CN102355053A - 变压器风冷控制ied - Google Patents

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宁文元
甘景福
梁东
刘青胜
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Abstract

本发明公开了一种基于ARM+DSP的新型智能开关柜IED，以ARM+DSP双CPU为控制核心，在外围搭建的有JTAG接口、RS232接口、485网络接口、CAN网络接口、以太网接口、Wifi以及SD卡接口，本IED中采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，实现开关柜各现场采集单元的精确时间同步，并且在本开关柜IED中充分考虑电磁干扰对设备的影响，隔离芯片采用隔离电源供电。本开关柜IED将很多不同的通信方式整合到一起，具有强大的实时监控能力，快速高效的处理功能以及高速稳定的通信能力，符合IEC61850体系和代电网发展的形势，实现了智能变电站系统的智能化、信息化、高可靠性和低成本。

Description

变压器风冷控制IED
技术领域
本发明属于输变电设备状态监测技术领域，特指高压开关柜中各种状态量的监测系统，具体涉及的是智能开关柜IED。 
背景技术
高压开关柜是输配电系统中的重要设备，在运行中由于各种原因引起的故障率一直居高不下，伤人、烧柜、甚至爆炸的事故时有发生，因此确保高压开关柜的可靠运行极为重要。以往的高压开关柜监测设备多、通信不稳定，已经不能够满足所需的要求，现代高压开关柜的结构日趋复杂，需要实时、准确和高速的自动监测智能开关柜的机械特性，实时传送信息量非常大，随着IEC61850在变电站中的不断推广，需要新型智能电子设备(IED)来适应不断扩大的要求。新型智能电子设备(IED)具有强大的实时监控能力，快速高效的处理功能以及高速稳定的通信能力，大大提高了智能高压开关柜运行的安全性、稳定性和可靠性。 
发明内容
本发明目的是提供一种符合IEC61850协议的智能高压开关柜IED，解决了现有高压开关柜监测设备多、安装复杂、控制不方便、通信不稳定、没有上位机不能远程操控等问题。实现各种状态量统一由一个设备监测采集，能够实时、准确和高速的监测开关柜各监测量运行状况以及其机械特性，并协调完成与开关柜现场监测单元以及上 位机的数据通讯。 
技术方案 
本智能开关柜IED在设计时遵循在硬件结构简洁、稳定的前提下尽量提高数据传输精度并兼顾数据处理快速性的总体原则。为了满足IED的高速性和实时性，本IED采用ARM+DSP双CPU结构的结构，使设备具有高效快速的处理能力和强大的实时监控功能。ARM采用三星公司的一款ARM9系列芯片S3C2440A，附加外围的键盘、液晶、以太网通讯等硬件设备，用以完成整个系统的管理和控制，包括向DSP发送指令，要求回传数据，对数据进一步处理，存储和显示，以及与DSP和上位机的通讯。DSP选用德州仪器(TI)公司的2000系列TMS320F28335芯片，利用DSP的高速运算和多种片上外设的特点完成开关柜状态的数据采集，并对采集来的数据进行计算和分析，同时实时响应ARM的请求，将数据处理的结果发送给ARM。DSP与ARM的通讯采用SPI通讯。 
一种变压器风冷控制IED，采用ARM+DSP的双CPU结构，在外围搭建的有JTAG接口、RS232接口、485网络接口、CAN网络接口、以太网接口、Wifi以及SD卡接口，同时采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，并且隔离芯片采用隔离电源供电。 
所述隔离电源采用AC/DC电源芯片LH15-10D0512-04将220V交流电转换成5V和12V电压，5V电压通过线性稳压芯片MIC29502BU转换为3.3V。 
所述CAN网络接口使用的是CTM8251A芯片，将CAN控制器的逻 辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能。 
所述485网络接口使用的是ADM2483芯片，其最高传输速率为500Kbps，逻辑端兼容3V/5V工作电源，总线端5V供电。 
所述RS232接口使用的是MAX3232ESE芯片，RS232收发器用串口逻辑电平转换电路和主处理器连接。 
所述以太网接口的以太网控制器采用单芯片快速以太网MAC控制器和主处理器连接，使用的是DM9000BI芯片。 
所述IRIG-B码对时采用的是GPS系统，服务器采用GPS接受卫星时间信号进行时间同步。 
本发明的优点与效果： 
本开关柜IED的发明是为了适应高压开关柜内各种不同的监测单元，它把智能开关柜用到的多种通信方式整合到一起，采用有线传输和无线传输的方式实现各个监测单元与IED之间的数据通信和控制，克服了开关柜内高电压、大电流的强电场、强电磁辐射、高频噪声和谐波的干扰问题。IED采用双CPU的结构，具有保护、测量、控制、通信等功能，功能集成度高，满足智能开关柜通讯实时性和高速性的需求，保证数据传输的稳定性、可靠性和实时性，实现了智能开关柜的智能化、信息化、高可靠性和低成本，并且体积小，安装、调试方便，符合IEC61850协议和智能开关柜的要求，便于监控中心远程处理数据，因此有利于实现开关柜自动化的安全监控，具有重要的社会意义。 
附图说明
图1是智能开关柜IED整体架构图； 
图2是智能开关柜IED硬件框图；
图3是智能开关柜IED原理框图；
图4是智能开关柜IED的电源部分电路原理图； 
图5是智能开关柜IED程序流程图； 
图6是智能开关柜IED的JTAG电路原理图； 
