一种基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置，包括开关状态监测回路、调理电路、第一Ａ／Ｄ转换电路、ＦＰＧＡ和ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统，所述开关状态监测回路依次通过调理电路、Ａ／Ｄ转换电路与ＦＰＧＡ的输入端相连，所述ＦＰＧＡ的输出端通过数据总线地址总线与ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统的输入端相连，所述ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统包括ＳＤＡＲＭ、ＦＬＡＳＨ、串行接口、ＪＴＡＧ调试口、光纤以太网口、以太网口、复位看门狗、第二Ａ／Ｄ转换电路、晶振和电源。本实用新型专利技术提供的装置，数据传输快速可靠，能够满足报文传输实时性要求，并且降低以太网协议开销，减少报文长度，减少报文传输延时。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统保护设备，尤其涉及一种基于快速报文帧聚合技术的断 路器在线监测装置。
技术介绍
断路器作为电力系统中实现保护与控制功能的重要一次设备，其动作可靠性直接 关系到电力系统的安全与稳定，一旦发生故障将带来严重后果。常规变电站多采用离线例 行试验对断路器运行状态进行判断，预防性试验及计划检修存在盲目性大、费用高等缺点， 并且频繁的操作及过度的拆卸会降低断路器动作的可靠性。近年来，随着智能电网和数字 化变电站技术的发展，一种集检测、控制、通信等功能于一体的智能断路器受到广泛关注与 研究。智能断路器要求一次开关设备除了具有智能控制功能外，还应具有实时在线监测功 能，代表了电网数字化、网络化和智能化的发展方向。IEC 61850《变电站通信网络和系统》是目前世界范围内变电站自动化系统统一国 际标准，标准中为断路器状态量的检测定义了通用面向对象的变电站事件(简称GOOSE)模 型，通过基于交换式以太网的串行通信网络实现GOOSE报文在保护、测控、计量等智能电子 设备间的信息共享。GOOSE报文通信成功的重要指标取决于报文传输的实时性。为改善数 据通信的实时性，IEC 61850根据变电站数据需求的紧急程度将报文分为7个优先级(快 速报文、中速报文、低速报文、原始数据报文、文件传输报文、时间同步报文和具有访问控制 的命令报文)。GOOSE报文属于快速报文，额定传输延时限定在毫秒级以下。工程中GOOSE报文要负责断路器中机械行程、振动信号、分合闸线圈电流、开断电 流、主回路电流、主回路电压、导电接触部位的温度、绝缘状态、GIS气体密度、SF6气体微 水、分合间状态监测等众多数字量和状态量的传输，报文长度长、对报文传输的实时性有一 定的影响，目前主要通过提高以太网处理器的数据处理速度、扩大以太网交换机带宽和合 理配置虚拟LAN等外围技术减小GOOSE报文的传输延时，都未能从根本上提高报文的传输 速度。基于IEEE 802. Iln标准的帧聚合技术是近年来国际上新兴的一种提高WLAN吞吐 能力的方法，目前主要应用在无线局域网中。帧聚合技术通过改进报文的物理层和MAC层， 降低协议开销，减小报文长度，可有效提高物理层的传输速率。鉴于GOOSE报文在过程总 线中采用多播寻址的传播模式，多帧报文存在共同目的地址的特点，利用帧聚合技术可有 效减小多帧报文的总长度，减少报文在以太网交换机中的存储转发延时和光线中的传播延 时，提高报文传输实时性。
技术实现思路
专利技术目的为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种基于快速报文 帧聚合技术的断路器在线监测装置，采用双核处理器快速处理数据，运用帧聚合技术压缩 GOOSE报文，是一种具有超强实时性的高压断路器在线监测装置，其通信模式与互操作性符合IEC 61850标准。技术方案为实现上述目的，本技术采用的技术方案为一种基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置，包括开关状态监测回路、 调理电路、第一 A/D转换电路、FPGA和DSP/ARM双核操作系统，所述开关状态监测回路依 次通过调理电路、A/D转换电路与FPGA的输入端相连，所述FPGA的输出端通过数据总线 地址总线与DSP/ARM双核操作系统的输入端相连，所述DSP/ARM双核操作系统包括SDARM、 FLASH、串行接口、JTAG调试口、光纤以太网口(简称光纤口)、以太网口、复位看门狗、第二 A/D转换电路、晶振和电源。