[实用新型]基于CRIO平台的IEC60044报文采集板卡

说明书

技术领域

本实用新型属于电力系统智能变电站以及数字化变电站检测/校验技术领域，具体涉及一种基于美国国家仪器（NI）公司CRIO平台的IEC60044(FT3)报文采集板卡，用于智能变电站以及数字化变电站过程层采样值数据报文的收发及精确时间标定。

背景技术

目前，智能变电站技术已经成为变电站发展和智能电网建设的方向。电子式互感器具有传统互感器无可比拟的优势，如其体积、抗饱和能力、动态特性等。电子式互感器的二次侧采用基于IEC60044标准的光纤数字报文方式传输，供合并单元或保护装置使用。

NI公司的CRIO是一款可重新配置的嵌入式控制和采集系统，其具有坚固的硬件架构，此外，其通过NI LabVIEW图形化编程工具接受编程，并用于各类嵌入式控制和监测程序。正是因为良好的抗干扰能力、坚固的结构和稳定的性能，CRIO平台被广泛地应用于工程测控领域。CRIO平台的易用性、通用性、可扩展性、可靠性等特点是目前主要用来原型测试的平台，然而，在该平台上由于缺少智能变电站报文采集模块，因此还没有关于智能变电站测控方面的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于NI CRIO平台的IEC60044报文收发板卡，它能有效接收和发送智能变电站二次回路中的IEC60044报文，并能够接收秒脉冲，与外部时钟同步，实现对所接收的报文进行准确的时间标定以及准确定时发送报文，解析后的报文数据及接收时间由DB15接口发送给CRIO平台使用。

为满足FT3采样值报文的传输速率及报文之间的等间隔性，要求在采样间隔内(4kHz、12.8kHz等采样频率)完成数据报文的解析、组帧、存储、报文过滤等工作，同时需遵守NI公司对CRIO平台上板卡开发的尺寸要求，因此，本发明采用FPGA芯片、光串口、RAM芯片以及Flash芯片共同构成一个报文采集嵌入式系统，通过DB15接口与CRIO平台通讯，按照SPI通讯协议完成数据的传输。使用DB15接口中SPI通讯未使用的引脚，由CRIO发送时间同步信号给采集板卡，可以实现CRIO与报文采集板卡的时间同步，以实现对报文接收时间进行精确地标定。

本实用新型采用的技术方案如下：

基于CRIO平台的IEC60044报文采集板卡，包括电源转换电路、FPGA模块、光纤接收串口Ⅰ、光纤接收串口Ⅱ、光纤发送串口和晶振；其中所述光纤接收串口Ⅰ、光纤接收串口Ⅱ和光纤发送串口分别与FPGA模块的报文接收端口、B码解析端口和报文发送端口连接，晶振的输出端连接FPGA模块的时钟输入端口，晶振的电源端连接3.3V电源，晶振的接地端接地，电源转换模块连接FPGA模块的电源输入端为整个板卡供电，FPGA模块通过SPI总线外接CRIO平台，CRIO平台向FPGA模块发送同步时钟信号。本发明使用高精度的温补晶振（TCXO），并在FPGA中使用自适应补偿算法，通过接收CRIO平台发来的对时同步信号，修正板卡自身时钟，从而完成数据报文的精确时间标定功能。

还包括与所述FPGA模块连接的复位电路。

进一步，FPGA模块连接存储器。存储器使用SDRAM和Flash Memory芯片分别作为数据存储空间和程序存储空间，用于扩展FPGA的存储资源，满足大容量数据报文和程序的存储要求，从而可以完成复杂报文解析、组帧、存储的功能。

进一步，FPGA模块设置有JTAG配置接口。板卡还包括指示灯，指示灯与所述FPGA模块连接。

为满足应用可扩展性要求，在FPGA模块上模拟出一个CPU，在该CPU上运行IP软核，实现数据报文的应用层地址过滤、解析、计算、定时中断及管理片上资源的软件功能；

本发明通过以FPGA芯片为核心的嵌入式系统能够方便地完成对FT3报文的采集、分析和传输等功能。报文采集板卡通过对内部时钟的维护，可对数据报文打上精确的时间戳，供CRIO平台进行扩展性应用。

附图说明

图1为本实用新型报文采集板卡的硬件结构图；

图2为本实用新型报文采集板卡的外形尺寸图；

图3为本实用新型使用的SPI通讯方式时序图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

本实用新型通过AFBR-2419、HFBR-1414光串口实现对光信号的光电转换，将数据报文输入至FPGA芯片中，由FPGA芯片编程实现对IEC60044报文的解析、转换和组帧，再将报文中有用通道的数据通过DB15接口发送给CRIO平台。具体各模块如下：