一種基于嵌入式arm和多通信協議的配電網智能饋線終端的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及配電網技術領域，尤其是涉及一種基于嵌入式ARM和多通信協議的配電網智能饋線終端。
【背景技術】
[0002]配電網自動化饋線終端裝置是整個配電自動化系統的重要控制單元，它具有配電網運行參數的采集、故障信息和遙信變位信息的保存、切斷配電網故障區域供電、保障非故障區域的供電、連接控制中心系統等功能。實現了對配電網運行的監控，而且針對配電網的運行情況和故障情況，可以遠程遙控或本地操作來實現保護功能。
[0003]上世紀配電網自動化饋線終端裝置主要依靠51系列單片機。近年來也出現使用ARM+DSP多CPU結構的配電自動化饋線終端裝置，但該種系統硬件設計復雜，存在兩個CPU不兼容的問題。雖然配電自動化饋線終端裝置在不斷發展，但是在通信方面的發展卻并不能滿足現代電力系統的要求。電力系統是一個龐大的、瞬變的多輸入多輸出系統，為了保證其安全運行，不僅需要實時地檢測各個節點的運行狀況，及時地發現電力系統的不正常狀態及故障狀態，在本地進行快速地控制和處理，或者通知運行人員，接受監控主站的遙控指令來處理實時的故障情況。這要求安裝在配電網節點的饋線自動化終端裝置不僅能快速測得電網的運行參數，還需要能夠在最短的時間內和監控主站進行穩定、安全的數據交換。然而現有的配電網自動化饋線終端裝置不能滿足上述需求，還存在通信模塊電路設計和軟件設計的可靠性和穩定性差的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種數據兼容性高、數據采集精確的基于嵌入式ARM和多通信協議的配電網智能饋線終端。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種基于嵌入式ARM和多通信協議的配電網智能饋線終端，包括:
[0007]交流輸入模塊，與輸電線路耦合連接，用于采集交流模擬量；
[0008]測控模塊，與交流輸入模塊連接，用于獲取交流模擬量并轉換為數字量，根據所述數字量計算并保存遙測信息；
[0009]開關輸入輸出模塊，與測控模塊連接，用于獲取遙信變位信息，并接收測控模塊的遙控信息輸出；
[0010]通信模塊，與測控模塊連接，配置有多種通信協議，用于實現信息交換；
[0011]人機交互模塊，與通信模塊連接，用于顯示參數設置信息；
[0012]電源管理模塊，分別連接測控模塊、開關輸入輸出模塊、通信模塊和人機交互模塊，提供電源；
[0013]其中，所述測控模塊、通信模塊、人機交互模塊各由一片ARM處理器作為控制核心，構成多ARM處理器架構。
[0014]所述測控模塊包括依次連接的運放電路、AD芯片、第一 ARM處理器和存儲單元，所述運放電路與交流輸入模塊連接，所述第一 ARM處理器通過CAN總線與通信模塊連接，所述存儲單元包括SRAM芯片和Flash芯片。
[0015]所述通信模塊包括第二 ARM處理器，該第二 ARM處理器連接有電平轉換芯片和PHY芯片。
[0016]所述通信模塊在嵌入式操作系統μ C/0S-1I和通信協議組所組成的軟件環境下開發，所述通信協議組包括 Modbus RTU、Modbus/TCP、IEC60870-5-10U IEC60870-5-104 和無線通信協議。
[0017]該配電網智能饋線終端匹配多種的通信網絡，在與各種外部智能設備相連接時，不經由任何通信協議轉換設備。
[0018]所述人機交互模塊包括第三ARM處理器、用于修改參數信息的鍵盤和用于顯示的顯示屏，所述第三ARM處理器分別連接通信模塊、鍵盤和顯示屏。
[0019]還包括無線模塊，該無線模塊分別連接測控模塊、通信模塊和電源管理模塊。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0021]1、本發明測控模塊、通信模塊和人機交互模塊各采用一片ARM芯片作為主控芯片，為多ARM架構，三片ARM芯片各司其職，協同工作，且具有很好的數據兼容性，保證了信息采集的精確性，事故處理操作的準確性和通信的兼容性、穩定性；
