OMAP730在農(nóng)村小型變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、文章編號:100722284(20100120114203OMAP730在農(nóng)村小型變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用丁慎平,吳衛(wèi)榮,張靜(蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院,江蘇蘇州215021摘要:針對農(nóng)村電網(wǎng)中變電站地域分散、實時監(jiān)控難的特點,以O(shè)MAP730芯片為核心的農(nóng)村變電站的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng),搭配相應(yīng)的外圍電路和數(shù)據(jù)傳輸模塊,組成系統(tǒng)的硬件部分;以嵌入式Linux 作為系統(tǒng)軟件平臺。實踐證明,該芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與多種傳感器的接口匹配,數(shù)據(jù)采集的精度與數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β史显O(shè)計的指標,性能可靠、安裝簡便,適合野外工作的要求。關(guān)鍵詞:變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng);OMA P730;GSM/GPRS ;Linu

2、x 中圖分類號:TP272文獻標識碼:B收稿日期:2009203203作者簡介:丁慎平(19772,男,碩士研究生,研究領(lǐng)域:計算智能機控制。0引言在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的各種技術(shù)發(fā)展十分迅速的情況下,建設(shè)高度穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟性好、維護簡便、有效可控、系統(tǒng)性能和容量的可擴展性好的現(xiàn)代化無人看守變電站已勢在必行。無人看守變電站的測量、控制及電量采集均應(yīng)由自動化系統(tǒng)來完成,以便在遠方完成對變電站的自動監(jiān)控。變電站自動化系統(tǒng)由變電站的二次回路來完成。傳統(tǒng)的變電站二次回路是由繼電保護、當?shù)乇O(jiān)控、遠動裝置、故障錄波和測距、直流系統(tǒng)與絕緣監(jiān)視及通信等各類裝置組成的。以往它們各自采用獨立的裝置來完成自身的功能且均自成

3、系統(tǒng),由此不可避免地產(chǎn)生了各類裝置之間功能相互覆蓋,部件重復(fù)配置,耗用大量的連接線和電纜,造成極大浪費。為此,實現(xiàn)變電站的“五遙”監(jiān)控功能1:遙測:電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)等;遙信:開關(guān)狀態(tài)、刀閘位置、變壓器保護動作、事故跳閘信號等;遙控:開關(guān)的分、合操作;遙調(diào):變壓器的有載調(diào)壓;遙視:變電站現(xiàn)場圖,成為農(nóng)村電網(wǎng)改造的必須。1系統(tǒng)硬件設(shè)計農(nóng)村小型變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容包括電氣量的采集和電氣設(shè)備(如斷路器狀態(tài)的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié),實現(xiàn)變電站正常運行的監(jiān)視和操作,保證變電站的正常運行和安全。在發(fā)生事故時,采集瞬態(tài)電氣量、實施監(jiān)視和控制,迅速切除故障(由繼電保護、故障濾波

4、等完成,切除故障后變電站恢復(fù)正常運行的操作;高壓電氣設(shè)備本身的監(jiān)視信息(如斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視等。由于農(nóng)村變電站所處環(huán)境比較惡劣,這就要求變電站監(jiān)控元器件按工業(yè)級要求選擇。系統(tǒng)在TI 公司OMA P730處理器的控制下采集模擬信號,經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲于內(nèi)存中,最后通過通信單元以IP 的方式發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器上?！拔暹b”傳感器參數(shù),進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換后,以Socket 通訊方式上傳到監(jiān)控服務(wù)器。通訊單元使用GSM/GPRS 無線傳輸模塊,系統(tǒng)啟動就自動進行PPP 撥號,建立起一條TCP/IP 的通信管道。服務(wù)器連接互聯(lián)網(wǎng),擁有固定的IP 地址,可以在服務(wù)器上設(shè)置命令

5、參數(shù)以控制變電站數(shù)據(jù)采集器的工作方式2。系統(tǒng)由檢測裝置組(檢測五遙、A/D 轉(zhuǎn)換器、OMA P730、農(nóng)村局域電網(wǎng)監(jiān)控中心等組成。監(jiān)控系統(tǒng)如圖1 。圖1變電站監(jiān)控系統(tǒng)411中國農(nóng)村水利水電2010年第1期1.1A /D 單元為了滿足變電站自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的高精度、低功耗、抗干擾的要求,A/D 單元采用TI 公司的高性能的串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS12563。其工作電壓為模擬5V 、數(shù)字為1.83.6V ;ADS1256是24位2ADC ,可提供高達24位的無噪聲精度、數(shù)據(jù)速率可達到30k 次采樣/秒(kSPS ;ADS1256支持4個差動或8個單端輸入;有4個通用數(shù)字I/O ;通過符合SPI 規(guī)范

