CN202276363U

CN202276363U - 输电线路状态监测代理装置

Info

Publication number: CN202276363U
Application number: CN2011202861204U
Authority: CN
Inventors: 刘家兵; 黄新波; 蔡伟; 赵隆; 张景辉; 张晓军
Original assignee: XI'AN JIN POWER ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: XI'AN JIN POWER ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2021-08-10

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路状态监测代理装置，包括S3C2440芯片，S3C2440芯片上连接有Wifi模块、以太网模块、RTC时钟、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器及ZigBee模块。本实用新型输电线路状态监测代理装置，实现了用CMA代替原有监测装置和主站系统进行通讯。以标准的方式连接站内的各类状态监测装置，接收它们所发出的标准化状态信息，并对它们进行标准化控制。

Description

输电线路状态监测代理装置

技术领域：

本实用新型属于输变电线路状态监测领域，涉及一种输电线路状态监测装置，尤其是一种输电线路状态监测代理装置。

背景技术：

随着国家智能电网建设的规划及实施，在线监测技术作为智能电网输电环节的重点规划项目，也在朝着智能化的方向发展。基于这一思想，目前市场上现有的监测装置及其系统不能满足输电线路智能监测的要求。不同的厂家开发的同一类型的监测装置数据传输协议和存储方式也不相同，导致信息交流困难，严重阻碍了同类型状态监测装置数据的全面分析和实时统计，不仅工作重复，工作量大，而且不利于技术开放和数据共享。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了用国网公司提出的状态监测代理(即CMA)来代替原有监测装置和主站系统进行通讯。以标准的方式连接站内的各类状态监测装置，接收它们所发出的标准化状态信息，并对它们进行标准化控制，各状态监测装置可以不分厂家和种类经CMA接入到省网的数据中心，有利于数据共享和进一步分析判断。本实用新型所采用的技术方案是基于S3C2440及嵌入式Linux的设计方案，包括依次连接的RS485通讯模块、GPRS模块、2.4G频段ZigBee模块、100M以太网模块、2.4G频段Wifi模块、ARM运算处理模块、电源模块，本装置采用了PHILPS公司SC16C2552芯片进行串口扩展。

本实用新型的技术方案是：一种输电线路状态监测代理装置，包括ARM运算处理模块、Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块；所述Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块同时与ARM运算处理模块双向连接。

电源控制模块内设置有太阳能电池板、过放电过保护单元和蓄电池，太阳能电池板与过放电过保护单元单向连接，蓄电池与过放电过保护单元双向连接。

所述ARM运算处理模块内置uClinux操作系统。

所述的双路UART控制器采用SC16C2552芯片实现串口扩展。

ARM运算处理模块控制Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块。

所述的RTC时钟模块在上电时采用3.3V供电，断电后由法拉电容供电。

本实用新型的特点还在于，其中的Wifi通讯模块、ZigBee模块、RS485通讯模块，用于CMA和监测装置之间的通信。

其中的以太网模块、GPRS模块用于CMA和主站系统之间的通信。其中的电源模块，通过不同的电源芯片对输入电压进行处理，获得不同的稳定电压，为CMA的各个模块提供稳定的电能。

其中的ARM核心板，用于处理、存储监测装置上发的数据，判断监测数据是否达到报警值。另外，该模块对整套仪器的各个部分的工作进行控制。

本实用新型的有益效果是，

(1)采用各种低功耗、超低功耗的传感器和微处理器芯片，大大降低了系统的功耗；采用太阳能加蓄电池充放电电路，为系统提供稳定的电源，使得系统可以连续、长期、稳定地在野外工作。

(2)功能强大，可以跨厂家接入多种类型的监测装置，包括杆塔倾斜、导线弧垂、导线温度、微风振动、绝缘子风偏、导线覆冰、绝缘子污秽度、微气象、导线舞动、图像等监测装置。