[0022]2、采用基于嵌入式多ARM處理器結構的硬件設計方式，所有CPU相互兼容，內部數據傳輸穩定，不需要配置特殊接口電路；
[0023]3、通信模塊的ARM芯片為互聯型，其以太網口設計簡單，穩定性好，在嵌入式操作系統μ COS-1I和多種通信協議組所組成的軟件平臺下設計功能任務，以實現兼容不同通信網絡介質，并能轉發通信網絡上智能設備的報文信息。
[0024]4、解決了目前配電自動化饋線終端裝置硬件設計復雜、基于ARM+DSP的硬件設計方式中兩個CPU不兼容、通信模塊電路設計和軟件設計的可靠性和穩定性較差等問題，饋線自動化裝置的信息采集的準確性、事故判斷和處理的準確性以及饋線自動化裝置運行的穩定性等都得到了顯著提高(屬于對以上三個改進的總結)。
[0025]5、本發明使用模塊化設計理念，可明顯提高配電網自動化饋線終端信息采集和處理的精確性和實時性，增加了配電網自動化饋線終端的安全性和可靠性，維護和升級更加方便。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明配電網分布式系統的通信鏈路拓撲結構圖；
[0028]圖3為本發明通信模塊IEC60870-5-101協議處理流程；
[0029]圖4為本發明通信模塊IEC60870-5-104協議處理流程。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0031]如圖1所示，一種基于嵌入式ARM和多通信協議的配電網智能饋線終端，包括交流輸入模塊1、測控模塊2、開關輸入輸出模塊3、通信模塊4、人機交互模塊5和電源管理模塊
6。其中，測控模塊2、通信模塊4、人機交互模塊5各由一片ARM處理器作為控制核心。
[0032]交流輸入模塊I包括RC濾波電路13以及分別與RC濾波電路連接的5路電壓互感器11和4路電流互感器12，通過一定的方式與輸電線路“耦合”，可以采集5路交流電壓、3路交流電流和I路零序電流。
[0033]測控模塊2包括依次連接的運放電路23、AD芯片22、第一 ARM處理器21和存儲單元，運放電路23與交流輸入模塊I連接，第一 ARM處理器21通過CAN總線26與通信模塊4連接，存儲單元包括SRAM芯片24和Flash芯片25，第一 ARM處理器21上還連接有JTAG接口 27和RTC時鐘28。測控模塊從交流輸入模塊獲得交流模擬量，由16位高速高精度AD芯片AD6706轉換為數字量，并將數據通過SPI 口送到第一 ARM處理器，第一 ARM處理器利用內部FFT算法將數據進行處理獲得遙測量，并按照一定時間(l-5ms)掃描開關量輸入輸出模塊，獲得遙信量的變位信息。測控模塊將遙測和遙信信息通過CAN總線接口傳送給通信模塊，同時通信模塊通過CAN總線向測控模塊發送遠方遙控命令。測控模塊在接收到遙控命令后，通過開關量輸入輸出模塊，控制相應的功率繼電器動作，開、合現場設備。
[0034]開關輸入輸出模塊3與測控模塊2連接，包括光電親合器31以及分別與光電親合器31連接的8路開關量輸入單兀32、8路開關量輸出單兀33和4路繼電器輸出單兀34，光電耦合器31通過總線收發器與測控模塊2連接。開關輸入輸出模塊3可配置16路開關量變位遙信，4路無源空節點遙控輸出，開關量變位遙信輸入和遙控量均經過24V光電耦合器隔離變換。測控模塊按照一定的時間間隔(l-5ms)掃描遙信變位信息，或根據遙控信息，測控模塊通過開關量輸入輸出模塊輸出遙控信息。
[0035]通信模塊4與測控模塊2連接，配置有多種通信協議，用于實現信息交換。通信模塊4包括第二 ARM處理器41，該第二 ARM處理器41通過電平轉換芯片MAX3232和MAX3485配置4個RS232串行通信網絡接口 42和2個RS485串行通信網絡接口 43，第二 ARM處理器41的以太網模塊的MAC控制器外設外接PHY芯片DM9161A，配置2個10/100M以太網通信網絡接口 44，可以兼容目