智能化模拟断路器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能化模拟断路器，设置于在电力系统的继电保护与综合自动化实训系统中用于进行仿真，其分别与仿真主机和智能终端相连接，其包括模拟断路器和智能插件；智能插件包括具有ARM和DSP双CPU架构的处理芯片、与处理芯片相连接的开入开出电路；处理芯片包括写有ARM程序的ARM核和写有DSP程序的DSP核，DPS核通过光纤与仿真主机相信号连接，ARM核通过光纤与智能终端相信号连接；开入开出电路通过接口电路与模拟断路器相连接。采用本发明的智能化模拟断路器，仿真主机通过光纤知晓模拟断路器开关状态，也可以下发多种控制模拟断路器的命令，从而满足实训仿真的需要；通过光纤的连接，解决了电缆连线的弊端，节约电缆，而且保证通讯的可靠性。
【专利说明】智能化模拟断路器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于进行电力系统实训仿真的智能化模拟断路器。
【背景技术】
[0002] 模拟断路器是电力系统继电保护与综合自动化实训系统中不可缺少的一个重要 组成部分。如附图1所示，现有的模拟断路器通过电缆分别和仿真主机和智能终端相连，其 主要功能如下： 1、 仿真主机仅仅通过采集模拟断路器的辅助触点，知晓模拟断路器的开关状态； 2、 智能终端将跳合闸命令发到模拟断路器，由模拟断路器来模拟断路器的工作情况。
[0003] 上述现有的模拟断路器主要存在下列问题： 1、 仿真主机和模拟断路器通讯信号过于简单，仅限于模拟断路器的开关状态信号，不 能满足实训仿真的需要，如进行"断路器拒动"等功能的模拟； 2、 如果加强仿真模拟功能，则通过电缆连接的触点类型大量增加，电缆连线众多，接线 非常复杂； 3、 仿真主机和模拟断路器经常分开放置，相距很远，大量电缆将给现场布线带来不便， 可靠性受影响； 4、 智能终端与模拟断路器也是分开放置，电缆连线众多，接线复杂，如果距离很远，大 量电缆将给现场布线带来不便，可靠性受影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种能够模拟多种功能且接线简单、通讯可靠的智能化模拟 断路器。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种智能化模拟断路器，设置于在电力系统的继电保护与综合自动化实训系统中用于 进行仿真，其分别与仿真主机和智能终端相连接，其包括模拟断路器和智能插件； 所述的智能插件包括具有ARM和DSP双CPU架构的处理芯片、与所述的处理芯片相连 接的开入开出电路；所述的处理芯片包括写有ARM程序的ARM核和写有DSP程序的DSP核， 所述的DPS核通过光纤与所述的仿真主机相信号连接，所述的ARM核通过光纤与所述的智 能终端相信号连接；所述的开入开出电路通过接口电路与所述的模拟断路器相连接。
[0006] 所述的处理芯片还包括写有是否正在仿真的仿真状态标识的共享RAM，所述的共 享RAM分别与所述的ARM核和DSP核相连接。
[0007] 所述的开入开出电路包括连接于所述的处理芯片和所述的接口电路之间的可编 程芯片。
[0008] 所述的DSP核连接有千兆以太网接口，所述的千兆以太网接口与所述的仿真主机 的光纤口通过所述的光纤相连接；所述的ARM核连接有百兆以太网接口，所述的百兆以太 网接口与所述的智能终端的光纤口通过所述的光纤相连接。
[0009] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 1、 采用本发明的智能化模拟断路器，仿真主机可以通过光纤知晓模拟断路器开关状 态，也可以下发多种控制模拟断路器的命令，从而对模拟断路器进行智能化管理，使其能够 模拟多种功能，满足实训仿真的需要： 2、 本发明的智能化模拟断路器与仿真主机通过光纤连接，解决了长距离电缆连线的各 种弊端，不仅节约了大量电缆，而且两设备相距1公理以内都能保证通讯的可靠性； 3、 智能终端可以通过光纤对智能化模拟断路器发送指令，用一对光纤能传输所有的 开入、开出量信息，不仅节约了大量电缆，而且两设备相距1公理以内都能保证通讯的可靠 性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 附图1为现有的模拟断路器的示意图。
[0011] 附图2为本发明的智能化模拟断路器的示意图。
[0012] 附图3为本发明的智能化模拟断路器的智能插件的结构框图。
