一種基于CPCI總線(xiàn)的智能故障信息系統子站

4)CPCI系統充分考慮了向后兼容性。CPCI系統的CPU及外設同標準PCI是相同的，并且使用了與PCI系統相同的芯片和軟件。PCI和CPCI本質(zhì)上是一致的，操作系統、驅動(dòng)和應用程序都感覺(jué)不到兩者的區別，這減輕了各種PCI板卡的開(kāi)發(fā)和移植工作量。

正因為具備以上特點(diǎn)，CPCI技術(shù)廣泛應用在軍事、航空航天、高速數據通信等需要高速運算以及具有高可靠度要求的應用領(lǐng)域。

3 子站CPC I裝置的結構

通過(guò)以上介紹，CPCI系統在電磁兼容、總線(xiàn)速率、可靠性和可擴展性等方面都適合于智能電網(wǎng)對子站硬件的需求。圖3給出了采用CPCI總線(xiàn)技術(shù)的子站裝置結構圖。

3．1系統板

裝置的系統板可根據變電站規模、對功耗的要求等靈活選擇X86架構的或PPC架構的CPU。配合適當的內存和接口，可以滿(mǎn)足子站對數據處理的

圖3 采用CPCI總線(xiàn)的子站硬件結構圖

本文裝置的系統板采用Pentium M 1G CISCCPU，帶32K一級緩存，512K二級緩存，前端數據總線(xiàn)速度266／333 MHz。采用無(wú)風(fēng)扇表貼散熱片散熱結構，消除風(fēng)扇故障的風(fēng)險。系統板使用板載表貼內存512 M，比以往的卡式內存降低了接口風(fēng)險，提高系統可靠性。另外系統板上提供普通IPC標準配置中的所有接口，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，維護簡(jiǎn)便。系統板占用系統槽的J1、J2接口，可以從后IO擴展所需的接口，本裝置使用J2擴展人機接口。系統板安裝了電子盤(pán)作為系統啟動(dòng)盤(pán)兼數據存儲，也可選裝固態(tài)硬盤(pán)作為數據存儲后備。此外，系統板具有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的裝置。

3．2網(wǎng)口板

根據圖1，子站運行時(shí)與多個(gè)分站或主站通信，把故障信息上送給調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的保護、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。

本文裝置設計的電網(wǎng)口板一個(gè)可擴展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自適應網(wǎng)口，自動(dòng)識別交叉或直連線(xiàn)，該芯片支持多優(yōu)先級傳輸隊列和VLAN，可以滿(mǎn)足IEC61850對虛擬網(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(xiàn)。

為了適應數字化變電站對光網(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)現光網(wǎng)接入任務(wù)。

3．3 Gps對時(shí)板

數字化變電站中的帶時(shí)標數據通過(guò)以太網(wǎng)以數字方式傳輸，站內裝置對時(shí)是非常重要的。子站屬于變電站通信邏輯的間隔層，應該執行與保護和控制事件用時(shí)間同步要求。T1時(shí)間性能類(lèi)的精度要達到1 ms，而T2時(shí)間功能類(lèi)的對時(shí)精度要達到0．1 ms。

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

3．4串口板

在對傳統變電站的數字化改造過(guò)程中，站內存在大量傳統的裝置，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，串口板就是負責完成這一任務(wù)的。

對比工控機擴展串口時(shí)使用IO訪(fǎng)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，影響系統整體性能。本文裝置使用PCI總線(xiàn)芯片擴展串口，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)送數據后釋放CPU，降低了CPU占用率，經(jīng)過(guò)實(shí)際測試，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容，CPU占用資源小于1％。

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

3．5人機接口

本子站裝置設計了人機接口板，負責前面板裝置指示燈的顯示。同時(shí)為了滿(mǎn)足不同地區用戶(hù)需求的差異，人機接口板還可接入液晶顯示器和按鍵，以實(shí)現對信息的直接查詢(xún)，如查詢(xún)修改其他裝置IP地址、查詢(xún)其他裝置當前事件、查詢(xún)與其他裝置通信狀態(tài)等。

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