一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法及其裝置的製作方法
2023-10-17 20:28:39 1
專利名稱：一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統中故障錄波系統中故障錄波數據的記錄和存儲的方法及其裝置。
背景技術：
投入運行的電力系統要求長期穩定地工作，但其涵蓋的地域廣泛，運行條件惡劣，包容的發電、輸電及用電設備成千上萬，在運行過程中其線路、設備不可避免要發生故障。故障發生後，工作人員需要詳實的數據對故障原因的進行分析、判斷並進行故障處理。因此故障錄波是電力系統監測必須實現的一項重要工作。
故障錄波的實質是長期工作的系統監測和數據採集系統，其主要功能是當被監測系統發生故障時，根據採集通道的數據變異判斷出所監測對象已發生故障，並記錄在故障發生前後幾十毫秒到幾秒中所監測的電流、電壓、開關量等各監測對象的狀態。鑑於故障錄波的重要性，電力部頒發了《220~500KV電力系統故障動態記錄技術準則》(DL/T553-94)和《220~500KV電力系統故障動態記錄裝置監測要求》(DL/T663-99)，以及《微機型發電機變壓器動態記錄裝置技術準則》(DL/T***-200*，報批稿)，其中給出了針對故障錄波系統及裝置的各項技術指標和技術條件。
一旦電力系統中故障發生，故障錄波系統須實時記錄和存儲故障錄波數據，為事後故障的確認提供有力證據，並為故障的分析和處理提供信息和數據。現階段故障錄波系統和裝置分為兩種形式，集中式和分散式，集中式錄波系統採用前置機、後臺機結構，故障錄波數據從前置機傳送到後臺機，由後臺機以故障錄波數據文件的形式保存到硬碟中，有的系統還將該文件在另一存儲介質進行一次拷貝作為備份；分散式結構的故障錄波系統是在故障發生時將故障錄波數據從各分節點傳送到主控節點，由主控節點進行統一存儲。目前，故障錄波系統中使用的存儲介質均為計算機硬碟。由於錄波系統處於長期無人看管運行狀態，而這種基於硬碟的單一故障錄波數據記錄和存儲通道通常是由數據發送設備或器件、傳輸介質、接收設備或器件、微處理器、硬碟和控制邏輯器件組成，一旦這個通道上的某個設備或器件失效，數據都將無法送達最後的存儲介質保存，也無法進行拷貝備份，從而導致故障錄波數據的丟失，產生不可挽回的後果。這種基於硬碟的單一記錄和存儲通道的故障錄波技術實現簡單，成本低，在現有的故障錄波裝置中得到普遍應用，但故障錄波數據存儲的可靠性不高，故障錄波數據的丟失的現象常有發生。因此如何有效提高故障錄波數據記錄和存儲的可靠性和故障錄波數據的完好性是故障錄波領域的關鍵技術問題。
發明內容
本發明的目在於提供一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法及其裝置，它能有效提高故障錄波數據記錄和存儲的可靠性和故障錄波數據的完好性。
基本思路是故障錄波系統中同時採用兩個相互獨立並且結構和原理均不相同的故障錄波數據記錄和存儲通道對故障錄波數據進行同步記錄和存儲。為此，本發明提出了一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法及其裝置，該方法包括一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法，其特徵是該方法包括1)在故障錄波系統中設有兩個相互獨立且不相同的故障錄波數據記錄和存儲通道，每個通道的存儲媒介都具有非揮發性質；2)故障錄波系統在運行時，微處理器系統將採集的數據保存在的數據緩衝區中，利用該緩衝區的數據進行實時故障判斷；3)當判斷有故障產生，微處理器系統將保存在的數據緩衝區的故障錄波數據同時向兩個相互獨立故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2發送，進行同步存儲。