[0013] 附图4为本发明的智能化模拟断路器的工作流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
[0015] 实施例一：参见附图2所示。电力系统的继电保护与综合自动化实训系统是用于 对智能变电站运行维护人员进行培训所使用的系统，一种设置于在该系统中用于进行仿真 的智能化模拟断路器，包括模拟断路器和智能插件，其分别通过光纤与仿真主机和智能终 端相连接。
[0016] 参见附图3所示，智能插件包括处理芯片、与处理芯片相连接的开入开出电路。
[0017] 处理芯片为具有ARM和DSP双CPU架构的芯片，本实施例中选用0MAP-L138芯片， 其包括写有ARM程序的ARM核、写有DSP程序的DSP核、仅供ARM核访问的ARM RBL、仅供 DSP核访问的DSP RBL、分别与ARM核和DSP核相连接以供访问的共享RAM。ARM核及其所连 接的模块和接口构成ARM子系统，而DSP核及其所连接的模块和接口构成DSP子系统。共 享RAM中写有是否正在仿真的仿真状态标识。
[0018] 开入开出电路通过接口电路与模拟断路器相连接，开入开出电路包括连接于处理 芯片和接口电路之间的可编程芯片。
[0019] 由于处理芯片包括ARM子系统和DSP子系统，因而软件设计分为ARM子系统的软 件设计和DSP子系统的软件设计，对应ARM和DSP分别是不同的指令集和编译器。ARM子 系统主要用于实现与智能终端的通信，其采用GOOSE协议，并采用嵌入式Linux操作系统。 Linux操作系统具有强大可定制，体系结构灵活且易于裁剪。嵌入式Linux的软件部分需 要完成UBL移植，U-B00T移植，Linux内核移植和文件系统的移植。DSP子系统用于实现与 仿真主机、与模拟断路器信号交换数据，DSP子系统的软件设计采用无操作系统，用TI公司 提供的CCS软件进行设计。0MAP-L138芯片为ARM+DSP双CPU架构的处理芯片，其内部有 128KB的共享内存可作为双方缓存数据，增加了两个核之间的中断，共计7个中断，其中ARM 子系统有5个DSP中断事件，DSP子系统有2个ARM中断，ARM和DSP使用系统控制模块中 的INTGEN寄存器相互中断，实现通信。该0MAP-L138处理芯片的启动过程如下： 1、 开机上电，在BOOT管脚上配置的启动方式被锁定采样到SYSCFG模块的BOOTCFG寄 存器，从而确定处理芯片的启动方式； 2、 该处理芯片的启动默认值是：ARM核休眠，DSP核使能。所以这时候DSP核启动， DSP核从片内DSP L2 ROM处读取指令执行，这里有已经固化的仅DSP核可以访问的ROM Bloader，简称 DSP RBL ; 3、 DSP核的RBL做一些简单的初始化后，就通过PSC模块使能ARM核，休眠自己。然 后ARM核从片内的RAM Local ROM处读取指令并执行，这里面有已经固化好的ARM ROM Bootloader，简称 ARM RBL ; 4、 ARM核的RBL做一些初始化后，根据BOOTCFG寄存器的设定，从指定的地方读取用于 启动 U-Boot 的 Bootloader，即 U-Boot BootLoader，简称 UBL ; 5、 当ARM RBL读取到UBL后就根据其AIS格式中的命令初始化、加载并运行UBL。然后 UBL加载运行U-Boot，U-Boot根据启动参数启动Linux, Linux根据启动参数加载根文件系 统； 6、 这时ARM核上的Linux就运行起来了，但DSP核还处于休眠状态。在Linux经过一 系列初始化后会执行跟文件系统中/etc/profile的指令。在这里添加插入DSP Link内核模 块的命令，就会在/dev目录下产生一个叫dsplink的设备文件。这个DSP Link内核模块就 是通过前面所说的中断和PSC设定就可以完成与DSP核的通信与控制。
[0020] 7、然后再执行ARM核的程序，在ARM核程序中使用DSP Link的库函数来访问 dsplink设备，从而在用户空间实现对DSP核的控制与通信。ARM核程序中使用DSP Link库 函数加载DSP端的应用程序到内存，使用DSP Link的PR0C函数启动DSP核，然后ARM核和 DSP核就都各自独立运行起来了，通过DSP Link来进行通信。
[0021] 系统启动后，可以进行所需的模拟断路器的仿真，此时仿真主机可以通过光纤向 该智能化模拟断路器发送仿真控制命令来进行仿真，也可以采集智能化模拟断路器的开关 状态。智能终端则可以通过光纤向该智能化模拟断路器发送变位命令。