(3)采用WIFI无线通信技术，降低了安装成本，提高了数据传输的速率、并实现了远距离传输的功能。

(4)采用GPRS无线通信技术进行数据传输与控制，避免了传统数据传输方式带来的电缆施工，大大降低了施工的难度和系统安装成本；系统既可连续安装又可离散安装。

(5)采用ZigBee技术，通过ZigBee节点方便地组网，实用了低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远的无线加速度传感器网络和无线温度传感器网络。

附图说明：

图1是输电线路状态监测系统结构图；

图2是CMA装置结构图；

图3是CMA的电源管理框图；

图4是CMA主动苏醒后程序流程图；

图5是监测装置自动采集模式CMA程序流程。

其中：1为ARM运算处理模块；2为Wifi模块；3为以太网模块；4为RTC时钟；5为电源控制；6为RS485模块；7为GPRS模块；8为双路UART控制器；9为ZigBee模块；5-1为太阳能电池板；5-2为过放电过保护单元；5-3为蓄电池。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1-5，CMA作为输电线路状态监测系统数据转发者和控制指令的发送中心，必须要和不同厂家的状态监测装置进行通信，实现对各种状态监测装置的控制和调节、数据的存储与转发。因此CMA通讯接口繁多，报文格式复杂，数据量大。如图1所示，CMA和监测装置之间通过I1接口互连，实现CMA与监测装置之间的自动发现交互、心跳交互、数据交互、读配置交互、调节控制交互、自动上报交互和唤醒交互七个过程，对接收到的数据进行标准化处理，经I2口发送到主站系统。图1中的I1接口主要有以太网接口、RS485接口、WIFI无线网络、ZIGBEE无线网络。I2接口主要有以太网接口、无线公网(GPRS、)等，CMA根据现场的通信环境决定采用何种I1、I2通信接口与监测装置和主站系统通信由决定。

本实用新型CMA的结构，如图2所示，包括ARM运算处理模块1、Wifi模块2、以太网模块3、RTC时钟4、电源控制5、RS485模块6、GPRS模块7、双路UART控制器8以及ZigBee模块9。

(1)电源模块1

由于监测装置安装环境的特殊性，CMA装置可采用的供电方式主要是太阳能加蓄电池，为了保证装置长时间安全稳定运行，低功耗设计便成了CMA设计的重点之一。本实用新型中主要在电源和芯片休眠控制两个方面来共同实现功耗的降低。

根据图3可知，本装置中包含了多种通讯接口，而现场的通信环境并不要求所有的通讯接口同时工作，所以选择了对GPRS模块、Wifi模块、ZigBee模块、以太网等模块采用可控电源芯片单独供电的方式，如果根据安装环境不需要某个模块的功能，可通过MCU方便的控制相关的电源芯片停止工作，减少不必要的消耗；而需要增加某种通讯功能时，只需要通过I2接口给CMA发送相关的指令，便可方便的恢复其模块的供电。

本实用新型中选择TI公司高效率的开关电源芯片TPS5430和TPS62000进行电平转换，其转换效率高达90％以上。当TPS62000使能引脚被拉低后，电源芯片使能关闭，漏电流将小于1uA，也就是可以完全关断模块电源，大幅降低整体功耗。

(2)双路UART控制器

由于CMA装置中RS232调试口、RS485通讯模块、GPRS模块、ZigBee模块都是通过串口与S3C2440通信，而S3C2440只包含3通道UART，所以本装置采用了PHILPS公司SC16C2552芯片进行串口扩展，SC16C2552是带16字节收发FIFO的双UART器件，可实现并行数据和串行数据的转换，最高可处理5Mbit/s的串行数据，通过其数据总线控制逻辑及寄存器选择逻辑，可很方便的实现串口的扩展。

