張曉蘭 白楊 蔡徵薇
摘 要:在電力行業(yè)的發(fā)展過程中,便能信息采集對電力行業(yè)的發(fā)展非常重要的作用,要想讓電能信息采集的安全性得到更好的保障,我們就必須要不斷加大對電能信息集中器硬件的研究力度,只有這樣才能提高我國電力企業(yè)的發(fā)展速度?,F(xiàn)在我國電力行業(yè)電能信息采集系統(tǒng)應(yīng)用的集中器硬件一般都是32bit嵌入式系統(tǒng)芯片,這種嵌入式的系統(tǒng)芯片一般采用的系統(tǒng)級芯片應(yīng)用的都是A RM9處理器技術(shù),這種系統(tǒng)芯片現(xiàn)在已經(jīng)成為電力行業(yè)電能信息采集系統(tǒng)主要應(yīng)用的集中器硬件了。本文就電能信息采集系統(tǒng)集中器硬件設(shè)計進(jìn)行分析,希望能夠更進(jìn)一步的提高我國電力企業(yè)電腦信息采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性,讓我國電力企業(yè)在電力行業(yè)中的市場競爭力能夠得到提高。
關(guān)鍵詞:電能信息采集;集中器;載波通信;RS-485通信;短距離無線通信;級聯(lián);看門狗
在我國電力企業(yè)的發(fā)展過程中,電能信息采集系統(tǒng)的發(fā)展歷史已經(jīng)非常久遠(yuǎn)了,現(xiàn)在我國的電能信息采集的方式已經(jīng)由“一戶一表”開始向著智能電能信息采集的方式轉(zhuǎn)變了,我國的電能信息抄表設(shè)備研究取得的成果也變得越來越多了,這種發(fā)展趨勢不僅在一定程度上提高了我國電能信息采集的效率,同時也在一定程度上促進(jìn)了我國電力市場的發(fā)展,讓我國人們生活以及生產(chǎn)的用電質(zhì)量能夠得到更好的保障,在這個過程中,我們必須要不斷加強(qiáng)對電能信息采集系統(tǒng)集中器的硬件設(shè)計水平,只有這樣我國電力行業(yè)的競爭力才能得到提升。
本文詳細(xì)介紹了參照廣東省電網(wǎng)公司2007年9月頒布的集中抄表技術(shù)條件的要求設(shè)計的典型集中器硬件原理。
1 電能信息采集系統(tǒng)簡介
電力企業(yè)在進(jìn)行電能信息采集的過程中應(yīng)用到的設(shè)備是非常多的,電能信息采集系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)也是非常多的,其中主要需要采集的信息有變電站以及發(fā)電廠電能表數(shù)據(jù)采集,配電區(qū)內(nèi)專變用戶電能信息、供電側(cè)電能信息的采集的供電側(cè)進(jìn)場電能表相關(guān)電能數(shù)據(jù)的采集,并且還需要對有關(guān)我們設(shè)備和電能表的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督和相關(guān)數(shù)據(jù)采集,但是在進(jìn)行電能信息數(shù)據(jù)采集的過程中,居民用戶的用電數(shù)據(jù)采集一直是電能信息采集的重點(diǎn),其中集中器硬件在電能信息采集的過程中發(fā)揮著非常重要的作用,集中去硬件設(shè)計的水平,也在一定程度上決定了電能信息采集的性能,在電能信息采集系統(tǒng)中,采集器和集中器之間有RS-485有線通信、短距離無線通信、低壓電力載波通信這三種主要的通信技術(shù)。在32bit微控制器普遍應(yīng)用的情況下,如果要滿足一個真實(shí)復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境,就需要將集中器下行通信設(shè)計為三者同時使用。
2 硬件設(shè)計
集中器用了2片SDRAM作為程序運(yùn)行空間,F(xiàn)lash存儲器存儲程序代碼、設(shè)備參數(shù)和數(shù)據(jù)。CPU采用AT91RM9200,其工作于180MHz時性能高達(dá)200MIPS(每秒百萬條指令)。外部總線接口豐富,支持SDRAM、靜態(tài)存儲器、BurstFlash、無縫連接的CompactFlash?、SmartMediaTM及NANDFlash等多種存儲器。
2.1 存儲系統(tǒng)
AT91RM9200存儲控制器(MC)管理ASB總線并最多達(dá)4個主機(jī)的訪問控制。它通過一個總線判決器和一個地址譯碼器將32bit地址總線可尋址的4GB空間分區(qū)來訪問內(nèi)置的SRAM和ROM,內(nèi)置外設(shè)及通過外部總線接口(EBI)的外部存儲器。對于AT91RM9200來說,0x00000000~0x0FFFFFFF的256MB用于內(nèi)部存儲器空間,0x10000000~0x8FFFFFFF共8塊256MB的空間用于EBI外部總線接口擴(kuò)展存儲空間,每256MB空間相應(yīng)由芯片NCS0~NCS7片選控制線選擇。集中器存儲空間映射如圖1所示。
2.1.1 程序和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)設(shè)計
