低壓斷路器網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)在電力、工業(yè)自動化和過程自動化領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的研究與應(yīng)用正在成為當(dāng)前業(yè)界熱點(diǎn)。我國低壓斷路器與國外同類產(chǎn)品相比整體性能偏低，尤其是其智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面存在許多技術(shù)難題，亟待研究與探索。 本文以低壓斷路器為研究對象，結(jié)合河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型智能斷路器研究”（F2005000077）進(jìn)行，重點(diǎn)研究了低壓斷路器網(wǎng)絡(luò)化過程中遇到的三方面

2、關(guān)鍵技術(shù)問題。 1．具有基2 按頻率抽?。―IF）FFT優(yōu)化算法的智能斷路器研究以TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F2812為核心處理器，在上海三意公司DSP開發(fā)板DSK（DSPStarter Kit）上，通過擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)，組建了低壓斷路器的智能控制部分。即，以TMS320F2812DSP硬件資源為基礎(chǔ)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了智能斷路器中脫扣器的各種智能保護(hù)功能和電量檢測功能。研究了基于快速傅立葉變換(FFT)算法的電網(wǎng)諧波分析

3、技術(shù)， DSP芯片上的軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)，及其在實(shí)際應(yīng)用中算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)的難易程度，在智能斷路器的控制芯片中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基2按頻率抽?。―IF）的FFT 算法，并對自適應(yīng)調(diào)整采樣率的軟件同步采樣算法做出改進(jìn)，減小了采樣誤差，提高測量精確度。利用TMS320F2812的串行通信接口(SCI)和控制器局域網(wǎng)(CAN)模塊，設(shè)計(jì)了基于CAN總線的多主通信接口，實(shí)現(xiàn)智能斷路器裝置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制功能。 2．智能斷路器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的硬件/軟

4、件架構(gòu)研究以ARM7 中LPC2294為硬件平臺中心，集成網(wǎng)卡芯片、CAN總線驅(qū)動器功能，構(gòu)建了支持TCP/IP-CAN 協(xié)議轉(zhuǎn)換的嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)與CAN總線的硬件接口，成為接入Internet 對智能斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集的支撐平臺。在分析μC/OS-II 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了合理的剪裁，并成功的嵌入到ARM 微處理器LPC2294 中，從而簡化了應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性與實(shí)時(shí)性

5、。根據(jù)智能斷路器系統(tǒng)的需要，分析TCP/IP協(xié)議體系以及CAN總線數(shù)據(jù)特點(diǎn)，對兩種協(xié)議進(jìn)行裁剪，去掉實(shí)際應(yīng)用中不需要的部分，并將精簡后協(xié)議在資源有限的ARM 微處理器上實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成了可以將TCP/IP和CAN協(xié)議相互轉(zhuǎn)換的新型TCP/IP-CAN協(xié)議棧。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)之間的透明連接。 3．工控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與協(xié)議優(yōu)化研究CAN現(xiàn)場總線屬于設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，位于三層工控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的底層，是信息流的起點(diǎn)，它的實(shí)時(shí)性、確定性、準(zhǔn)確性

6、等方面的好壞直接影響了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過對其介質(zhì)訪問控制機(jī)制和非破壞性逐位仲裁法的分析與探討，結(jié)合以太網(wǎng)和CAN總線數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，分別給出了CSMA/CD和CSMA/CA的時(shí)延數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步對兩種網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和丟包率等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)進(jìn)行了仿真，得出了一些重要結(jié)論。針對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，不同對象之間既有等級優(yōu)先關(guān)系，又有平等相似關(guān)系的實(shí)際情況；提出了一種基于TDMA理念的CAN總線協(xié)議的改進(jìn)方法，以保證系統(tǒng)中應(yīng)用對象的不同實(shí)時(shí)性要求

7、和彼此間性能的相對均衡關(guān)系。這種改進(jìn)方法一定程度上減少了網(wǎng)絡(luò)最大平均傳輸時(shí)延，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)超載時(shí)，可保證同等級節(jié)點(diǎn)平均分配網(wǎng)絡(luò)帶寬。 論文對智能斷路器軟硬件實(shí)現(xiàn)方法、可靠的高精度信息采集和精確的選擇性保護(hù)算法、現(xiàn)場總線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)等進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的硬件/軟件架構(gòu)及嵌入式TCP/IP-CAN 協(xié)議棧，分析了并改進(jìn)了CAN 協(xié)議的實(shí)時(shí)性，搭建了Internet/Intranet/Infranet 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對低壓