专利名称：智能在线标定系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能电网，尤其涉及一种用于数字化变电站中的高压开关设备的智能 在线标定系统。
背景技术：
智能电网是一个完整的信息架构和基础设施体系，实现对电力客户、电力资产、电力运营的持续监视，利用“随需应变”的信息提高电网公司的管理水平、工作效率、电网可靠 性和服务水平。对于智能电网来说，数字化是其中重要的基础。目前，数字化变电站中对高 压开关设备均由之前的计划检修变为状态检修，故状态监测成为必然的趋势，而其中关键 的传感器采集技术成为重中之重。通过传感器采集高压开关设备的相关参数而对设备实施 实时监控及故障诊断是必由之路。但众所周知，传感器受相关因素的影响，例如温度、材料 等均存在一定程度的漂移，在一段周期之后，传感器的采样精度有所偏差，导致误差增大， 处理不好则会影响整个设备的正常运行，所以对传感器进行周期性的修正，即标定，成为了 必要。通常，数字化变电站中的高压开关设备需要在线监测参数包含压力、露点和温度， 它们均为采集GIS (气体绝缘全封闭配电装置)中密封气体的参数。传统的压力、温度、露点的标定均在实验室或公司内部进行，当在现场运行过程中 参数由传感器的特性发生漂移后，需取下监测设备，返回厂家甚至原厂进行重新标定。因这 三个传感器均为采集密封气体的参数，取下监测设备除耗费大量人力物力之外，还有可能 导致密封气体的泄露，严重地导致设备不能正常运行，此为变电站运行所要求的可靠、安全
大忌ο
发明内容
针对目前市场的需求，本发明的发明人通过潜心研究传感器的采集原理以及相关 技术，创新性的提出了一种新颖的一键智能在线标定系统。本发明的智能在线标定系统包括标定组件和被标定组件，其中所述标定组件包 含第一处理器；以及分别与所述第一处理器相连的第一压力传感器、第一露点传感器和 第一温度传感器；所述被标定组件包含第二处理器；以及分别与所述第二处理器相连的第二压力 传感器、第二露点传感器和第二温度传感器；其中，所述第一处理器与所述第二处理器经一 通信链路相互连接；其中，所述标定组件自动采集压力、露点和温度的第一组参数，并将所 述第一组参数传送到所述被标定组件，所述被标定组件将从所述标定组件获得的所述第一 组参数与自身采集的压力、露点和温度的第二组参数分别进行比较，根据所述比较的结果 对所述被标定系统的各传感器分别进行标定。根据一个优选实施例，在上述智能在线标定系统中，所述通信链路为CAN总线。根据一个优选实施例，在上述智能在线标定系统中，所述第一压力传感器经一放大电路和一模数转换电路连接到所述第一处理器。根据一个优选实施例，在上述智能在线标定系统中，所述第二压力传感器经一放 大电路和一模数转换电路连接到所述第二处理器。根据一个优选实施例，在上述智能在线标定系统中，所述第一压力传感器、第一露 点传感器和第一温度传感器的精度分别高于所述第二压力传感器、第二露点传感器和第二 温度传感器的精度。根据一个优选实施例，在上述智能在线标定系统中，通过所述CAN总线传送的数 据的帧格式为8个字节，依次为帧头、命令字、ID、四个数据字节以及校验码。本发明的智能在线标定系统可以实现系统的在线标定，即不需拆装监测设备，完 全消除了拆装设备对被测设备造成的危害。此外，本发明的智能在线标定系统还可以实现 一键式操作，即可一次性对被测设备进行全方位、系统性的标定。在操作层面上，本发明简 化了系统标定的操作，提供了系统自愈功能，满足了智能电网所提出的统一坚强智能电网 的要求。本发明的智能在线标定系统是真正的一键标定系统。在同类产品中处于绝对领先 的地位。应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的， 并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分， 附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中图1示出了本发明的智能在线标定系统的主要部件的示意性框图。图2示出了本发明的智能在线标定系统的标定流程图。图3示出了标定组件与被标定组件之间通过CAN总线传送的数据帧的帧格式。