具體說明如下微處理器系統實現對錄波數據的採集、暫存、計算和發送等功能。雙通道包含故障數據記錄和存儲通道1和故障數據記錄和存儲通道2。故障數據記錄和存儲通道1採用常規存儲介質硬碟，故障數據記錄和存儲通道2的存儲介質可採用CF卡或Flash ROM或鐵電存儲器及其等同的非揮發性存儲媒介。故障數據記錄和存儲通道1的結構為微處理器系統、雙埠RAM、工控機、IDE接口、硬碟，正常工作時，數據流從前到後，最終保存在硬碟上。故障數據記錄和存儲通道2的結構為微處理器系統、CF卡(Flash ROM或鐵電存儲器)並行總線接口、CF卡(Flash ROM或鐵電存儲器)，數據流從前到後，最終保存在非易失性存儲器中。兩通道同時、獨立、並行工作。
該方法包含如下具體步驟a).微處理器系統首先將數據保存在靜態存儲器(數據緩衝區)中，然後利用靜態存儲器中保存的一定時間段內的數據對監控量進行故障判別，判斷是否滿足故障啟動條件，若故障被判發生，保存故障數據起始地址、故障啟動類型、啟動通道信息、啟動標誌；
b).微處理器系統判斷故障啟動標誌，若故障發生，則同時啟動向故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2發送故障數據的任務；c).故障數據記錄和存儲通道1的記錄和存儲過程微處理器系統將故障數據寫入雙埠RAM，並設置通信標誌，工控機通過標準總線查詢該通信標誌，並接收故障數據，按照硬碟接口協議的要求，對硬碟進行尋道和寫操作，將故障數據以文件的形式記錄到磁碟上，並清除通信標誌，等待後續的故障數據，當全部數據記錄過程結束後，返回完成標誌；d).故障數據記錄和存儲通道2的記錄和存儲過程微處理器系統直接通過並行總線接口在非揮發性存儲介質(CF卡、FLASH ROM、鐵電存儲器)中建立新的故障文件信息記錄，並將靜態存儲器中的故障數據保存在預定的位置上，本次記錄完成後，判斷是否有後續數據，若有則循環以上數據記錄和存儲的過程，直至本次故障的數據全部記錄完成，並返回完成標誌；e).微處理器系統查詢故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2給出的完成標誌，清除相應的啟動標誌、故障啟動類型、啟動通道信息，回到步驟a)。
一種故障錄波數構多通道同步記錄和存儲的裝置，為前置機、後臺機結構形式，前置機中採用數位訊號處理系統DSP、16位模數轉換器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash固態存儲器以及大規模可編程邏輯陣列FPGA，前置機對要求監控的信號量的同步採樣，後臺機為PC工控機；前置機完成數據採集、在線故障判斷、並將故障錄波數據通過雙埠RAM和工控機的ISA總線傳送到後臺機，實現第一故障錄波數據記錄和存儲通道；同時，在前置機的數位訊號處理器DSP中添加Compact Flash接口控制電路和Compact Flash存儲卡實現故障錄波數據的本地同步記錄和存儲，Compact Flash卡上內置了ATA/IDE控制器，即第二故障錄波數據記錄和存儲通道。
由於採用了雙通道數據同步記錄和存儲方法，故障錄波數據通過兩個工作過程互相獨立的故障錄波數據記錄和存儲通道在兩個不同的存儲介質同步保存，每個通道採用獨立控制器結構，各自獨立運行，存儲數據互為備份，有效地提高了故障錄波數據記錄的可靠性和錄波數據的完好性。因此與傳統的單一故障錄波數據記錄和存儲通道的記錄和存儲方式相比，本發明提出的方法，從原理上能有效提高故障錄波數據記錄的可靠性和故障錄波數據的完好性。