6、的串行接口可處理通信;0.10010%非線性特性(最大值以及眾多的板上外設(shè)(輸入多路復(fù)用器、輸入緩沖器、可編程增益放大器。它由四階2調(diào)制器加一個可編程數(shù)字濾波器組成。當測量多路復(fù)用的輸入時,這些器件可以在通道之間快速形成循環(huán),而不會造成數(shù)據(jù)丟失。ADS1256除具有高靈活性與高轉(zhuǎn)換速率外,客戶只需對程序稍作改動即可重新配置ADS1256設(shè)計,以滿足多個應(yīng)用程序?qū)λ俣扰c精度的要求。1.2OMAP730單元本部分采用TI 公司的32位無線通信基帶信號處理器OMA P7304。該處理器具有雙核結(jié)構(gòu),整個芯片分成ARM9主控系統(tǒng)和GSM/GPRS 處理兩個主要模塊,主控系統(tǒng)以具有多媒體指令結(jié)構(gòu)的ARM

7、926為處理核心,最高頻率200M Hz ,主要功能是調(diào)節(jié)控制整個系統(tǒng)。GSM/GPRS 處理模塊主要由一個TMS320C54X 的DSP 和一個ARM7的CPU 構(gòu)成。這一部分實現(xiàn)無線終端的GSM/GPRS 功能。16K B 指令高速緩存;8K B 數(shù)據(jù)高速緩存;硬件J AVA 加速;擴展多媒體指令集結(jié)構(gòu)。TI 公司OMA P730結(jié)構(gòu)圖如圖2。 圖2TI 公司OMAP 730結(jié)構(gòu)簡圖芯片內(nèi)有并行攝像頭端口,內(nèi)部DSP 芯片用于視頻解碼。視頻采集電路如圖3所示,由視頻緩沖器、視頻A/D 轉(zhuǎn)換器和視頻同步分離電路等組成5。 圖3變電站視頻采集系統(tǒng)電路圖1.3通信單元OMA P730芯片有GPR

8、S Class 12DBB 的ROM ,ED GE 協(xié)處理器的E 2GPRS 接口,384K B 內(nèi)置SRAM ,GSM 超低功耗器件(UL PD 。OMA P730芯片自帶GPRS 撥號模塊連接因特網(wǎng),GPRS 網(wǎng)絡(luò)對Intrenet 網(wǎng)絡(luò)具有良好的封裝。從In 2trenet 來看GPRS 網(wǎng)絡(luò)只是一個普通子網(wǎng),用戶在擁有一個電話號碼的同時,會動態(tài)或靜態(tài)地分配給一個IP 地址,能夠很好地支持信息傳送、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、文件共享、電子郵件、下載、媒體傳送等互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2軟件設(shè)計本系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定的ARM 2Linux2.6作為操作系統(tǒng)。在變電站自動化數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程中,考慮到處理器具有

9、200M Hz 的主頻和32位的尋址能力,為了充分發(fā)揮處理器的高性能,決定采用嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件系統(tǒng)的平臺。2.1OMAP730嵌入式Linux 的軟件結(jié)構(gòu)嵌入式Linux 系統(tǒng)是一個基于Linux 內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng),通常包括用來開發(fā)嵌入式Linux 系統(tǒng)的平臺、各種為了在嵌入式系統(tǒng)中使用而裁剪過的應(yīng)用軟件。開發(fā)平臺包含了源碼瀏覽器、交叉編譯器、調(diào)試器、項目管理軟件、引導(dǎo)映像生成器等部件;應(yīng)用程序包括可以在目標板上使用的特殊鏈接庫、可執(zhí)行文件以及配置文件等部件6。2.2嵌入式Linux 編程程序是系統(tǒng)正常運行的一個關(guān)鍵點,它直接與相應(yīng)設(shè)備打交道,并向上提供一組訪問接口,具有一定的格式。A/

10、D 采集部分按照Linux 操作系統(tǒng)驅(qū)動程序的標準框架編寫,而不是直接用匯編語言對底層硬件進行控制。由于Linux 中將設(shè)備當作文件處理,所以對設(shè)備進行操作的調(diào)用和對文件的操作類似,主要包括open (、read (、write (、ioctl (、close (等。應(yīng)用程序發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用命令后,會從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài),通過內(nèi)核將open (這樣的系統(tǒng)調(diào)用轉(zhuǎn)換成對物理設(shè)備的操作。具體步驟分為四部分來進行:初始化函數(shù);設(shè)備打開與關(guān)閉函數(shù);設(shè)備控制函數(shù);讀取A/D 采樣數(shù)據(jù)函數(shù)。具體編程流程如圖4所示。2.3局域電網(wǎng)監(jiān)控中心監(jiān)控中心的通信軟件采用C +開發(fā)環(huán)境。在標準RS 2232串口通信方面,C +