[0022] 参见附图4所示，智能插件的ARM子系统的工作过程为：ARM核的程序启动DSP核 的程序后，开启中断，开如下步骤 ： 步骤1 :查询共享RAM中的仿真状态标识，一直要等到仿真状态标识为正在仿真标识 后，进行步骤2 ; 步骤2 :查询智能终端的光纤口，查询是否收到包含变位信号的G00SE数据包，如果收 到G00SE数据包，则根据G00SE数据包中的配置信息或默认设置解G00SE数据包，将解完后 的变位信号写入共享RAM中，并通过DSP Link中断DSP，DSP响应中断，将变位开出信号通 过连接模拟断路器的接口电路送给模拟断路器。然后ARM程序再重复以上过程，又从步骤 1开始。
[0023] 其中ARM子系统使用了 3个DSP中断事件，分别是：1、G00SE数据包配置中断，该中 断让ARM核从共享RAM中的相应位置读入G00SE配置数据及正在仿真标识等等信息；2、仿 真G00SE数据包中断，该中断让ARM核从共享RAM中相应位置读入仿真主机要发送的G00SE 数据包，或者根据GOOSE数据包的配置数据，通过光纤口发送出去；3、停止仿真中断，该中 断让ARM核知道，仿真已停止，仿真状态标识由正在仿真标识变为停止仿真标识，ARM核的 程序进入等待仿真开始的状态。
[0024] DSP子系统工作过程为：DSP核端程序运行后，先做一些初如化工作，如初如化仿 真主机光纤口等等，然后不停读仿真主机光纤口，等待仿真主机发送过来的配置数据，配置 数据包括对智能化模拟断路器的配置以及GOOSE数据包的配置信息，当配置数据交换完 后，仿真主机马上开始启动仿真，仿真开始。DSP核程序在收到GOOSE数据包的配置后，会 将GOOSE数据包的配置数据和正在仿真标识写入共享RAM中，并通过DSP Link中断通知 ARM核。仿真开始后，每个仿真步长中，仿真主机都会同步地向每个仿真主机光纤口发送包 含命令的数据，DSP核端程序循环读取仿真主机光纤口，收到新的数据包后，根据数据包类 型进行分别处理。这里接收的数据包主要分为3类：1、开出量数据包：收到开出量数据包 后，智能插件通过连接模拟断路器的接口电路将开出量信号对应地送给模拟断路器；2、仿 真GOOSE数据包：收到仿真GOOSE数据包后，DSP核端程序写入共享RAM中，并通过DSP Link 中断通知ARM核；3、停止仿真数据包：收到停止仿真数据包后，本次仿真结束，仿真主机停 止仿真，DSP核端程序通过DSP Link中断通知ARM核仿真结束后，重新初如化自己，然后不 停读仿真主机的光纤口，等待仿真主机发送过来的配置操作，进行下一次新的仿真。
[0025] DSP核使用了 1个ARM中断事件，当收到ARM中断后，DSP进入中断程序，DSP核从 共享RAM中相应位置读入数据，将变位开出信号通过连接模拟断路器的接口电路发送给模 拟断路器。
[0026] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种智能化模拟断路器，设置于在电力系统的继电保护与综合自动化实训系统中用 于进行仿真，其分别与仿真主机和智能终端相连接，其特征在于：其包括模拟断路器和智能 插件； 所述的智能插件包括具有ARM和DSP双CPU架构的处理芯片、与所述的处理芯片相连 接的开入开出电路；所述的处理芯片包括写有ARM程序的ARM核和写有DSP程序的DSP核， 所述的DPS核通过光纤与所述的仿真主机相信号连接，所述的ARM核通过光纤与所述的智 能终端相信号连接；所述的开入开出电路通过接口电路与所述的模拟断路器相连接。
2. 根据权利要求1所述的智能化模拟断路器，其特征在于：所述的处理芯片还包括写 有是否正在仿真的仿真状态标识的共享RAM，所述的共享RAM分别与所述的ARM核和DSP核 相连接。
3. 根据权利要求1所述的智能化模拟断路器，其特征在于：所述的开入开出电路包括 连接于所述的处理芯片和所述的接口电路之间的可编程芯片。
4. 根据权利要求1所述的智能化模拟断路器，其特征在于：所述的DSP核连接有千兆 以太网接口，所述的千兆以太网接口与所述的仿真主机的光纤口通过所述的光纤相连接； 所述的ARM核连接有百兆以太网接口，所述的百兆以太网接口与所述的智能终端的光纤口 通过所述的光纤相连接。
【文档编号】G09B23/18GK104064070SQ201410324458
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】陈剑, 李世倩, 傅洪全, 陶红鑫 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司生产技能培训中心, 北京殷图仿真技术有限公司