具体实施例方式现在将详细参考附图描述本发明的实施例。图1示出了本发明的智能在线标定系统的主要部件的示意性框图。本发明的 智能在线标定系统100至少由标定组件和被标定组件构成。在图1中，该标定组件包含 ARM (Advanced RISC Machines)处理器111、压力传感器112、露点传感器113、温度传感器 114。特别是，在图1所示的优选实施例中，在压力传感器112与ARM处理器111之间还设 置了一放大电路115和模数转换(A/D)电路116。对应地，被标定组件包含嵌入式处理器 101、压力传感器102、露点传感器103、温度传感器104。特别是，在优选的实施例中，在压 力传感器102与嵌入式处理器101之间还设置了一放大电路105和模数转换(A/D)电路 106。该标定组件通过ARM处理器111与嵌入式处理器101之间的CAN总线与被标定组件 相连接。当然，本发明并不限于该特定的CAN总线，也可以采用业内已知的其他通信链路形 式而不会影响本发明的实施。被标定组件用于进行实时在线监测。根据本发明的一优选实施例，通过压力、露点及温度传感器102-104 (其中，压力精度为1级、露点为正负3度、温度为正负1度)。这三种传感器均与被测设备气路相连，采集到的压力、露点、温度的数值被汇总到嵌入式处理器 101，然后经另一 CAN总线(未图示)发送到服务器端，服务器端可以经以太网将监测数据 发送客户端供实时监测使用。针对上述实施例，标定组件采用精度高于上述传感器102-104的三种传感器112-114(其中，压力精度为0. 5级、露点为正负2度、温度为0. 5度)。这些传感器112-114 同样连接相通的气路部分以便对三种不同的参数分别进行采集。这些参数经ARM处理器 111汇总之后经图1所示的CAN总线传送到被标定组件。因此，被标定组件的处理器可以接 收从标定组件发出的参数，然后执行标定过程，实现人工智能标定。以下将结合图2详述利用图1所示的智能在线定标系统进行自动定标的操作过 程。在标定系统侧，如图2所示，当用户启动一键智能标定(步骤201)时，ARM处理器 将向传感器112-114发出指令(步骤202)，各处理器112-114分别采集压力、露点和温度的 第一组参数(步骤203)，该第一组参数在经过滤波及抗干扰处理(步骤204)后，需经过标 定授权确认核准(步骤205)，然后经图1所示的CAN总线传送到被标定系统(步骤206)。在被标定系统侧，如图2所示，所述被标定系统的嵌入式处理器101首先接收经 CAN总线传送的第一组参数(步骤207)。较佳地，需要先对所接收的第一组参数进行准确 度判断(步骤208)。接着，将上述第一组参数用压力传感器102、露点传感器103和温度传 感器104采集的第二组参数逐一进行比较(步骤209)。针对不同传感器采用人工智能算法 对其进行修正，即标定(步骤210)。优选地，本发明进一步提供了一再次检验的步骤。即，在上述步骤210之后，本发 明需要判断经标定后的传感器是否能达到预定的精确度，如果仍达不到该预定的精确度， 这可以向标定系统再次发出标定请求以重新执行上述步骤202-210。相反，如果经标定后的 传感器已能达到预定的精确度，则标定动作执行完毕。上述判断是否能达到预定的精确度 的操作例如可以是用经标定后的三个传感器102-104重新采集参数，然后与上述第一组参 数重新进行比较，以判断它们的误差是否小于预设值。根据本发明的另一方面，通过图1所示的CAN总线传送的数据的帧格式优选为8 个字节，依次为帧头、命令字、ID、四个数据字节以及校验码，如图3所示。以下将简要介绍采用本发明的一款特定产品的软硬件结构。该产品采用ARM微处 理器LPC2119，该单元是一款32位微处理器，其特点在于(1) LPC2119是基于一个支持实时 仿真和跟踪的16/32位arm7tdmi-stm cpu，并带有128kb嵌入的高速flash存储器。128位 宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规 模有严格控制的应用可使用16位thumb模式将代码规模降低超过30 %，而性能的损失却很 小。