一种基于CPCI总线的智能故障信息系统子站

4)CPCI系统充分考虑了向后兼容性。CPCI系统的CPU及外设同标准PCI是相同的，并且使用了与PCI系统相同的芯片和软件。PCI和CPCI本质上是一致的，操作系统、驱动和应用程序都感觉不到两者的区别，这减轻了各种PCI板卡的开发和移植工作量。

正因为具备以上特点，CPCI技术广泛应用在军事、航空航天、高速数据通信等需要高速运算以及具有高可靠度要求的应用领域。

3 子站CPC I装置的结构

通过以上介绍，CPCI系统在电磁兼容、总线速率、可靠性和可扩展性等方面都适合于智能电网对子站硬件的需求。图3给出了采用CPCI总线技术的子站装置结构图。

3．1系统板

装置的系统板可根据变电站规模、对功耗的要求等灵活选择X86架构的或PPC架构的CPU。配合适当的内存和接口，可以满足子站对数据处理的

图3 采用CPCI总线的子站硬件结构图

本文装置的系统板采用Pentium M 1G CISCCPU，带32K一级缓存，512K二级缓存，前端数据总线速度266／333 MHz。采用无风扇表贴散热片散热结构，消除风扇故障的风险。系统板使用板载表贴内存512 M，比以往的卡式内存降低了接口风险，提高系统可靠性。另外系统板上提供普通IPC标准配置中的所有接口，如VGA、LAN、USB、RS232等，通用性好，能够像普通IPC一样使用，操作人员上手快，维护简便。系统板占用系统槽的J1、J2接口，可以从后IO扩展所需的接口，本装置使用J2扩展人机接口。系统板安装了电子盘作为系统启动盘兼数据存储，也可选装固态硬盘作为数据存储后备。此外，系统板具有2个100 M或1 000M的以太网口用于接入主站或接入站内的装置。

3．2网口板

根据图1，子站运行时与多个分站或主站通信，把故障信息上送给调度人员并接受主站下发的查询命令。同时子站还要与变电站内的保护、录波器相连，采集需要的信息。一般情况下，分站、主站以及变电站内的装置分处不同的网段，因此需要子站硬件具备多网口通信能力。

本文装置设计的电网口板一个可扩展4个网口，采用4片Intel82551作为网络通信芯片，分别连接4个10／100 Mb自适应网口，自动识别交叉或直连线，该芯片支持多优先级传输队列和VLAN，可以满足IEC61850对虚拟网的要求。芯片采用BGA封装有利于散热。网口板上的4片82551通过PCI—PCI桥芯片连接到背板总线。

为了适应数字化变电站对光网口的需求，本文装置还配备光网口板，每个光网口板包含3个光网口，采用Intel82551与DM9301配合实现光网接入任务。

3．3 Gps对时板

数字化变电站中的带时标数据通过以太网以数字方式传输，站内装置对时是非常重要的。子站属于变电站通信逻辑的间隔层，应该执行与保护和控制事件用时间同步要求。T1时间性能类的精度要达到1 ms，而T2时间功能类的对时精度要达到0．1 ms。

Gps对时板能接收来自TTL／RS485／AC电气形式的IRIG．B码时钟信号，通过智能解码，校对系统时间。对时卡采用现场可编程门阵列(FPGA)进行解码，FPGA具有逻辑单元灵活、集成度高、能随意添加和扩展功能模块、编程简单、升级方便等优点，对于IRIG．B解码仅用简单逻辑电路就可以完成，FPGA采用并行流程解码，速度能达到100MHz。板卡还增加了时间自动修正功能，其对时精度达T3级以上，能完全满足数字化变电站对子站对时T2级精度的要求。

3．4串口板

在对传统变电站的数字化改造过程中，站内存在大量传统的装置，这些装置很多并不具备以太网通信能力，而是通过串口输出信息的。为了接入这些装置，予站需要具备串口通信能力，串口板就是负责完成这一任务的。

对比工控机扩展串口时使用IO访问方式的UART，由于其工作方式是查询发送接收，进入发送接收进程时CPU会处于等待状态，因而CPU占用高，影响系统整体性能。本文装置使用PCI总线芯片扩展串口，含有比以往串口芯片多3倍的FIFO。通过中断方式发送接收，发送数据后释放CPU，降低了CPU占用率，经过实际测试，同时以9 600波特率向一个板卡上8个串口发送1 Mbytes大小的文件，装置接收并显示接收内容，CPU占用资源小于1％。

每个串口板采用标准CPCI接口与母板连接，能够很方便灵活地在任意槽位任意扩展串口板。通过在软件上修改底层串口驱动并辅以跳针，串口板上的任意一个串口都能够独立地切换成RS232／RS485通信方式，提高了串口板的适应能力。

3．5人机接口

本子站装置设计了人机接口板，负责前面板装置指示灯的显示。同时为了满足不同地区用户需求的差异，人机接口板还可接入液晶显示器和按键，以实现对信息的直接查询，如查询修改其他装置IP地址、查询其他装置当前事件、查询与其他装置通信状态等。

人机接口使用ARM7芯片作为CPU，内嵌小型实时系统UCOS．II，人机接口板与系统板通过串口通信获取需要的信息。人机交互面板隔离芯片和静电释放电路，保障系统的安全运行。