图7是智能开关柜IED系统供电图； 
图8是智能开关柜IED的USB电路原理图； 
图9是智能开关柜IED的RS232接口电路原理图； 
图10是智能开关柜IED的Wifi接口电路原理图； 
图11是智能开关柜IED的RS485接口电路原理图； 
图12是智能开关柜IED的CAN总线接口电路原理图； 
图13是智能开关柜IED的以太网接口电路原理图。 
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 
参见图1-13，本IED以ARM、DSP双CPU为控制核心，在外围搭建的有JTAG接口、RS232接口、485网络接口、CAN网络接口、以太网接口、Wifi以及SD卡接口，本系统中采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，实现变电站各现场采集单元的精确时间同步，并且在本开关柜IED中充分考虑电磁干扰对设备的影响，隔离芯片采用隔离电源供电。 
所述开关柜IED电源部分采用AC/DC电源芯片LH15-10D0512-04将220V交流电转换成5V和12V电压，12V留着备用。其中5V电压通过线性稳压芯片MIC29502BU转换为3.3V，供给以太网网络接口电路、CAN网络接口电路和开关柜IED上的其他用电器件，如液晶等。3.3V电压通过隔离电源芯片B0305提供5V隔离电源给485网络接口供电。3.3V电压通过线性电压调节芯片LM1117-ADJ转换为1.5V和1.9V，分别给Wifi和DSP内核供电。 
所述JTAG接口访问CPU的内部寄存器和挂在CPU总线上的设备，如FLASH，RAM，SOC内置模块的寄存器，像UART，Timers，GPIO等等的寄存器。 
所述CAN网络接口使用的是CTM8251A芯片，CTM8251A是一款带隔离的通用CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件，主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能。 
所述485网络接口使用的是ADM2483芯片，ADM2483是带隔离的增强型RS-485收发器，它包括一个三通道隔离器、一个带三态输出的差分驱动器和一个三态输入的差分接收器，其最高传输速率可达500Kbps。逻辑端兼容3V/5V工作电源，总线端5V供电。 
所述RS232接口使用的是MAX3232ESE芯片，MAX3232ESE是串口逻辑电平转换芯片，RS232接口是与外部串口设备通信的通道。 
所述以太网接口使用的是DM9000BI芯片，该DM9000BI是一个完全一体化的cost-effective Industrial-grade 48引脚的单芯片快 速以太网控制器，它和RJ45连接器HR911103A组成的主处理器与外部以太网设备之间通信。 
所述Wifi采用UG5681模块，实现与其他节点的无线通信。 
所述SD卡接口采用11针卡座，IED通过SD卡接口把数据存入SD卡，SD卡即插即用，并且可取出放入PC机分析数据，携带方便。 
所述IRIG-B码对时采用的是GPS系统，服务器采用GPS接受卫星时间信号进行时间同步，然后通过光纤和以太网给每个开关柜IED下发B码对时信号，开关柜IED再经过485总线将B码对时信号传送给开关柜在线监测单元，做到全站各开关柜在线监测单元的时间统一。 
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。 

Claims (7)

1.一种变压器风冷控制IED，其特征在于：采用ARM+DSP的双CPU结构，在ARM和DSP外围搭建的有JTAG接口、RS232接口、485网络接口、CAN网络接口、以太网接口、Wifi以及SD卡接口，同时采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准。
2.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述隔离电源采用AC/DC电源芯片LH15-10D0512-04将220V交流电转换成5V和12V电压，5V电压通过线性稳压芯片MIC29502BU转换为3.3V。
3.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述CAN网络接口使用的是CTM8251A芯片，将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能。
4.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述485网络接口使用的是ADM2483芯片，其最高传输速率为500Kbps，逻辑端兼容3V/5V工作电源，总线端5V供电。
5.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述RS232接口使用的是MAX3232ESE芯片，RS232收发器用串口逻辑电平转换电路和主处理器连接。
6.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述以太网接口的以太网控制器采用单芯片快速以太网MAC控制器和主处理器连接，使用的是DM9000BI芯片。
7.如权利要求1所述的变压器风冷控制IED，其特征在于：所述IRIG-B码对时采用的是GPS系统，服务器采用GPS接受卫星时间信号进行时间同步。
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