所述PPC通讯模块负责子机和主机间的数据通讯，采用MPC8308 Power QUICC II Pro处理器，最高主频可达400MHZ，支持5-port千兆以太网交换机。
4.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试系统的通讯构架，其特征在于，所述DSP计算模块负责计算、接受PPC指令和代码，每秒可执行2400百万条定点指令、1800百万条浮点指令，支持8/16/32/64位数据格式。
5.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试系统的通讯构架，其特征在于，所述现场可编程门阵列FPGA 模块负责光纤通讯，支持SMV/G00SE/FT3数据输出和GOOSE信号输入，支持400MHZ SDRAM增强型储存控制器，提供可选纠错码ECC。
6.一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法，其特征在于，所述方法包含主机内部底层实时网络通信程序编制方法、主机CPU和子机PPC之间的通讯程控方法、子机内部PPC和DSP之间的通讯程控方法、DSP和FPGA之间的通讯程控方法。
7.根据权利要求6所述的一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法，其特征在于，所述主机内部底层实时网络通信程序编制方法，是通过编写内核模式下的TDI (传送驱动程序接口)，跳过Socket函数直接调用TDI底层函数和具体的网卡驱动程序(NIC)连接。
8.根据权利要求6所述的一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法，其特征在于，所述主机CPU和子机PPC之间的通讯程控方法，包括下列步骤: (1)开启工作电源后，主机CPU模块通过输入子机PPC模块的IP地址，建立以主机为服务器端、PPC模块为客户端的通讯链路，并等待链路的正确连接，如果链路正常，由CPU模块给PPC模块发送连接指令，PPC将返回确认指令；如果链路不正常，CPU要求重新输入IP地址； (2)主机CPU模块接收到返回确认指令后，发送下载DSP代码程序和参数给PPC模块，由PPC模块将代码和参数下载到DSP模块中，下载成功后返回确认指令给CPU模块，否则返回错误指令； (3)CPU模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令给PPC模块，由PPC模块命令DSP模块输出SMV数据，并返回确认指令给CPU模块；否则重新发送下载DSP代码指令； (4)CPU模块接收到运行返回确认指令后，手动操作或按照预先设定的故障状态发送指令给PPC模块，由PPC模块命令DSP进入故障状态；测试过程中，PPC模块将DSP发送的SV波形、GOOSE数据转发上送至主机CPU供实时显示； (5)测试结束后，PPC模块发送测试结果给CPU模块，并结束测试；CPU模块给出测试报告，结束对外通信功能。
9.根据权利要求6所述的一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法，其特征在于，所述子机内部PPC和DSP之间的通讯程控，包括下列步骤: (1)开启工作电源后，当PPC模块接收到下载DSP代码程序和参数指令，DSP开始校验参数，参数正确则返回指令给PPC模块，错误则返回指令； (2)PPC模块接收到下载返回确认指令后，发送运行指令或是故障设定指令给DSP运行，DSP模块在运行故障状态时将实时运行的SV波形、GOOSE数据返送给PPC模块，若运行正常波形则返送确认指令给PPC模块； (3)DSP测试结束后，发送运行结束指令给PPC模块，PPC模块读取测试结果并上报主机。
10.根据权利要求6所述的一种用于分布式智能测试系统的网络控制方法，其特征在于，所述子机内部DSP和FPGA之间的通讯程控，包括下列步骤: (1)DSP模块上电后，依次写入FPGA寄存器和内存初始化指令(0x12345678)，并重新读出以验证FPGA是否正常；否则，结束通讯； (2)DSP模块发送预先设置指令前，先读入FPGA状态寄存器以判断有无GOOSE信号，有则先读入GOOSE信号，再输出SMV、GOOSE给FPGA ;无GOOSE信号则直接输出； (3)测试状态下由DSP写入FPGA状态寄存器选定光口输出数据，同时DSP模块实时刷新FPGA状态寄存器以及时接收GOOSE返回信号。
【文档编号】G05B19/418GK103955190SQ201410174821
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】王冠南, 熊华强, 王治, 崔斌, 张妍, 桂小智, 万勇, 谢国强, 刘祺, 杨建明 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院