专利名称：一种智能高压开关机械特性在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能电网高压电器的智能保护设备技术领域，具体涉及一种智能 高压开关机械特性在线监测系统。
背景技术：
一次高压开关设备作为电力系统中最重要的设备之一，肩负着控制和保护的双重 任务，如果在运行的过程中发生了故障又得不到及时的处理，将有可能给电网带来严重的 危害，其性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。国际大电网会议及我国电力研究院关 于高压断路器故障的统计调查显示，断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的 86% )发生在机械机构，主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，因而加强对GIS设备 操动机构机械特性的监测，提前发现潜在故障，对降低电力系统的运行成本、提高电力系统 的安全性和可靠性具有非常重大的意义。在线监测及故障判断的专家诊断系统通过测量传 感器测到的机械特性曲线是在线监测分析系统的最重要的数据。一方面，积累大量的正常 状态和故障状态下的断路器动作数据，形成样本库，可以作为断路器进行故障诊断的依据； 另一方面，在线监测系统要求在线采集并记录断路器整个生命周期的动作数据，作为机构 健康状态和寿命预测的原始数据。由此，实时数据的存储管理、开关状态的自我诊断以及与 站控层的实时通信，成为智能化一次高压开关设备机械特性在线监测系统的关键环节。在以往的电力系统在线监测系统的解决方案中，多采用大容量存储FLASH芯片等 作为数据存储器，下位信号处理电路系统与上位机之间的传输通信多采用串口或者CAN总 线通信方式，无法存贮大量数据，而且采样得到的数据直接上传至站控层的服务器计算机 进行数据处理和分析，并不能达到高压开关本身具备自我诊断的智能化要求。GIS作为一种主要的一次智能电器设备，其操动机构的在线监测及故障判断的专 家诊断系统就是其智能化的一项主要指标。符合智能化GIS的机械特性在线监测系统，不 仅包括硬件元器件的选择和核心控制芯片的选型、原理的设计，还必须具备操动机构故障 的智能专家诊断技术以及符合智能电网要求的变电站通讯网络和系统标准IEC61850规定 的GOOSE报文传输协议的标准通讯接口。这就要求对GIS长期运行的大量机械特性数据进 行有效的存储、合理的管理以及适时的按照新的智能电网通讯接口上传。数据上传到站控 层网络后其格式能被windows系统识别和应用软件调用。目前，因为传统的断路器机械特性在线监测装置不具备就地的数据文件管理系 统，以及符合智能电器标准要求的传输的通讯协议接口，所以就只能单一的测量和显示机 械特性参数，或者由站控层服务器来判断开关的故障状态，不能就地对机构的机械状态和 故障的进行自我专家诊断，而这些都是本实用新型所要解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种智能高压开关机械特 性在线监测系统，该种系统在串口和CAN通信的基本功能之外，开发出基于SD卡的大容量数据存储和处理方法，以及基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信方式，设计出文件管理 系统，能有效的把线监测装置实时在线测量和记录生成FAT格式的windows系统可识别文 件，使其具有自我诊断能力，方便管理。本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的该种智能高压开关机械特性在线监测系统，具体包括处理器模块、SD卡记忆模块 和通讯接口模块；所述处理器模块分别与SD卡记忆模块和通讯接口模块连接；所述SD卡 记忆模块与处理器模块之间采用SPI总线模式传输协议。上述通讯接口模块选用型号为DM9000A的嵌入式以太网芯片及信号变压电路，所 述通信接口模块选用双绞线物理接口和光纤物理接口并存的连接方式。上述双绞线物理接口选用标准RJ45接头；所述光纤物理接口选用型号为 BF0C/2. 5的ST连接头。本实用新型具有以下有益效果本实用新型在串口和CAN通信的基本功能之外，开发了基于SD卡的大容量数据存 储和管理方法，以及基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信方式，设计了基于SD卡的大 容量存储和文件管理系统，能有效的把线监测装置实时在线测量和记录动触头行程曲线、 分合闸操动线圈电流波形、储能电机电流波形、辅助触点开关状态等曲线数据在就地的采 样电路板上生成FAT格式的windows系统可识别文件，在系统里面归类管理，生成就地文件 系统，并在此基础上才能够进一步进行故障诊断，使得开关自行判断自身故障，不需要把原 始数据传输到上位机分析，做到了高压开关设备的自我诊断能力。
图1为SD卡与控制芯片连接图；图2为SD卡连接电路；图3为UDP/IP通讯接口硬件电路；图4为SD卡驱动的上电初始化函数hitSD流程图；图5为SD卡操作函数软件流程；图6为数据存储文件系统的层次化搭建构图；图7为以太网通信模块的层次化搭建构图。
具体实施方式
本实用新型的智能高压开关机械特性在线监测系统，具体包括处理器模块、SD卡 记忆模块和通讯接口模块；处理器模块分别与SD卡记忆模块和通讯接口模块连接；SD卡记 忆模块与处理器模块之间采用SPI总线模式传输协议。上述处理器模块是以TMS320F2812芯片为处理核心的最小系统。上述SD卡记忆 模块包括相互连接的主控芯片和记忆体，所述记忆体由flash芯片实现。上述通讯接口模 块选用型号为DM9000A的嵌入式以太网芯片及信号变压电路，所述通信接口模块选用双绞 线物理接口和光纤物理接口并存的连接方式。上述双绞线物理接口选用标准RJ45接头；所 述光纤物理接口选用型号为BF0C/2. 5的ST连接头。基于以上的在线监测系统，本实用新型的GIS机械特性在线监测的就地数据处理方法为首先建立基于SD卡的FAT格式机械特性曲线数据文件存储管理系统；然后通过编 写基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信协议建立文件管理系统与变电站网络的通讯。