圖1為本發明實施例的故障錄波數據雙通道記錄和存儲的結構框2為本發明實施例中故障數據第一通道記錄和存儲的實現框3為本發明實施例中故障數據第二通道記錄和存儲的實現框4為本發明實施例中微處理器系統軟體流程圖具體實方式本發明提出的故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲方法，所述故障錄波數據記錄和存儲通道是指數據流完整通道，其含義為由微處理器系統進行數據處理、數據傳輸、經通信總線，最終將數據存儲到存儲媒介上的數據流通道。存儲媒介是指具有非揮發性質的數據存儲介質(即系統斷電，數據仍能保存)，包括硬碟、Compact Flash卡(CF卡)、FlashROM存儲器、帶掉電保護功能的靜態存儲器、鐵電存儲器以及其它非易失性存儲介質。因此，本方法的具體實現形式依據具體錄波系統和裝置中所採用的數據流通道形式有關。
現針對典型的前置機、後臺機結構的故障錄波系統，給出一具體實施例實現錄波數據雙通道記錄和存儲，詳細說明如下如圖1所示，本實施例中故障錄波系統(即一種故障錄波數構多通道同步記錄和存儲的裝置)為前置機、後臺機結構形式。前置機完成數據採集、在線故障判斷、並將故障錄波數據通過雙埠RAM和工控機的ISA總線傳送到後臺機，實現第一故障錄波數據記錄和存儲通道；同時，在前置機，利用Compact Flash卡(簡稱CF卡)實現故障錄波數據的本地同步記錄和存儲，即第二故障錄波數據記錄和存儲通道。後臺機功能是接收前臺機傳送的故障錄波數據，完成對數據的第一故障錄波數據記錄和存儲通道，並對數據進行分析處理操作。
在本實施例中，前置機中的數據採集模塊的核心為高速DSP(數位訊號處理器)系統、16位模數轉換器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash存儲器以及大規模可編程邏輯陣列(FPGA)。通過上述部分的協調工作，前置機可實現對要求監控的信號量(包括開關量和模擬量)的同步採樣，採樣速率可達10KHz，並實現故障數據的非易失性本地存儲。
後臺機為PC工控機系統，DSP系統與PC工控機系統通過ISA總線相連。後臺軟體運行於Windows操作平臺上，通過工控機VxD技術和前置機交換數據並將其存儲在後臺機的本地硬碟中。
本實施例系統實現了兩個的故障錄波數據記錄和存儲通道。
故障數據記錄和存儲通道1如圖2所示，故障數據記錄和存儲通道1的數據流通道為數位訊號處理器DSP從晶片靜態存儲器(SRAM)中取出故障數據，然後數位訊號處理器DSP將故障數據送到雙埠晶片DPRAM中保存，工控機VxD程序通過ISA接口從雙口晶片RAM中將故障數據取出，工控機將故障數據進行格式轉換，然後工控機將轉換後的故障數據通過IDE接口以文件的形式存儲到40G容量的硬碟中。
其中，數位訊號處理器DSP採用TI公司出品的高性能TMS320C206，A/D採樣晶片選用16位LTC1606，FPGA選用Actel公司的A42MX09，SRAM晶片型號為CY7C1041、雙埠RAM晶片型號為CY7C024。FPGA的主要功能是協助DSP完成數據採樣以及對SRAM和雙埠RAM的讀寫操作。
故障數據記錄和存儲通道2由於故障數據記錄和存儲通道1中存在易損耗部件，如硬碟(硬碟中存在旋轉的機械部件，無故障時間較其他部件短)，在長期無人值守的工作環境中，若發生部件失效將導致突發故障數據不能可靠存儲。因此，在前置機內部實現基於Compact Flash卡的第二記錄和存儲通道。如圖3所示。
其中數位訊號處理器DSP、靜態存儲器、FPGA與故障數據記錄和存儲通道1中的數位訊號處理器DSP、靜態存儲器、FPGA為同一器件，但添加了CF卡接口控制電路和CF存儲卡設備。其中CF卡選擇SANDISK的128MB的Compact Flash產品。CF卡上內置了ATA/IDE控制器，與硬碟相比，體積小，功耗小，而且由於沒有電機和磁頭等易損部件，可靠性更高。
