一種基于CPCI總線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本質上是一致的，操作系統、驅動和應用程序都感覺不到兩者的區別，這減輕了各種PCI板卡的開發和移植工作量。

正因為具備以上特點，CPCI技術廣泛應用在軍事、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域。

3 子站CPC I裝置的結構

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

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，可以滿足子站對數據處理的

圖3 采用CPCI總線的子站硬件結構圖

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，前端數據總線速度266／333 MHz。采用無風扇表貼散熱片散熱結構，消除風扇故障的風險。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作為系統啟動盤兼數據存儲，也可選裝固態硬盤作為數據存儲后備。此外，系統板具有2個100 M或1 000M的以太網口用于接入主站或接入站內的裝置。

3．2網口板

根據圖1，子站運行時與多個分站或主站通信，把故障信息上送給調度人員并接受主站下發的查詢命令。同時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段，因此需要子站硬件具備多網口通信能力。

本文裝置設計的電網口板一個可擴展4個網口，采用4片Intel82551作為網絡通信芯片，分別連接4個10／100 Mb自適應網口，自動識別交叉或直連線，該芯片支持多優先級傳輸隊列和VLAN，可以滿足IEC61850對虛擬網的要求。芯片采用BGA封裝有利于散熱。網口板上的4片82551通過PCI—PCI橋芯片連接到背板總線。

為了適應數字化變電站對光網口的需求，本文裝置還配備光網口板，每個光網口板包含3個光網口，采用Intel82551與DM9301配合實現光網接入任務。

3．3 Gps對時板

數字化變電站中的帶時標數據通過以太網以數字方式傳輸，站內裝置對時是非常重要的。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間同步要求。T1時間性能類的精度要達到1 ms，而T2時間功能類的對時精度要達到0．1 ms。

Gps對時板能接收來自TTL／RS485／AC電氣形式的IRIG．B碼時鐘信號，通過智能解碼，校對系統時間。對時卡采用現場可編程門陣列(FPGA)進行解碼，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、編程簡單、升級方便等優點，對于IRIG．B解碼僅用簡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。板卡還增加了時間自動修正功能，其對時精度達T3級以上，能完全滿足數字化變電站對子站對時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通信能力，而是通過串口輸出信息的。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的。

對比工控機擴展串口時使用IO訪問方式的UART，由于其工作方式是查詢發送接收，進入發送接收進程時CPU會處于等待狀態，因而CPU占用高，影響系統整體性能。本文裝置使用PCI總線芯片擴展串口，含有比以往串口芯片多3倍的FIFO。通過中斷方式發送接收，發送數據后釋放CPU，降低了CPU占用率，經過實際測試，同時以9 600波特率向一個板卡上8個串口發送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。通過在軟件上修改底層串口驅動并輔以跳針，串口板上的任意一個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。同時為了滿足不同地區用戶需求的差異，人機接口板還可接入液晶顯示器和按鍵，以實現對信息的直接查詢，如查詢修改其他裝置IP地址、查詢其他裝置當前事件、查詢與其他裝置通信狀態等。

人機接口使用ARM7芯片作為CPU，內嵌小型實時系統UCOS．II，人機接口板與系統板通過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。