電能信息采集系統(tǒng)中,電能表終端的數(shù)據(jù)存儲處于基準(zhǔn)的核心地位,不容存儲有閃失,但作為集中器來說,數(shù)據(jù)刷新并不頻繁。結(jié)合NANDFlash存儲器和NORFlash存儲器擦寫壽命次數(shù)、訪問速度的特點(diǎn)以及集中器電能信息數(shù)據(jù)的大容量、平臺可擴(kuò)性、安全性等要求,本設(shè)計采用了不同于電能表終端的數(shù)據(jù)存儲策略,將NORFlash芯片用于程序代碼、設(shè)備參數(shù)存儲,NANDFlash芯片用于電能量數(shù)據(jù)存儲。
2.1.2 內(nèi)存系統(tǒng)設(shè)計
盡管程序可以在NORFlash存儲器內(nèi)運(yùn)行,但NORFlash擦寫次數(shù)有限,而且訪問速度也不是很理想。本設(shè)計中采用SDRAM存儲器作為程序運(yùn)行空間。從理論上說,SDRAM與CPU頻率同步,共享一個時鐘周期,訪問速度更快,對于集中器應(yīng)用來說,重要的是SDRAM存儲器無擦寫次數(shù)限制。
2.2 通信接口
在電能信息采集系統(tǒng)中,集中器與主站之間的遠(yuǎn)距離通信方式有2種:集中器作為從終端利用配變終端的遠(yuǎn)傳通道的級聯(lián)通信和集中器作為主終端通過通用分組無線電業(yè)務(wù)(GPRS)/公共交換電話網(wǎng)(PSTN)的遠(yuǎn)距離通信。作為主終端時,集中器可能級聯(lián)其他從終端設(shè)備,換句話說,級聯(lián)通信口和GPRS/PSTN通信口可能同時使用,因此將串口1和串口2設(shè)計作為集中器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信的2個獨(dú)立通道。
2.3 外部看門狗
電力企業(yè)電能信息采集系統(tǒng)的集中器硬件8bit單片機(jī)系統(tǒng),主要應(yīng)用的就是看門狗電路,但是在32bit嵌入式系統(tǒng)中,我們卻很少看見看門狗電路,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因就是很多人由于缺乏經(jīng)驗(yàn)的原因,認(rèn)為既然已經(jīng)采用了Linux操作系統(tǒng),那么就不需要采用外部看門狗電路了,但是這種觀點(diǎn)本身就存在著很大的問題,主要是因?yàn)殡娔苄畔⒉杉到y(tǒng)集中去硬件的工作環(huán)境是非常復(fù)雜的,并且經(jīng)常會發(fā)生變化、出現(xiàn)各種干擾因素,在這種情況下,如果不采用外部看門狗電路的話那么電能信息采集系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性就無法得到有效地保證,因?yàn)閮H僅依靠操作系統(tǒng)本身是無法保證電能信息采集系統(tǒng)安全的,甚至嚴(yán)重的情況下,甚至?xí)?dǎo)致電腦信息采集系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰的情況,如果在進(jìn)行電能信息采集系統(tǒng)集中器硬件安裝的時候,如果軟件設(shè)計人員的技術(shù)水平不過關(guān)的話,沒有外部看門狗,根本無法保證集中器在無人值守的現(xiàn)場長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。因此,本設(shè)計在硬件上增加了外部硬件看門狗電路,選用常用的MAX813L芯片。在Linux操作系統(tǒng)下,如何讓看門狗功能真正發(fā)揮作用,保證無論是系統(tǒng)還是應(yīng)用程序在失常的情況下設(shè)備都能夠恢復(fù)正常,需要慎重、全面地考慮。這部分軟件功能的設(shè)計可參看文獻(xiàn)。
3 結(jié)束語
綜上所述,電能信息采集集中去的硬件設(shè)計對我國電力行業(yè)的發(fā)展有著非常重要的作用,特別是近幾年來嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,也在一定程度上推動了我國電力行業(yè)的發(fā)展,32bit嵌入式系統(tǒng)芯片在電力行業(yè)的發(fā)展過程中應(yīng)用范圍是非常廣泛的,特別是他結(jié)合了ARM9處理器技術(shù)之后,不但能夠使人更加復(fù)雜的工作環(huán)境,同時這種系統(tǒng)級芯片本身的功能也存在著多樣性的特點(diǎn),在實(shí)際的應(yīng)用過程中32bit嵌入式系統(tǒng)芯片的外部增加了模擬量輸入的電路擴(kuò)展模塊和開關(guān)量模塊單元,這種設(shè)計方式不僅提高了電力企業(yè)的電能信息的采集效率,同時也在一定程度上促進(jìn)了我國電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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