故障數據記錄和存儲通道2的數據流通道為數位訊號處理器DSP從晶片靜態存儲器中取出故障數據，然後數位訊號處理器DSP將故障數據進行存儲前的預處理，數位訊號處理器DSP根據CF卡的接口協議通過接口控制電路將故障數據以文件的形式存儲到CF卡。
由上可知，DSP系統是故障數據記錄和存儲操作的發起者，一旦故障得以確認，暫存在靜態存儲器中的原始故障數據將被取出並發送到獨立的兩個故障數據記錄和存儲通道上。在硬體系統的支持下，該過程通過DSP系統的軟體程序進行控制和實現。
程序流程如圖4所示。詳細說明如下在中斷服務程序中，信號數據中斷進入，數位訊號處理系統DSP首先將數據保存在靜態存儲器中，然後利用靜態存儲器中保存的一定時間段內的數據對監控量進行故障判別，判斷是否滿足故障啟動條件，若為「否」時退出，若為「是」時故障被判發生，保存故障數據起始地址、故障啟動類型、啟動通道等信息，並置故障發生標誌為1。
在DSP主程序中，數位訊號處理系統DSP判斷故障啟動標誌是否為1，若為「否」時進入多任務調度，若為「是」時將同時置故障數據記錄和存儲通道1與故障數據記錄和存儲通道2的任務標誌為有效，任務的執行由數位訊號處理系統DSP多任務調度模塊控制。
在故障數據記錄和存儲通道1處理過程中，數位訊號處理系統DSP檢查雙埠RAM狀態是否為「空」，若為「空」，則根據記錄的故障數據起始位置，將一部分故障數據從靜態存儲器轉存到雙埠RAM中，當填滿一幀後，置雙埠RAM狀態為「滿」，然後向工控機發送請求信號，工控機將數據讀取後，置雙埠RAM緩衝區為「空」標誌，在此期間，數位訊號處理系統DSP一直檢查雙埠RAM的狀態標誌，當雙埠RAM為「空」後，將下一幀故障數據移入，直至所有的故障數據被工控機讀走後，第一故障數據記錄和存儲通道的數據發送任務完成。工控機完成第一故障數據記錄和存儲通道的數據處理和存儲任務。在故障數據記錄和存儲通道2的處理過程中，數位訊號處理系統DSP對CF卡進行狀態檢查，若CF卡無錯誤和BUSY信息返回，表明可以向CF卡寫入數據。一旦CF卡處於正常空閒狀態時，數位訊號處理系統DSP首先在CF卡中記錄新故障錄波文件的信息，然後與第一故障數據記錄和存儲通道的過程類似，數位訊號處理系統DSP根據記錄的故障數據起始位置，將SRAM中暫存的故障數據取出512位元組(1簇為512位元組)，並將該512位元組寫入到指定的CF卡中的空閒簇中，並等待寫入操作完成，CF卡恢復到空閒狀態後，數位訊號處理系統DSP啟動下一512位元組故障數據的存儲操作，循環反覆，直至所有的故障數據被存儲到CF卡中。故障數據在CF卡上以文件的形式進行存儲，因此，數位訊號處理系統DSP應完成對CF卡中文件的創建、刪除、讀出、修改等功能。
由上可知，故障數據經過故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2分別保存在不同的存儲媒介中(硬碟和CF卡)。至數位訊號處理系統DSP起，兩個故障數據記錄和存儲通道從通信通道到數據接收、緩存和存儲控制最終到存儲媒介都是相互獨立的，並且兩個故障數據記錄和存儲通道對每個故障錄波數據的記錄是同步進行的，兩個記錄的數據互為備份，因此利用兩個相互獨立的故障數據記錄和存儲通道對同一個故障錄波數據進行同步記錄和存儲，提高了故障錄波數據記錄的可靠性，從而提高了故障錄波數據的完好性。
為了說明和描述的目的，已經提供了本發明優選實施例的前面的描述。它不是詳盡的或者限制本發明為揭露的精確的形式。
權利要求
1.一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法，其特徵是該方法包括(1)在故障錄波系統中設有兩個相互獨立且不相同的故障錄波數據記錄和存儲通道，每個通道的存儲媒介都具有非揮發性質；(2)故障錄波系統在運行時，微處理器系統將採集的數據保存在的數據緩衝區中，利用該緩衝區的數據進行實時故障判斷；(3)當判斷有故障產生，微處理器系統將保存在的數據緩衝區的故障錄波數據同時向兩個相互獨立故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2發送，進行同步存儲。
