[实用新型]一种采用FPGA进行数据采集的配电自动化终端设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种采用大容量可逻辑编程芯片FPGA进行数据采集、计算、分析的配电自动化终端设备，尤其是利用FPGA进行配电网数据的采集，分析与计算，采用双以太网接口与主站通讯。

背景技术

目前，大部分配电自动化终端设备采用DSP芯片作为硬件平台，采用C语言进行软件编写，进行配电网数据的采集和处理，软件运行时间在整个采样时间中占有很大的比例，效率较低，很难满足系统对数据采集系统实时性和同步性的要求，采用的单以太网接口难以保证通讯的可靠性。而对于配网自动化终端设备而言,采集的遥测数据和遥信信号直接反映了电网运行和相关设备的运行状态，因此特别要求终端运行的可靠性和采集数据的同步性、实时性。 但在终端的实际运行中, 由于处理的不合理，导致设备不稳定，采集的遥测量不及时，采集的遥信不正确、漏采集的现象时有发生。这些误报的信息不仅干扰了调度员对系统运行状态的正确判断, 而且在系统发生紧急情况时, 对事故的处理更是极为不利。因此对于正确判断遥信状态，遥信事件发生的时间，实时采集遥测数据信息对调度员正确判断系统运行状态至关重要，因而通讯的可靠性也是至关重要的。

 FPGA比DSP拥有更快的速度，可以实现非常复杂的高速逻辑。FPGA是一种硬件编程语言器件，最大的特点就是管脚配置灵活，可以实现任何数字电路，减少受制于专用芯片的束缚。在设计的过程中可以灵活的更改设计。而且它强大的逻辑资源和寄存器资源和其并行执行，硬件实现的方式可以适应设计中大量的高速电子线路设计需求。

发明内容

为了克服现有终端设备对数据采集的实时性的不足和通讯线路不可靠现象，本实用新型采用大容量可逻辑编程芯片FPGA作为硬件平台，采用硬件描述语言VERILOG语言进行软件的编写，很大程度提高了数据采集的实时性和同步性。采用双以太网通讯方式，保证了通讯的可靠性。

本实用新型采用在数据采集的控制部分利用FPGA直接控制A/D芯片对模拟信号进行采样，系统在周期为纳秒级基础上采用逐次逼近的方法实现系统与主站间时钟的同步，保证了数据采集的同步性、实时性。

FPGA对采集的遥信信号量首先进行边沿去抖处理，然后存储到IP核RAM内然后进行去抖运算、分析，通过分析能够精确去除磁场干扰，电源干扰等产生的伪遥信信号，SOE发生后以中断方式通知32位工业级ARM处理器，使SOE事件能够迅速上报，为电网运行状态的正确判断提供可靠保障。

本实用新型的有益效果是：采用FPGA芯片实现遥信输入量采集，先进的去抖、滤波算法实现SOE事件分辨率小于1ms。对遥测量的采集数据计算速度达到ns级指令周期，保证了数据的同步性和实时性。一主一备的双以太网通讯设计，保证了数据通讯的可靠性。为配电系统调度员正确判断系统运行状态，进行故障判断提供有力保障。

附图说明

图1是本实用新型的方框原理图。

具体实施方式

附图是本实用新型的原理框图，主要包括数据采集部分、人机界面、ARM9处理器模块。数据采集部分包括FPGA、A/D转换芯片、遥信信号量输入模块。

数据采集部分FPGA采用16位总线方式与A/D转换芯片进行数据线的连接，用I/O口直接控制A/D芯片的数据采样。FPGA将采到的数据进行FFT运算后，将运算结果放到块内存中。同时FPGA以20ns的时钟周期对遥信信号量进行采集，将采集的信号进行去抖处理，并将采集的变位结果产生SOE事件放到块内存中，并以中断方式通知ARM9处理器。

ARM9处理器嵌入实时多任务操作系统与FPGA通过16位数据总线和地址总线结构连接，能够实时的读取FPGA的采样结果并通过通讯模块上报到主站系统。通讯模块可采用GPRS或以太网方式。本实用新型以太网采用双以太网口，保证了通讯的可靠性。

 ARM9处理器将读到的FPGA的计算结果，进行数据存储，通讯并通过人机界面模块在液晶屏上显示出来。