基于ARM內(nèi)核的風(fēng)電箱變監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓媛媛++陳金輝

摘 要：針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)箱變距離集控室較遠(yuǎn)又非常分散，箱變系統(tǒng)成為風(fēng)電場(chǎng)的信息孤島和監(jiān)控盲區(qū)，設(shè)計(jì)出一種全新的基于ARM內(nèi)核的風(fēng)電箱變監(jiān)測(cè)裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)出口電壓、電流、功率、頻率等模擬量的采集，亦可完成對(duì)油溫等直流量的采集。裝置設(shè)有三段式電流及復(fù)合電壓閉鎖等保護(hù)用于跳閘或告警，24路遙信開入可對(duì)控制柜門開關(guān)動(dòng)作等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，6路獨(dú)立的繼電器出口可對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作，2路100BASE-FX自愈式光纖環(huán)形以太網(wǎng)通過TCP/IP協(xié)議可將箱變信息上傳至監(jiān)控中心。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電 箱變 監(jiān)測(cè) 自愈式光纖環(huán)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（a）-0020-02

當(dāng)前國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)側(cè)的控制系統(tǒng)大多采用控制設(shè)備放在風(fēng)機(jī)柜塔桶內(nèi)，風(fēng)機(jī)操作員工作站設(shè)置在風(fēng)場(chǎng)升壓變電站集控室內(nèi)，塔桶與集控室聯(lián)系信號(hào)通過光纖傳輸完成。由于室外環(huán)境惡劣，尤其寒冷地區(qū)裝置還要考慮耐低溫，箱變內(nèi)的設(shè)備一般都采用就地手動(dòng)控制。受箱變監(jiān)控設(shè)備的影響，集控室不能對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所用的設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控，給運(yùn)行維護(hù)帶來很大困難。該文設(shè)計(jì)基于ARM內(nèi)核的風(fēng)電箱變監(jiān)測(cè)裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電箱變的遠(yuǎn)程管理和自動(dòng)化監(jiān)控，滿足了風(fēng)電工程“少人值守”的運(yùn)行管理方式。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置的硬件系統(tǒng)主要包括模擬輸入、信號(hào)采集、通訊以及開入開出三大部分。

升壓站內(nèi)各側(cè)電壓、電流直接進(jìn)入模擬輸入板，經(jīng)互感器變換后送入采集通訊板的A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)入CUP進(jìn)行計(jì)算，完成各種保護(hù)邏輯，各電壓電流、功率、頻率及遙信信息通過光纖以太網(wǎng)上傳至控制中心。采集通訊板與開入開出板之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成遙信量采集及遙控的輸出。光纖以太網(wǎng)可組成自愈式環(huán)網(wǎng)，提高了通訊的可靠性。采集與通訊主板是該設(shè)計(jì)的核心部分。

采集與通訊主板，考慮到普通單片機(jī)的運(yùn)行速度以及RAM和FLASH的資源有限，移植TCP/IP協(xié)議棧后很難再進(jìn)行其他應(yīng)用的擴(kuò)張，該設(shè)計(jì)選取了TI公司的LM3S8962作為CPU。LM3S8962基于ARM內(nèi)核，具有256K閃存和64K SRAM，片內(nèi)集成了UART、SCI、CAN等接口，內(nèi)置10/100-BASE以太網(wǎng)MAC/PHY，符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。采集和通訊主板的原理框圖如圖1所示。

模擬輸入板的12路模擬量到達(dá)采集與通訊主板后經(jīng)放大調(diào)零電路至A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX125，同時(shí)油溫和直流信號(hào)經(jīng)放大電路也需送入MAX125進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于MAX125最大只能同時(shí)轉(zhuǎn)換8路信號(hào)，而電流信號(hào)要實(shí)時(shí)檢測(cè)以用于保護(hù)邏輯判斷，該設(shè)計(jì)將電壓與直流量信號(hào)經(jīng)74HC4051進(jìn)行選擇后分拍轉(zhuǎn)換，74HC4051為8選1選擇器，地址線由LM3S8962的GPIO進(jìn)行控制，以此完成多路模擬量及直流油溫信號(hào)的采樣。由于LM3S8962可用的GPIO資源有限，24路硬接點(diǎn)遙信信號(hào)通過74HC245與MAX125的數(shù)據(jù)線共用，其選通信號(hào)由LM3S8962的口線進(jìn)行控制，分別為CS-AD、CS-YXI、CS-YXII。為了能接入其他智能化設(shè)備，該設(shè)計(jì)預(yù)留2路RS485接口，由LM3S8962的UART經(jīng)MAX485芯片輸出。設(shè)置液晶通訊口SCI完成裝置IP地址等信息輸入。LM3S8962的以太網(wǎng)控制器由RJ45頭接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通用IO經(jīng)光耦6N137直接驅(qū)動(dòng)繼電器輸出以完成遙控功能。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該監(jiān)控裝置的軟件設(shè)計(jì)包括兩大部分：一是采樣數(shù)據(jù)計(jì)算及保護(hù)邏輯判斷；二是采用IEC-5-103規(guī)約由以太網(wǎng)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心。其主程序、定時(shí)器中斷子程序及網(wǎng)絡(luò)103處理子程序流程圖如圖2所示。

3 自愈式環(huán)網(wǎng)

為了組成光纖環(huán)網(wǎng)，采集及通訊主板內(nèi)嵌一網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡，進(jìn)為一RJ45頭，出為兩路光纖口。每10臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置組成一個(gè)環(huán)，每個(gè)環(huán)可接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。環(huán)網(wǎng)上一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置通訊異常，不影響整個(gè)環(huán)數(shù)據(jù)傳輸，拓?fù)鋱D如圖3所示。

4 結(jié)語

作為風(fēng)機(jī)發(fā)電的第一個(gè)變電環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電箱變的監(jiān)測(cè)尤為重要。該設(shè)計(jì)所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，開關(guān)量遙控功能外，更具有完善的保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電箱變低壓側(cè)全部信息的監(jiān)測(cè)、非電量保護(hù)、控制和通訊，非常適用于風(fēng)電工程“少人值守的運(yùn)行管理方式”。

參考文獻(xiàn)

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