2.根據權利要求1所述的一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法，其特徵是該方法包含故障數據記錄和存儲通道1採用常規存儲介質硬碟，故障數據記錄和存儲通道2的存儲介質可採用CF卡或Flash ROM或鐵電存儲器及其等同的非揮發性存儲媒介，故障數據記錄和存儲通道1的結構為微處理器系統、雙埠RAM、工控機、IDE接口、硬碟，正常工作時，數據流從前到後，最終保存在硬碟上；故障數據記錄和存儲通道2的結構為微處理器系統、並行總線接口、CF卡或Flash ROM或鐵電存儲器，數據流從前到後，最終保存在非易失性存儲器中；具體步驟如下a).微處理器系統首先將數據保存在靜態存儲器中，然後利用靜態存儲器中保存的一定時間段內的數據對監控量進行故障判別，判斷是否滿足故障啟動條件，若故障被判發生，保存故障數據起始地址、故障啟動類型、啟動通道信息、啟動標誌；b).微處理器系統判斷故障啟動標誌，若故障發生，則同時啟動向故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2發送故障數據的任務；c).故障數據記錄和存儲通道1記錄和存儲過程微處理器系統將故障數據寫入雙埠RAM，並設置通信標誌，工控機通過標準總線查詢該通信標誌，並接收故障數據，按照硬碟接口協議的要求，對硬碟進行尋道和寫操作，將故障數據以文件的形式記錄到磁碟上，並清除通信標誌，等待後續的故障數據，當全部數據記錄過程結束後，返回完成標誌；d).故障數據記錄和存儲通道2記錄和存儲過程微處理器系統直接通過並行總線接口在非揮發性存儲介質CF卡或FLASH ROM或鐵電存儲器中建立新的故障文件信息記錄，並將靜態存儲器中的故障數據保存在預定的位置上，本次記錄完成後，判斷是否有後續數據，若有則循環以上數據記錄和存儲的過程，直至本次故障的數據全部記錄完成，並返回完成標誌；e).微處理器系統查詢故障數據記錄和存儲通道1、故障數據記錄和存儲通道2給出的完成標誌，清除相應的啟動標誌、故障啟動類型、啟動通道信息，回到步驟a)。
3.一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的裝置，為前置機、後臺機結構形式，前置機中採用數位訊號處理系統(DSP)、16位模數轉換器、4Mbit SRAM、128MB Compact Flash存儲器以及大規模可編程邏輯陣列(FPGA)，後臺機為PC工控機；前置機完成數據採集、在線故障判斷、當監測到電力系統故障時，將故障錄波數據通過雙埠RAM和工控機的ISA總線傳送到後臺機，後臺機將故障數據在本地硬碟上進行存儲；其特徵是在前置機的數位訊號處理器(DSP)中設有Compact Flash接口控制電路和Compact Flash存儲卡，同時實現故障錄波數據的本地同步記錄和存儲。
全文摘要
本發明涉及一種電力系統中故障錄波系統中故障錄波數據的記錄和存儲的方法。一種故障錄波數據雙通道同步記錄和存儲的方法，其特徵在於故障錄波系統中同時採用兩個相互獨立的故障錄波數據記錄和存儲通道對故障錄波採集到的數據進行同步記錄和存儲。本發明有效提高故障錄波數據記錄和存儲的可靠性和故障錄波數據的完好性。
文檔編號G11B20/10GK1595373SQ200410013349
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月24日 優先權日2004年6月24日
發明者張小波, 田文超, 王永業, 馮維剛 申請人:張小波, 田文超, 武漢中元華電科技有限公司