中文翻译-基于OMAP平台构建配电系统在煤矿电网继电保护装置网络

第 1 页 共 11 页基于 OMAP 平台构建配电系统在煤矿电网继电保护装置网络邵小磊 马先民西安电子科技大学电力控制工程学院摘要：本文对煤矿下通信网络的观点进行了分析，以及对继电保护装置存在的相关问题，提出了基于 OMAP 平台构建煤矿供电系统继电保护方案。并阐述了 OMAP平台的煤矿继电保护原理，对该装置的设计提供了原理图，并进行了该设备的主要硬件的性能介绍。本文介绍了数据采集功能的软件流程图，并且提供了新煤矿配电网继电保护装置。关键词：OMAP ；煤矿；继电保护装置；配电网络；第 2 页 共 11 页1 简介在中国第十一个五年计划，火电厂的比例仍然超过 78%，由于在火力发电厂的煤炭作为能量的 93% 1 ，所以可持续煤矿安全的发展是非常重要的。第一，煤炭将对矿井轴侧挖掘模型的发展 2 建设，其次是采煤工作面 1.1kv 电压增加到3.3kV 3 。目前，中国的高性能智能 3.3kV 电气保护设备，主要依赖于国外的设备，但外国的设备价格高，并且设备的维护和维修有一个大的问题，限制了煤炭工业在中国发展。因此，在新的电气安全性 3.3kV 的研究与开发安全设备具有重要的现实意义。第二，随着网络技术的发展和工业控制网络领域性能参数要求实时运行，其逐步进入工业控制领域以太网，并以一个新的以太网控制网络技术展现出来。该以太网网络通信技术将引入煤矿井下供电系统的保护装置，操作系统，提高矿井的安全性和可靠性。在本文中，网络通讯模块设计与制备的 IEEE802.11协议 IEEE802.3 和双重保护设备在煤矿井下的终端设备。然后运行通过在煤矿现场布局继电保护装置的状态，将测量数据或信号格式的转换，通过以太网通信模块实现继电保护系统煤矿配电网络通信。第 3 页 共 11 页2 地下配电系统通信网络分析与保护性设备2.1 地下通信网络的现状我目前使用较多的集中管理，分散控制，分布式控制系统（DCS）。井下环境复杂，高电流用电设备，电流的障碍是高磁场。所以，原控制系统的重大缺陷：由于其结构多主从关系，通信必须在现场设备通过主机完成，这就使主机负荷加重，降低其效率，当主机发生故障时，该整个系统将崩溃。使用大量的模拟信号，传输的可靠性，并且易于在数字处理。DCS 系统的设计制造商开发一个单独的标准通信协议，大大降低了系统集成和应用程序窗口的大小。2.2 原始煤矿保护器的状况我国原来的二次系统保护及自动装置方面，继电器的精度，慢运动，结构更复杂，所以它已逐渐被淘汰了。近年来，各种基于半导体（包括集成电路型）和微机继电保护自动设备的不断涌现，高智能、高质量的微机保护成为目前研究和发展的主流。当前配电网技术正在移动的分层分布式体系结构，网络和无人值守的风格方向。这使得站控层增加的数据收集和交换量，网络的兼容性和实时通信更强大。正是在这样的背景下提出建立一个新的变电站的应用 OMAP 微机保护装置。第 4 页 共 11 页3 OMAP 平台结构OMAP（开放式多媒体应用平台）是 TI 的双核心 CPU 处理器芯片平台，结合 DSP 和 ARM，和通过桥接数据交换 4 双 CPU 技术。之前国产微机保护装置的研制，也用于 CPU 结构的设计，但 CPU 基本上是传统的 MCS-51 系列单片机 5 。MCS-96 系列虽然控制这些芯片的性能较好，但不擅长数字信号处理，特别是在处理在电系统操作复杂的数据，它往往需要很长的时间。以及在输入信号的采样，采样点较少，大多是每周期的模拟滤波方法，不可避免地导致了一些错误。这利用 OMAP 平的结构，但可以弥补这一缺口。使用以太网为核心的高性能芯片接口的 omap1612 装置微机保tms320c5470dsp 作为主 CPU，DSP 设计数字信号处理芯片，它的计算能力，速度快，能满足快速保护，可靠性的要求，负责数字和模拟信号的采集，计算完成后，故障诊断，报警，跳闸信号发出，故障报告生成等功能；利用强大的外设ARM926 接口和制能力，负责系统的通信，数据记录，互动控制和网络通讯功能。通过对数据交换的双端口 RAM。外部存储电路的外扩，采集电路开关，交流信号采集电路，该开关输出电路（电路跳闸报警输出），人机接口电路（液晶显示器，触摸屏），和电力供应。主要工作流程是这样的：当计算机保护，首先从上位机通过串口下载到 DSP 芯片的保护程序，然后采样的 DSP 发出的命令，然后滤波后的模拟输入信号，采样和保持，多路复用器，和模数转换（A/D ），DSP 为计算数字信号，以完成各种保护功能；同时 DSP 还将通过串口接收结果通信接口传递到手臂，手臂负责结果显示液晶显示器。