[发明专利]基于IEEE1588以太网的虚拟模数转化核心器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种核心器件，尤其涉及一种应用于工业测控系统的基于IEEE1588以太网的虚拟模数转化核心器件。

背景技术

工业应用的测控系统通常用来对现场运行的数据进行采集、监测，通过对采样数据的分析、统计，从而采取相应的策略来实现控制、保护、或计量。传统的测控系统中各设备之间通过电缆实现点对点的串行连接，这无疑会导致很高的硬件成本，并给远程的保护和控制或系统扩容造成很多的麻烦。随着计算机芯片和网络通信技术的飞速发展，传统的测控系统已经开始运用网络通信技术实现采样数据的交互和共享，从而可大幅降低硬件连接和检修的成本，并方便了远程控制以及系统的扩容。

以变电站系统为例，国际电工委员会（IEC）已经发布了基于网络通信的变电站自动化系统的统一通信协议IEC61580协议，根据该协议，变电站系统的所有数据和信息都可以通过网络进行传递和共享。变电站系统按照IEC61580标准可分为过程层、间隔层、变电站层。其中过程层主要用于完成开关量和模拟量采集，其包括各种一次设备，如电缆、电线、母线、开关、变压器、电容器、电流/电压互感器等；间隔层包括各种用来监测、控制、保护一次设备的二次保护测控装置，即智能电子设备（IED）；变电站层用来对整个变电站进行安全监视、控制、操作并与变电站外部进行数据交换，其包括具有人机界面（HMI）的操作员工作站（OWS）和到网络控制中心（NCC）的网关等。变电站总线用于变电站层和间隔层间的通信；过程总线用于间隔层和过程层间的通信。IEC61580标准中有几种不同的报文形式。对于非时间关键的报文，IEC61580-8-1规定了基于精简的开放式系统互连（OSI）协议栈的制造报文规范（MMS, ISO/IEC9506），其中OSI协议栈具有分别处于传输层和网络层中的传输控制协议（TCP）和网际协议（IP），且IEC61580-8-1规定以太网和/或RS-232C作为物理介质。对于时间关键的基于事件的报文，IEC61580-8-1规定了直接处于通信栈的以太网链路层上的面向通用对象的变电站事件（GOOSE），其主要用于保护跳闸、断路器位置、联锁信息等实时性要求高的数据传输。对于在过程层非常快速地周期性变化的信号，比如测量模拟电压或电流，IEC61580-9-2规定了采样数据（SMV）报文的规范，其与GOOSE一样基于以太网链路层。

IEC61580协议要求过程层的电子式互感器能够将一次测的电压、电流等模拟量直接转化为数字信号，并传送至间隔层；变电站层完成对站内间隔层二次装置、过程层一次设备的控制及与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信。例如，电子式电流、电压互感器采集了高压电网的三相电流和电压的瞬时信号，经过模/数转换器件（ADC）处理成数字信号，并通过光纤传递给合并单元，合并单元可以根据间隔层二次保护控制装置的需求将相应的采样数据按照特定的帧格式组包，通过以太网端口发送给二次保护控制装置，以便于其根据获得的数据来执行相应的保护控制策略和信息统计。

工业控制中，需要对采集的数据和保护测控装置进行严格的时钟同步。以往二次保护控制装置与模/数转换器件（ADC）通过“点对点”的硬件直线连接可从模拟互感器同步采集数据，但如果每个二次装置都采用这种连接方式的话无疑会大幅提高系统的构建成本，然而二次装置通过以太网络连接，如何通过以太网络从模/数转换器件（ADC）获取同步采样数据是本领域技术人员所要急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟模数转化核心器件，其能够提供虚拟模数转化端口，用来向主设备发送与主设备主时钟同步的采样数据，从而通过时间的同步换取硬件上的直线连接，大大降低了远程工业控制系统构建的成本。

为实现上述发明目的，本发明的一种虚拟模数转化核心器件，用于采集数据，并提供给用于控制或保护的主设备；该核心器件包括虚拟模数转化端口，核心器件通过该虚拟模数转化端口向主设备发送包含与主设备的主时钟同步的采样数据的目标采样数据报文，所述虚拟模数转化端口包括串行端口。

作为本发明的进一步改进，所述虚拟模数转化端口还包括以太网端口。

作为本发明的进一步改进，所述以太网端口还用于通过支持IEEE1588协议的以太网获取采样数据报文。

作为本发明的进一步改进，该核心器件还包括控制器，所述控制器用于解析所述采样数据报文以获取采样数据、及与核心器件的本地时钟同步的当前采样时间信息。

作为本发明的进一步改进，该核心器件还包括远方时钟，所述远方时钟根据IEEE1588协议实现主设备的主时钟备份。