(3)RTC时钟

装置RTC时钟在上电时采用3.3V供电，断电后由法拉电容供电，具有蓄电量大，使用时间长，充放电电路简单等优点，可保证在装置断电的情况下RTC时钟长时间正常工作。

(4)ARM运算处理模块

ARM运算处理模块的核心是ARM芯片，本装置采用三星公司的S3C2440芯片作为处理核心。ARM对采样得到的各种监测数据进行分析和处理，做出储存、查询、运算、比较、上报、报警等操作，此外该模块协调控制整个监测终端各个模块的工作状态。预先将监测软件写入ARM内部程序存储器中，在监测终端开始工作时，由ARM对终端的各个模块进行初始化操作；开始采集数据后，ARM通过不同的通信模块获取终端的信号，经过程序的分析处理后，由以太网、GPRS或WIFI模块发送到监控中心。

(5)以太网模块

以太网是CMA与智能终端设备和CAG通信的主要方式之一，本模块有两个网口，均采用高速以太网接口芯片DM9000CIEP，集成10/100M物理层接口。以太网的基本结构可以分为总线型和星型，本实用新型的以太网结构采用星型结构，CMA与数据中心和智能终端设备之间可以相互传输数据。

(6)RS485模块

此模块使用SP3491EN全双工485芯片，连接到S3C2440的UART1口，通信线缆采用四芯屏蔽双绞线，有效地减小传输过程中收到的干扰。

(7)zigbee模块

此模块采用MC13192芯片。ZigBee模块有三种网络结构(星型，树型，网状)，在这里选择网状结构，每一个监测终端上的ZigBee模块都为全功能设备工作模式。这种结构的网络非常健壮，任意两个节点间可以同时通过多条路由通道传输数据，在个别节点发生故障时，能够通过其他节点建立新的路由通道，将数据传输到监控中心。

(8)Wifi模块

此模块采用瑞丞科技USB接口wifi模块UG5681，提供Linux下驱动，接S3C2440的USB0口。

(9)GPRS模块

采用M580z GPRS模块，模块的UART口连接到SC16C2552B芯片的UARTA上，UARTA的中断脚连接至EINT8，当有数据接收时，EINT8产生外部中断唤醒ARM。RING引脚接EINT3，拨电话时RING可产生中断唤醒ARM。

CMA对不同的监测装置应采用不同的轮询周期，监测装置在轮询的过程中，处于被动激活状态，自身不主动苏醒，如果被激活后2分钟内没有收到后续命令，则自行回到休眠状态，其程序流程如图4所示。

监测装置自动采集模式下，监测装置主动苏醒，通过发送激活命令唤醒CMA。CMA苏醒后对所有监测装置进行轮询，获取监测数据。当数据处理完毕后，向监测装置发送休眠命令，然后CMA也进入休眠模式，其程序流程如图5所示。

发送报文后，如在4秒内没有收到响应数据报，或者响应表明接收失败，装置进入重发机制。在命令重发模式，CMA重复发送3次该命令报文，如果不成功则不再发送。CMA记录无法正常通讯的监测终端，并将相关信息上传。

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

1.一种输电线路状态监测代理装置，其特征在于：包括ARM运算处理模块、Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块；所述Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块同时与ARM运算处理模块双向连接。

2.如权利要求1所述输电线路状态监测代理装置，其特征在于：电源控制模块内设置有太阳能电池板、过放电过保护单元和蓄电池，太阳能电池板与过放电过保护单元单向连接，蓄电池与过放电过保护单元双向连接。

3.如权利要求1所述输电线路状态监测代理装置，其特征在于：所述ARM运算处理模块内置uClinux操作系统。

4.如权利要求1所述输电线路状态监测代理装置，其特征在于：所述的双路UART控制器采用SC16C2552芯片实现串口扩展。

5.如权利要求1所述输电线路状态监测代理装置，其特征在于：ARM运算处理模块控制Wifi模块、以太网模块、RTC时钟模块、电源控制模块、RS485模块、GPRS模块、双路UART控制器和ZigBee模块。

6.如权利要求1所述输电线路状态监测代理装置，其特征在于：所述的RTC时钟模块在上电时采用3.3V供电，断电后由法拉电容供电。