具有以太网接口的变电站监控系统设计

文章摘要：摘 要：本文介绍了具有工业以太网接口的变电站监控系统的设计与实现。提出了双CPU结构的变电站监控系统，数字信号处理器TMS320VC5402作为主CPU，用于以太网接口的控制管理，以及定时向上位计算机发送数据，同时读取下位数字信号处理器采集的数据。数字信号处理器TMS320LF2407A作为从CPU，用于键盘、显示的控制，开关量、脉冲量、电网频率、模拟量等数据的采集以及模拟量和继电器的输出控制。系统软件支持MAC, TCP/IP等协议规范，从而实现了监控系统的网络化。给出了数字信号处理器TMS320VC5402与以太网控制器RTL8019AS的硬件设计及嵌入式TCP/IP协议的汇编程序设计。

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摘 要：本文介绍了具有工业以太网接口的变电站监控系统的设计与实现。提出了双CPU结构的变电站监控系统，数字信号处理器TMS320VC5402作为主CPU，用于以太网接口的控制管理，以及定时向上位计算机发送数据，同时读取下位数字信号处理器采集的数据。数字信号处理器TMS320LF2407A作为从CPU，用于键盘、显示的控制，开关量、脉冲量、电网频率、模拟量等数据的采集以及模拟量和继电器的输出控制。系统软件支持MAC, TCP/IP等协议规范，从而实现了监控系统的网络化。给出了数字信号处理器TMS320VC5402与以太网控制器RTL8019AS的硬件设计及嵌入式TCP/IP协议的汇编程序设计。 

关键字：以太网;监控系统;数字信号处理器（DSP）

1 引言

　　随着计算机、通信、网络等信息技术的发展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统已是一个趋势。

　　目前应用较多的变电站监控系统是现场总线型结构，20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术，以全数字通信代替4～20mA电流的模拟传输方式，然而，现场总线技术在其发展过程中也存在许多不足，市场上的各种现场总线无法达成统一，相互之间不能兼容，与此相反，以以太网为代表的COTS（Commercial-Off-The-Shelf）信息网络通信技术却以其协议简单、完全开放、稳定性和可靠性好而获得了全球的技术支持。与现场总线相比，以太网具有应用广泛、成本低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续发展潜力大、易与Internet连接，能实现办公自动化网络与工业控制网络的信息无缝集成等优点。

　　本文以TI公司的TMS320VC5402数字信号处理器和Realtek公司的以太网控制器芯片RTL8019AS为核心，研制了一套网络化的变电站监控系统，实现了对变电站监控管理的自动化、数字化和网络化。

2 系统结构

　　变电站监控系统总体结构设计采用双CUP结构，系统结构图如图1所示。系统采用主从结构，数字信号处理器TMS320VC5402作为主CPU，用于嵌入式以太网接口控制管理，主要用作通讯管理，定时向上位计算机发送数据，同时读取下位数字信号处理器采集的数据。数字信号处理器TMS320LF2407A作为从CPU，用于管理监控系统的键盘、显示和开关量、脉冲量、电网频率、模拟量等数据采集，以及模拟量和继电器输出控制。TMS320VC5402与TMS320LF2407A之间采用串行通讯。

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3 信号采集部分硬件电路设计

　　监控系统主要是对现场信号进行采集，并把它转换成相应的电参量显示出来，通过以太网传送到其它计算机。信号采集部分的采集信号有：经过外部电压和电流互感器转化后的三相交流电压和三相相电流;反映变电站线路状态及保护运行的开关量;功率表脉冲量以及电网频率。

　　信号采集部分设计采用TI公司的TMS320LF2407A作为嵌入式微处理器，选用ISSI公司的IS61LV6416低电压、低功耗的高速静态RAM作为外部数据存储空间和调试时程序空间的扩展，程序存储器使用TMS320LF2407A内部32K的FLASH，可编程逻辑器件MAX7128STC100-6用于集成外围数字电路。键盘的4个按键信号输入给MAX7128STC100-6，产生一个XINT1信号作为TMS320LF2407A的外部中断输入，同时将4个按键送入TMS320LF2407A的I/O口。采用液晶显示模块QPY-ENH6255显示相应采集数据。系统参数，包括电压互感器变比、电流互感器变比，由掉电非易失的电压监控、看门狗定时器、数据存储芯片X25045保存。对于开关量和脉冲量都用光耦进行了隔离，隔离后的开关量和脉冲量信号经过MAX7128STC100-6，送入TMS320LF2407A的外部I/O输入端口。电网频率是通过TMS320LF2407A的捕获口CAP1硬件采样的。为了实现对电力系统的远程保护，监控系统设有经过驱动的继电器输出端口。通过12位的A/D转换器AD1674完成对电压、电流信号的采集，TMS320LF2407A的通用I/O口、MAX7128STC100-6用来控制AD1674采样的读写和转换时序。系统扩展了D/A转换器，D/A转换器采用MAXIM公司的12位D/A芯片MX7545，片选信号 、写信号 通过MAX7128STC100-6译码产生，而12位数据线也由MAX7128STC100-6缓冲，起到隔离作用。

4 通讯部分硬件电路设计

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