變電站在線操作無線控制器的設(shè)計與開發(fā)

黃建林 王靖暉

摘要

本文簡單介紹了一種無線控制器的硬件及軟件的設(shè)計與開發(fā)。與傳統(tǒng)的在線式微機防誤系統(tǒng)相比，應(yīng)用無線控制器的微機防誤系統(tǒng)摒棄了鋪設(shè)大量電源及信號線纜的缺點，降低了系統(tǒng)的運維成本，保留了系統(tǒng)實時性的優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】無線控制器 變電站 實時性 防誤

1 概述

變電站微機防誤系統(tǒng)的廣泛運用，為電網(wǎng)、設(shè)備及人身安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)保障。然而目前市場上的在線式微機防誤閉鎖系統(tǒng)中，大量鎖具的電源、信號線纜使得系統(tǒng)成本居高不下，大大降低了性價比;同時，由于鎖具線纜的存在，現(xiàn)場的施工非常復(fù)雜，甚至有變電站受限于客觀因素根本無法進行電纜溝的二次施工，并且鎖具處于離線狀態(tài)，其解閉狀態(tài)無法得到保證，存在忘記閉鎖的風(fēng)險。

為減少現(xiàn)場施工難度，降低微機防誤系統(tǒng)的運營成本，在保證現(xiàn)場操作實時性要求的前提下，本文開發(fā)了一款無線控制器。該控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)與微機防誤主機實時通訊，實時將鎖具的狀態(tài)反饋給防誤主機，防誤主機結(jié)合鎖具狀態(tài)及設(shè)備狀態(tài)進行實時的防誤判斷，有效避免了變電站倒閘操作過程中誤操作的發(fā)生。下面將從硬件及嵌軟方面簡述該無線控制器的設(shè)計與開發(fā)。

2 硬件設(shè)計

為滿足在線微機防誤系統(tǒng)的實時性設(shè)計要求，無線控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)與防誤主機通訊，通過信號線與在線鎖具直接連接，采用移動電源供電方式。無線控制器主要包括主控板及與主控板連接的通信模塊、地址存儲模塊、鎖具狀態(tài)采集模塊、電源模塊及鎖具供電控制模塊。其具體的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 主控板

主控板是整個系統(tǒng)的核心，采用德州儀器MSP430超低功耗微控制器系列MSP430F21221PW，該芯片屬于超低功耗微控制器，具有一個基于RISC的16位CPU寄存器，帶有兩個內(nèi)置的16位定時器，一個通用串行通信接口，具有集成基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸控制器（DTC）的10位A/D控制，以及多達24個I/O引腳。

主控板采用HART方式與通訊模塊通訊，通過嵌入式軟件的主程序控制各模塊工作。

2.2 通訊模塊

通訊模塊采用近距離、低功耗、低傳輸速率的Zigbee通訊芯片ZICM2410P2-1C-SN，該芯片遵從ZigBee規(guī)范和IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，它由一個含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器（帶有內(nèi)部Flash存儲器）組成，包括多個通用I/O引腳、定時器、UART、SPI等，高度集成的設(shè)計縮減了元件數(shù)量及功率消耗。

2410與主控板通過RS232串行通信接口進行數(shù)據(jù)的傳輸，再通過組建具有冗余鏈路和自愈能力的網(wǎng)狀網(wǎng)進行數(shù)據(jù)上下行傳輸。該模塊通電后與防誤主機進行實時信息交互，向防誤主機發(fā)送無線控制器的地址信息，實時獲取防誤主機下發(fā)的操作指令及回傳鎖具狀態(tài)信息。

3 嵌軟設(shè)計

無線控制器的軟件設(shè)計是主控板的靈魂，用來控制與協(xié)調(diào)各模塊間的工作。

首先啟動系統(tǒng)，初始化系統(tǒng)及FLASH，再開啟通訊模塊;接著初始化本機地址即本機身份，為上報本機地址做準(zhǔn)備;然后系統(tǒng)通過通訊模塊上報本機地址，再進入模式配置狀態(tài)，系統(tǒng)可進入1低功耗、2發(fā)送解鎖請求并等待應(yīng)答、3等待解鎖并匯報、4等待閉鎖并匯報等狀態(tài)，系統(tǒng)默認(rèn)處于1低功耗狀態(tài)。具體主程序控制流程如圖2所示。

系統(tǒng)通過定時器AO中斷程序控制狀態(tài)，當(dāng)鎖具狀態(tài)采集模塊檢測到按鍵喚醒操作時，主程序進入狀態(tài)2發(fā)送解鎖請求并等待應(yīng)答狀態(tài)，接收到允許解鎖應(yīng)答后，主程序啟動鎖具供電控制模塊給鎖具供電，同時進入3等待解鎖并匯報狀態(tài);當(dāng)鎖具狀態(tài)采集模塊檢測到按鍵解鎖操作時，主程序接收到解鎖信息后進入4等待閉鎖并匯報狀態(tài);當(dāng)接收到閉鎖信息后，主程序停止給鎖具供電，并進入1低功耗狀態(tài)。定時器AO中斷控制流程如圖3所示。

系統(tǒng)UARTO中斷服務(wù)流程如圖4所示。

4 應(yīng)用

無線控制器通過無線方式實時將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)反饋給防誤主機，免去了信號線纜的鋪設(shè)，降低了變電站微機防誤系統(tǒng)安裝中的施工難度，以及運維成本。采用無線控制器進行操作的步驟如下：

（1）啟動無線控制器：通過預(yù)留接口接入移動電源后即可啟動無線控制器;

（2）發(fā)送地址信息，進行操作位置確認(rèn)：無線控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)向防誤主機發(fā)送地址信息，防誤主機判斷當(dāng)前操作地址是否正確，正確則下發(fā)允許解鎖指令至無線控制器，若當(dāng)前操作設(shè)備地址信息不正確，則無線控制器指示燈閃爍三次并熄滅，同時防誤主機給出提示信息;

（3）啟動鎖具供電：無線控制器接收到防誤主機下發(fā)的允許解鎖指令后，電源給鎖具供電，鎖具指示燈亮起，鎖具可解鎖;

（4）采集鎖具狀態(tài)：鎖具供電后，鎖具可進行解鎖操作，無線控制器實時的采集鎖具狀態(tài)并反饋給防誤主機，接收到鎖具解鎖成功信息后，鎖具指示燈保持常亮狀態(tài)，等待鎖具閉鎖;

（5）操作人員操作設(shè)備后，再閉鎖鎖具，無線控制器采集到鎖具的閉鎖狀態(tài)并發(fā)出閉鎖狀態(tài)指示信號，斷開鎖具供電并發(fā)出斷電指示信號;

（6）移除移動電源，無線控制器復(fù)位并發(fā)出復(fù)位指示信號。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的變電站在線式微機防誤系統(tǒng)相比，應(yīng)用無線控制器的微機防誤系統(tǒng)摒棄了鋪設(shè)大量電源及信號線纜的缺點，降低了系統(tǒng)的運維成本，保留了系統(tǒng)實時性的優(yōu)點，做到真正的實時防誤，并且通過無線控制器實時采集鎖具狀態(tài)，鎖具未閉鎖時給出警示，可避免因忘記閉鎖鎖具而誤操作設(shè)備的風(fēng)險，為現(xiàn)有變電站的防誤升級改造提供了技術(shù)保障，從而有效的保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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