装置框图如图 1 所示。第 5 页 共 11 页图 1 OMAP 平台的继电保护第 6 页 共 11 页4 硬件电路设计4.1 数据采集电路TL385C 负责电路里信号的采集以及转化。它是一个八通道，14 位的数模转换器，它在转换过程中，其多芯片转换模式起了重要作用。不同的通道模式有不同的功能。这项新技术的发明，大大增加了通信的效率以及降低了干扰对其的影响。4.2 DSP 主电路DSP 电路来完成数据收集，逻辑的保护，保护故障检测，数字输入和输出、人机接口，串行通信等任务，它的核心是微机保护装置。在 TI 公司的 DSP 芯片制作的 tms320c5470 6 的装置，它是一种高速，高性价比的 TMS320C5000 平台下低功耗的 16 位定点 DSP 芯片，54x 系列 DSP 控制器作为一个新成员，具有以下突出特点：高性能的静态 CMOS 技术，使 CPU 核心供电电压为 1.8V 下，功耗降低控制器；100MIPS 工作率使得指令周期时间 11ns，从而提高了实时控制器的控制在；程序存储器芯片为 72K 字 RAM；两个 McBSP 接口；DMA 控制器；其他TMS320 c5470 和 ARM 芯片也交换数据 API。TMS320 c5470dsp 突出的特点，除了上面的芯片，但也提供了一个 C 编译器，支持常见的 C 语言编程 7 。在设备软件开发过程用于主要的 C 语言程序，特别是保护算法，这是好的因为在一方面 c-modular，便于维护和移植；另一方面，开发利用不动点 DSP 器件，计算可能导致数据溢出。例如：两个整数的数量（int 类型）是添加和 int 类型的范围可能超过溢出量范围，和写用 C 语言开发的程序保护算法可以解决这个问题，考虑到以上两个整数的和，例如，在和溢出的可能性，它可以生长，变量类型的整数的定义（长型），这样我们就可以完全避免数据溢出。4.3 数字输入和输出电路数字输入/输出跳闸信号发出主要受到当地单元报警信号，信号板，他们阻塞了信号的传递。完善他的保护抗干扰能力，输入量通过光隔离，直接到 DSP 芯片第 7 页 共 11 页的 I/O 端口；第一个 DSP 芯片的 I/O 端口由 CPLD 芯片产生的扩大信号通过光隔离到继电器。目前采用 Xilinx 公司的 CPLD 9536XL，除了扩展 I/O 端口，其他控制信号与 DSP 相连，负责系统片选信号的产生。4.4 人机通讯接口电路人机接口电路主要是指键盘，LCD 显示电路，这部分的电路的主要作用是通过键盘与液晶显示人机对话完成任务。键盘输入电路，可编程逻辑器件 GAL16V8组成键盘 8 和 7 键盘上的人机界面面板按键，加入 GAL16V8 芯片，你可以进入原7 到 3 的相应的减少量，连接到 DSP 芯片的 I / O 端口，以便你可以大大节省 I/O口线。电路主要由液晶显示模块和 ARM926 组成。随着液晶显示控制器 SED1335液晶显示模块（640256 最大的驱动力），它有一个功能强大的 I / O 缓冲区支持图形和文字显示的组合；ARM926 最大时钟频率 204mhz，16KB 的指令缓存内存8kb 数据高速缓冲存储器，LCD 驱动器可以用于存储显示程序和字体，不需要外扩为外部程序存储器 ROM。4.5 通信电路通信电路，包括 PC 机之间的 RS232 串口通信的 DSP 器件电路和器件 DSP 以太网通信的两部分之间的多套 370 萧蔷绍和西安闵马/ 能源大学工学硕士学位论文17（2012）366372 电路。RS232 通讯总线接口控制芯片用收发器芯片MAX232。的以太网界面主要由瑞昱半导体股份有限公司瑞昱 RTL8139 快速以太网网卡控制器接口芯片的形式，而控制器和使用之间的接口芯片光耦合器 6N137高速光隔离，从而有效地防止电磁干扰。在复杂的地下环境，远程监控会受到更多的干扰，利用 ISA 总线的以太网控制器驱动芯片。外部电路的设计作为一个网络适配器芯 hr901170a，74LVC4245 芯片作为功率转换电路芯片。第 8 页 共 11 页5 总体程序软件5.1 变电站综合信息服务的类型和传输请求车站微机保护硬件设备的特点一个广泛的保护，保护程序需要下载到一个不同的 DSP 芯片闪存实现。