其中开关状态检测回路包括断路器，以及与断路器相连的各个检测回路，例如触 头行程检测回路、振动信号检测回路、分闸线圈电流检测回路、合闸线圈电流检测回路、触 头温度检测回路、开断电流检测回路、触头动作次数检测回路、微水含量检测回路、储能状 况监测检测回路、控制回路监测检测回路等，各个检测回路分别依次与相应的调理电路和 第一 A/D转换电路连接；第一 A/D转换电路负责对相应检测回路的检测信号进行A/D转换， 以实现在FPGA内对多路信号进行同步采集；FPGA通过数据总线地址总线与DSP/ARM双核 操作系统相连，相连后形成的系统主要对各输入量进行运算处理、GOOSE通信、扩展CAN通 信、串口通信、键盘控制、IXD显示、遥控输出等；串口主要作调试用，通过主机的超级终端 显示装置的调试信息和输出信息JTAG调试口主要功能是在线调试应用程序；光纤以太网 口主要是与交换机进行通信，以收发报文，光纤以太网口的个数可以为一个以上，当要求装 置通过光纤同时输出一路以上信号的情况下；由于所述装置运行的是嵌入式操作系统，各 种映像文件比较大，使用串行接口下载、拷贝的速度会比较慢，增加一个以太网口，能够完 成目标板与主机的快速通信；第二 A/D转换电路主要用于对低压断路器信息进行就地采 集。上述装置在上电后FLASH将自己内部的程序通过总线传给SDRAM，然后SDRAM再启 动所得的程序并带动ARM/DSP工作。 DSP/ARM双核操作系统可以采用TMS320DM64XX处理器，所述TMS320DM64XX处理器 具有强大的数据处理能力，DSP操作系统和ARM操作系统分别负责被监测数据的处理与网 络通信，能够解决状态监测数据庞杂的问题，具有较强的实时性。所述串行接口采用MAX203，所述MAX203其中的两路串口 RS232作为发送驱动端 口，所述MAX203其中的另两路串口 RS232作为接收驱动端口 ；所述MAX203可承受的最大电 流为15mA，工作电压为+5V。所述基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置中的DSP/ARM双核操作系 统自带以太网媒体访问控制层(简称MAC层)控制器，MAC层位于逻辑链路层(简称LLC)和 物理层(简称PHY)之间，主要由数据封装和媒体访问管理两个模块组成，完成数据的封装、 拆封、发送和接收功能。ARM采用DMA或FIFO的工作方式，通过媒体独立接口(简称Mil) 连接PHY双绞线或光纤收发器。所述基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置的PHY层采用LXT971A，完 成IEE802. 3标准中规定的物理代码子层和物理代码附加层，以及物理介质独立层的所有 功能；LXT971A直接支持10/100Mbit/S双绞线应用，也支持100Mbit/S光纤接口。所述基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置对G00SE快速报文采用帧聚合技术，对多个目的地址相同的GOOSE进行聚合，使其公用一个MAC层目的地址，以减少 报文长度。所述基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置还包括网卡芯片，在系统需 要多路以太网通信时，需要外扩以太网控制芯片，将网卡芯片通过以太网控制芯片与所述 装置连接，使得系统中的GOOSE报文通过光纤传输，而不是通过电缆传输。以太网控制芯 片可以为LAN9215，LAN9215是16位10/100Mbit/s以太网控制芯片，外部MII接口，其主 要特点是集成的以太网MAC层和PHY层；完全符合IEEE802. 3/802. 3u标准；10BASE-T和 100BASE-TX的支持；支持全双工和半双工模式；自动32为CRC生成和校验；全双工流量控 制；环回模式。有益效果本技术提供的基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置， 其通信系统基本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于快速报文帧聚合技术的断路器在线监测装置，其特征在于：所述装置包括开关状态监测回路、调理电路、对从开关状态监测回路的检测信号进行Ａ／Ｄ转换以实现在ＦＰＧＡ内实现多路信号同步采集的第一Ａ／Ｄ转换电路、ＦＰＧＡ和对输入量进行运算处理并进行ＧＯＯＳＥ通信的ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统，所述开关状态监测回路依次通过调理电路、Ａ／Ｄ转换电路与ＦＰＧＡ的输入端相连，所述ＦＰＧＡ的输出端通过数据总线地址总线与ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统的输入端相连，所述ＤＳＰ／ＡＲＭ双核操作系统包括ＳＤＡＲＭ、ＦＬＡＳＨ、串行接口、在线调试应用程序的ＪＴＡＧ调试口、与交换机进行通信并收发报文的光纤以太网口、以太网口、复位看门狗、用于对低压断路器信息进行就地采集的第二Ａ／Ｄ转换电路、晶振和电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梅军，郑建勇，黄灿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]