4)CPCI系統(tǒng)充分考慮了向后兼容性。CPCI系統(tǒng)的CPU及外設同標準PCI是相同的，并且使用了與PCI系統(tǒng)相同的芯片和軟件。PCI和CPCI本質(zhì)上是一致的，操作系統(tǒng)、驅(qū)動和應用程序都感覺不到兩者的區(qū)別，這減輕了各種PCI板卡的開發(fā)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)板

裝置的系統(tǒng)板可根據(jù)變電站規(guī)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?shù)膬?nèi)存和接口，可以滿足子站對數(shù)據(jù)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(tǒng)板采用Pentium M 1G CISCCPU，帶32K一級緩存，512K二級緩存，前端數(shù)據(jù)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(tǒng)板使用板載表貼內(nèi)存512 M，比以往的卡式內(nèi)存降低了接口風險，提高系統(tǒng)可靠性。另外系統(tǒng)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(tǒng)板占用系統(tǒng)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(tǒng)板安裝了電子盤作為系統(tǒng)啟動盤兼數(shù)據(jù)存儲，也可選裝固態(tài)硬盤作為數(shù)據(jù)存儲后備。此外，系統(tǒng)板具有2個100 M或1 000M的以太網(wǎng)口用于接入主站或接入站內(nèi)的裝置。

3．2網(wǎng)口板

根據(jù)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(diào)度人員并接受主站下發(fā)的查詢命令。同時子站還要與變電站內(nèi)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(nèi)的裝置分處不同的網(wǎng)段，因此需要子站硬件具備多網(wǎng)口通信能力。

本文裝置設計的電網(wǎng)口板一個可擴展4個網(wǎng)口，采用4片Intel82551作為網(wǎng)絡通信芯片，分別連接4個10／100 Mb自適應網(wǎng)口，自動識別交叉或直連線，該芯片支持多優(yōu)先級傳輸隊列和VLAN，可以滿足IEC61850對虛擬網(wǎng)的要求。芯片采用BGA封裝有利于散熱。網(wǎng)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(shù)字化變電站對光網(wǎng)口的需求，本文裝置還配備光網(wǎng)口板，每個光網(wǎng)口板包含3個光網(wǎng)口，采用Intel82551與DM9301配合實現(xiàn)光網(wǎng)接入任務。

3．3 Gps對時板

數(shù)字化變電站中的帶時標數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)以數(shù)字方式傳輸，站內(nèi)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(zhí)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(tǒng)時間。對時卡采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)進行解碼，F(xiàn)PGA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(yōu)點，對于IRIG．B解碼僅用簡單邏輯電路就可以完成，F(xiàn)PGA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(shù)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(tǒng)變電站的數(shù)字化改造過程中，站內(nèi)存在大量傳統(tǒng)的裝置，這些裝置很多并不具備以太網(wǎng)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(fā)送接收，進入發(fā)送接收進程時CPU會處于等待狀態(tài)，因而CPU占用高，影響系統(tǒng)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(fā)送接收，發(fā)送數(shù)據(jù)后釋放CPU，降低了CPU占用率，經(jīng)過實際測試，同時以9 600波特率向一個板卡上8個串口發(fā)送1 Mbytes大小的文件，裝置接收并顯示接收內(nèi)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(qū)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(qū)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(xiàn)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(tài)等。

人機接口使用ARM7芯片作為CPU，內(nèi)嵌小型實時系統(tǒng)UCOS．II，人機接口板與系統(tǒng)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(tǒng)的安全運行。