tms320c5470 芯片阵列为 72K 字闪存程序存储器，闪存阵列可通过 JTAG 端口，但是不只是 JTAG 编程端口在目标板的接口，但也需要有一个特殊的 JTAG 接口电路。因此，Flash 编程方法通常用于模拟调试阶段。还设计了另一种方法 tms320c5470 闪存编程串行引导加载程序，采用串行接口（SCI）对编程闪存阵列。tms320c5470 SCI（串行通信接口）是一个行业标准的 RS232 串行接口，它是一个外部的 RS232 驱动电路可以与 PC 主机的的 Flash 串行引导装载程序简单的接口实现编程提供了一般运行设备的操作方式非常方便。tms320c5470 芯片的引导装载程序 ROM，有两个在使用串口闪存编程，需要第一芯片 boot_en 引脚设置低启动的异步串行口的引导 ROM 加载器，然后匹配波特率协议，同步和tms320c5470 主机之间的通信。当这种同步通信，主机会下载一个内核的tms320c5470，除了包括核心程序的安排还包括异步串行接口程序，一旦内核初始化是正确的，明确的（每个位置在闪存阵列，擦除（0）的每 1 位闪存阵列），编程（写入需要下载 Flash 数据）算法将下载并执行。如前文所述，在变电站信息服务类型和传输请求分类后 8：在采集系统，软件设计是系统设计的一个关键。实时数据采集系统控制软件主要包括两个方面，一是固定在 DSP，数据处理软件程序，其中一个原因对主机接收发送的 DSP 数据，实时处理软件。凝固在 DSP 应用软件采用汇编语言编写的C32，使用 USB 主机（ISA 或 PCI）总线的计算机，负荷的实时数据处理软件主要是初始设置参数，调整数据，将接收到的数据中的参数形式的数据，数据显示处理，并发送到上位机。TI DSP 卡公司提供了一个完整的开发环境（如 CCS），对DSP 芯片的开发提供一个方便的软件的发展，并通过实时仿真软件系统级集成调试。典型的数据采集程序包括以下具体模块 9：第 9 页 共 11 页1) 自检模块指南2) 系统初始化模3) 默认配置模4) 系统监测和保护模5) 主机通信模以下是数据采集主程序流程图如图 2 所示。图 2 软件流程图5.2 部分软件编程时应注意a. 对于全芯片的性能，应仔细研究了该装置的结构，以及硬件指令。特别注意的内部结构和使用灵活的使用 DSP 指令集。b. 设计算法，尽可能避免指挥系统本身不当操作。c. 理解电力系统的数据采集与处理的特点。d. 软件设计要有一定的原则相一致，如功能模块界面友好，采取必要的软件冗余技术。第 10 页 共 11 页6 结论该设备的核心 OMAP 平台作为一种保护器，更好的使用 tms320c5470dsp 芯片的数字信号处理能力和 ARM926 芯片集成外设。除此之外，网络对配电网保护的煤矿设备提供了一种新的突出特征研究结构，具有一定的参考价值。第 11 页 共 11 页参考文献1JIANG Lei1,WU Yuming. Evaluation of Chinas Energy Marginal EfficiencyJ. Resources Science, 2010,32(11):21792185 (in Chinese) 2Sun Junping. Development course and outlook of fully mechanized top coal caving mining technology in Yanzhou mining areaJ. Journal of china coal societyJ.2010,35(11):17781782 (in Chinese) 3Zhang Tao,Dai Li-li,Fan Xiao-min. Working Face in Pingdingshan 3.3 kV power supply system of six MineJ. Coal of zhongzhou, 2010,176(8):1536(in Chinese) 4Liu Yan-ping. Principle and Application of DSP Tutorial. Electrical network technologyM.Peking:Beijing Aeronautics and Astronautics Press 2005 (in Chinese) 5Ding Shu-shan,Nan Jun-xing. Computer protection and integrated automatio