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述(1)建立基于SD卡的FAT格式机械特性曲线数据文件存储管理系统。SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于Flash的新一代存储器，具有体 积小、容量大、数据传输快、移动灵活、安全性能好、抗冲击能力强等优点，是许多嵌入式电 子装置理想的外部存储介质。本实用新型选用16GB容量的SD卡记忆模块作为系统的存储 介质，SD卡记忆模块主要有主控芯片和记忆体构成，记忆体由flash芯片实现，外部电路完 成和主控芯片的通信来驱动SD卡，底层的工作由控制芯片内部自动完成，如图1所示。SD 卡有SD总线和SPI总线两种模式，其中SD总线模式采用4条数据线并行传输数据，数据传 输速率高，但传输协议复杂，而软件模拟比较繁琐；SPI总线模式传输协议简单，易于实现， 本实用新型采用这种传输协议。本实用新型的处理器模块是以TMS320F2812芯片为处理核心的最小系统。 TMS320F2812具有增强型SPI接口，通信时钟最高可为系统时钟的1/4。系统TMS320F2812 作为主机，SD卡处于从机模式。SPI模式下使用四根信号线和SD卡进行通信，即片选信号 SPICS，时钟信号SPICLK，数据输入信号SPIS0MI，数据输出信号SPISIM0。具体连接电路如 图2所示。(2)通过编写基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信协议建立文件管理系统与 变电站网络的通讯。本实用新型高压断路器机械特性在线监测系统的各项实时监视，既要求无间断优 先数据通信的可靠性，还应满足变电站中多个标准与专有协议的要求。作为标准变电站通 信协议，IEC61850规定了网络设备的通信规范，从而满足基于以太网技术的可扩展性与兼 容性要求。高压断路器机械特性在线监测系统作为智能变电站的主IED设备，必须要满足 相应通信协议。智能电网通讯接口选用型号为DM9000A的嵌入式以太网芯片及相关信号变压电 路，通信接口的物理介质系统选用双绞线和光纤并存的口连接方式，硬件电路设计见图3。 其中，双绞线物理接口选用通用标准RJ45接头。光纤物理接口选用BF0C/2. 5，也就是ST连 接头。由IEC61850通信规范出发，着重建立并实现断路器状态在线监测数据的以太网通信 方式，配合数字化变电站自动化功能的分布式实现。综上所述，本实用新型提供的该种服务于GIS机械特性在线监测及故障判断专家 诊断系统的数据文件管理系统的硬件设计和软件算法设计。实用新型开发了基于SD卡的 大容量数据存储和管理方法，以及基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信方式，设计了基 于SD卡的大容量存储和文件管理系统，能有效的把线监测装置实时在线测量和记录动触 头行程曲线、分合闸操动线圈电流波形、储能电机电流波形、辅助触点开关状态等曲线数据 在就地的采样电路板上生成FAT格式的windows系统可识别文件，在系统里面归类管理，生 成就地文件系统，并在此基础上使得开关可以进一步进行故障数据分析，不需要把原始数 据传输到上位机分析，做到了高压开关设备的自我诊断能力。本实用新型同时设计了基于 UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信协议，能随时传输文件管理系统的任何文件到变电站 以太网络上的任何终端，使得高压断路器机械特性在线监测系统的实时数据管理能力及网
5络通信能力得到综合提升。
权利要求1.一种智能高压开关机械特性在线监测系统，其特征在于，包括处理器模块、SD卡记 忆模块和通讯接口模块；所述处理器模块分别与SD卡记忆模块和通讯接口模块连接；所述 SD卡记忆模块与处理器模块之间采用SPI总线模式传输协议。
2.根据权利要求2所述的智能高压开关机械特性在线监测系统，其特征在于，所述处 理器模块是以TMS320F2812芯片为处理核心的最小系统。
3.根据权利要求2所述的智能高压开关机械特性在线监测系统，其特征在于，所述SD 卡记忆模块包括相互连接的主控芯片和记忆体，所述记忆体由flash芯片实现。
4.根据权利要求2所述的智能高压开关机械特性在线监测系统，其特征在于，所述通 讯接口模块选用型号为DM9000A的嵌入式以太网芯片及信号变压电路，所述通信接口模块 选用双绞线物理接口和光纤物理接口并存的连接方式。
5.根据权利要求5所述的智能高压开关机械特性在线监测系统，其特征在于，双绞线 物理接口选用标准RJ45接头；所述光纤物理接口选用型号为BF0C/2. 5的ST连接头。
专利摘要本实用新型公开了一种智能高压开关机械特性在线监测系统，该系统包括处理器模块、SD卡记忆模块和通讯接口模块；处理器模块分别与SD卡记忆模块和通讯接口模块连接；SD卡记忆模块与处理器模块之间采用SPI总线模式传输协议。本实用新型在串口和CAN通信的基本功能之外，开发出基于SD卡的大容量数据存储和处理方法，以及基于UDP/IP的TFTP文件传输以太网通信方式，设计出文件管理系统，能有效的把线监测装置实时在线测量和记录生成FAT格式的windows系统可识别文件，使其具有自我诊断能力，方便管理。
文档编号G06F17/30GK201887442SQ20102064086
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者张祥全, 朱敏亦, 殷晓刚, 路俊勇 申请人:中国西电电气股份有限公司, 西北电网有限公司