11、提供了具有強大功能的通訊控件MSComm 。該控件主要是為RS 2232的通用串口而設(shè)計。所以為了利用PC 上現(xiàn)有的RS 2232接口,通常是使用RS232/485的轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)在發(fā)送或接收過程中觸發(fā)OnComm ,通過編程訪問CommEvent 的屬性了解通信事件的類型,進行各自的處理。每個通信控件對應(yīng)一個串口,可以設(shè)計多個通信控件來訪問多個通信口。MSComm 控件具有兩種處理方式:事件驅(qū)動方式,由MSComm 控件的OnComm 事件捕獲并處理通信錯誤及事件;查詢方式,通過檢查CommEvent 屬性的值來判斷事件和錯誤。系統(tǒng)采用事件驅(qū)動方式7。C +具有強大的圖形編程工具。由監(jiān)控軟件實

12、現(xiàn)變電站各環(huán)境參數(shù)的實時數(shù)據(jù)及曲線、歷史數(shù)據(jù)及曲線、變電站視頻圖像的顯示。接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在接收數(shù)據(jù)區(qū)中顯示的同時, 圖4OMAP 730軟件編程流程圖也被存入一個.txt 文件和Access 數(shù)據(jù)庫中。進入監(jiān)控主界面,首先要對串行口進行初步設(shè)置,然后按下開始按鈕使系統(tǒng)開始工作。界面開始動態(tài)顯示各各個控制量的數(shù)值,另外還能夠反映出“五遙”的開與關(guān)(分別用綠色和紅色表示及其狀態(tài)。在主界面中變電站的基本概況一目了然。當系統(tǒng)中某個變電站發(fā)生異常的時候,主控頁面產(chǎn)生報警,并發(fā)出報警信號。服務(wù)器會記錄下報警數(shù)據(jù),并發(fā)送指令到OMA P730。當面報名信號不能消除,芯片發(fā)送指令切斷故障裝置的電源。維修人員

13、可以根據(jù)主控頁面的電子地圖,立刻展開維修。3實驗農(nóng)村小型變電站供電電網(wǎng)一般在35kV 至110kV 。電源側(cè)電壓及負荷的變化都將引起用戶側(cè)電壓的波動。以某變電站380V 輸出電壓為例,對現(xiàn)場電壓測量數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,結(jié)果如圖5。4結(jié)語農(nóng)村小型變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是高效電能利用的一個重要組成部分,無線傳感網(wǎng)絡(luò)是該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。該圖5電壓波形圖方案從農(nóng)村小型變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況出發(fā),采用OPMAP730的GPRS 通訊技術(shù),不僅節(jié)省物質(zhì)及其安裝費用,而且提高了用電效率,實現(xiàn)了變電站無人看守、集中監(jiān)控、提高利用效率的目標。無線傳感網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村小型變電站的使用,在農(nóng)村變電站的改造中具有廣闊的

14、應(yīng)用前景。參考文獻:1劉剛,焦穎,劉昱,等.農(nóng)村電網(wǎng)中變電站“五遙”系統(tǒng)的應(yīng)用J .農(nóng)業(yè)機械化與電氣化,2007,(1:51-53.2吳悅,楊進平,曹修定.ARM9處理器在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀器中的應(yīng)用J .電子測量技術(shù),2007,3(30:60-73.3徐盛友,蒙建波,陳清洪.高精度ADS1256轉(zhuǎn)換器及其在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的運用J .自動化與儀器儀表,2006,(2:31-34.4劉魯新,權(quán)進國,林孝廉.ARM9處理器與ARM7處理器比較J .電子技術(shù)應(yīng)用,2004,(11:13-15.5齊美彬.TNS320C54x DSP 的視頻圖像采集接口設(shè)計J .單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2002,(8:42-45.6孫紀坤,張小全.嵌入式Linux 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)詳解基于ARMM .北京:人民郵電出版社,2006.7李現(xiàn)勇.Visual C +串口通信技術(shù)與工程實踐M .北京:人民郵電出版社,2003.(上接第113頁參考文獻:1中華人民共和國電力行業(yè)標準.水輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程(DL/T563295S.2中華人民共和國國家標準.水輪機調(diào)速器與油壓裝置試驗驗收規(guī)程.(G B/T9652.2