实行流水线作业，提供embedded ice逻辑，支持片上断点和调试点，具有先进的软件开 发和调试环境；(2) LPC2119具有非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10 位adc、2路can、pwm通道、多个串行接口，包括2个16c550工业标准uart、高速i2c接口 (400khz)和2个spi接口，46个gpio以及多达9个外部中断；(3) LPC2119内部集成2个can 控制器，每一个can控制器都与独立can控制器sjalOOO有着相似的寄存器结构。其主要 的区别在于标识符接收过滤的编程操作上，篇幅有限，这里不作详述；(4)LPC2119具备单 个总线上的数据传输速率高达lmb/s ；32位寄存器和ram访问；兼容Can2. Ob, isoll898-l规范；全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位标识符；验收滤波器为选择的标准标 识符提供full can-style自动接收。该产品的can接口部分包括lpc2119(内置can控制器)、光电耦合器和总线收发 器。can总线遵循iso的标准模型，分为数据链路层和物理层。在工程上通常由can控制 器和收发器来实现。收发器选择philips公司的tjal050高速收发器，它符合isoll898标 准。can控制器主要完成can的通信协议，实现报文的装配和拆分、接收信息的过滤和校验 等。收发器tjal050则是实现can控制器和通信线路的物理连接，提高can总线的驱动能 力和可靠性。为了进一步提高系统的抗干扰能力，lpc2119引脚txl、rxl与收发器tjal050并 不直接相连，而是通过高速光耦6nl37后与tjal050相连。电路中采用隔离型dc/dc模块 向收发器电路供电。dc/dc模块采用金升阳的b0505s-lw定电压输入隔离非稳压单输出型 dc/dc模块，隔离电压彡IOOOvdc0这样就可以很好地实现总线上各接点的电气隔离，这部分电路虽增加了接点的复杂性，但却提高了接点的稳定性和安全性。tjal050与can总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。canh和canl 与地之间并联两个小电容ch和cl可以滤除总线上的高频干扰并具备一定的防电磁辐射能 力。电容值须由节点的数量和波特率决定，当tjal050的输出级阻抗大约是20，总线系统 有10个节点速度是500kbit/s，则电容的值不应该超过470pf。另外在两根can总线接入 端与地之间分别反接了一个保护二极管。当can总线有较高的负电压时，二极管的短路可 起到一定的过压保护作用。根据tjal050的特性，本设计中can终端电阻使用了分裂终端， 即总线端节点的两个终端电阻都被分成两个等值的电阻，用两个60的电阻代替一个120的 电阻，这样可以有效的减少辐射。由于使用了分裂终端tjal050的emc，性能得到优化而且 不会产生扼流。在软件方面，该产品的软件调试环境采用keil公司的keil uvision 3，通过 ulink仿真调试。软件设计关键部分是编写can控制器(在lpc2119内部)的驱动程序。 主程序只需通过调用驱动程序提供的接口来实现数据的接收和发送。can控制器驱动程序 包括四部分内容can控制器的初始化、报文的接收、报文的发送和总线异常处理。lpc2119中can控制器的初始化系统是否能正常地工作，初始化程序的设计是个关键。必须对写入每个寄存器的 内容进行仔细和全面的考虑，否则系统将无法正常运行。can初始化主要是设置can的通 信参数，即通过对can控制器中的寄存器进行设置，从而确定can控制器的工作方式等。 lpc2119中can控制器的初始化与独立can控制器sjalOOO初始化过程相似。初始化can控 制器的操作包括硬件使能、配置管脚连接、软件复位、设置总线波特率、配置模式寄存器、 配置中断工作方式、配置验收滤波器工作方式、启动can等。设置总线波特率是个难点，所 有can节点的波特率要相同才能正常工作，要注意正确配置vpbdiv和pll寄存器。can报文的接收can报文的接收采用中断方式。在arm7tdmi核处理器中向量中断控制器(vie)具 有32个中断请求输入，可将其编程分为3类fiq、向量irq和非向量irq。lpc2119芯片具 有24个中断源，每个片内外设都有一条中断线连接到向量中断控制器，其中can控制器的 vie通道号是19-23。考虑到can控制器的中断源较多，笔者采用非向量中断。为了避免接收到的数据因为没有得到及时处理而造成数据丢失，笔者定义了接收缓冲区，采用环形缓 冲结构(类似于sjalOOOcan控制器中64字节fifo环形缓冲)来接收数据。结合定义的 环行缓冲区来进行can报文的接收程序设计。can报文的发送lpc2119中can控制器为了提高大量数据发送的效率，每个can控制器配有三个独 立的发送缓冲寄存器，这点和SjalOOO有所不同。因此与SjalOOO的发送程序相比要相对 复杂。因为发送时是根据缓冲区的实际情况有选择的把数据写入三个发送缓冲之一。每个 缓冲区的状态通过查询cansr得知。所以在设计发送程序的时候要先判断哪个缓冲是空闲 的，然后在把数据写进缓冲区，启动发送。can总线异常处理中断程序can控制器根据Can2. 0规范来对can总线上发生的错误进行处理。在总线发生严 重故障的情况下，can节点有可能脱离总线，此时以下寄存器被置位Cansr的bs位、canir 的bei和ei位以及canmod的rm位。软件下一步必须置零rm位。发送错误计数器将递减 计数(11个连续的隐性位)的第128个事件，总线释放条件软件可通过读取tx错误计数器 对计数器递减计数的情况进行监测。其它一些不是很严重的错误一般不会引起总线错误， 即使不处理也不会产生什么致命错误，如果为了提高中断处理速度，可根据实际情况裁剪 中断服务程序。本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术 方案范围内的对本发明的修改和变型。
权利要求
一种智能在线标定系统，包括标定组件和被标定组件，所述标定组件包含第一处理器；以及分别与所述第一处理器相连的第一压力传感器、第一露点传感器和第一温度传感器；所述被标定组件包含第二处理器；以及分别与所述第二处理器相连的第二压力传感器、第二露点传感器和第二温度传感器；其中，所述第一处理器与所述第二处理器经一通信链路相互连接；其中，所述标定组件自动采集压力、露点和温度的第一组参数，并将所述第一组参数传送到所述被标定组件，所述被标定组件将从所述标定组件获得的所述第一组参数与自身采集的压力、露点和温度的第二组参数分别进行比较，根据所述比较的结果对所述被标定系统的各传感器分别进行标定。
2.如权利要求1所述的智能在线标定系统，其特征在于，所述通信链路为CAN总线。
3.如权利要求1所述的智能在线标定系统，其特征在于，所述第一压力传感器经一放 大电路和一模数转换电路连接到所述第一处理器。
4.如权利要求1所述的智能在线标定系统，其特征在于，所述第二压力传感器经一放 大电路和一模数转换电路连接到所述第二处理器。
5.如权利要求1所述的智能在线标定系统，其特征在于，所述第一压力传感器、第一露 点传感器和第一温度传感器的精度分别高于所述第二压力传感器、第二露点传感器和第二 温度传感器的精度。
6.如权利要求2所述的智能在线标定系统，其特征在于，通过所述CAN总线传送的数据 的帧格式为8个字节，依次为帧头、命令字、ID、四个数据字节以及校验码。
全文摘要
本发明提供了一种智能在线标定系统，包括标定组件和被标定组件，所述标定组件包含第一处理器；以及分别与所述第一处理器相连的第一压力传感器、第一露点传感器和第一温度传感器；所述被标定组件包含第二处理器；以及分别与所述第二处理器相连的第二压力传感器、第二露点传感器和第二温度传感器；其中，所述第一处理器与所述第二处理器经一通信链路相互连接；其中，所述标定组件自动采集压力、露点和温度的第一组参数，并将所述第一组参数传送到所述被标定组件，所述被标定组件将从所述标定组件获得的所述第一组参数与自身采集的压力、露点和温度的第二组参数分别进行比较，根据所述比较的结果对所述被标定系统的各传感器分别进行标定。本发明的智能在线标定系统可实现一键标定，而不需拆装监测设备，避免了拆装设备对被测设备造成的危害。
文档编号G01L27/00GK101839790SQ20101016791
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者周学生 申请人:上海哈德电气技术有限公司