基于以太網(wǎng)的電力智能監控終端的研究
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本文介紹了一種基于以太網(wǎng)的電力智能監控終端系統。該系統以16位單片機XAS3為核心處理器，利用W3100進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉換，實(shí)現設備網(wǎng)絡(luò )化功能。系統中各種功能模塊通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與主處理模塊進(jìn)行數據交換，系統通過(guò)以太網(wǎng)與調度系統通訊，實(shí)現對變電站內設備的遠程監控。文中重點(diǎn)介紹如何利用W3100進(jìn)行TCP/IP協(xié)議轉換，實(shí)現系統以太網(wǎng)通訊功能，并給出了具體的軟硬件設計。
1 引言
TCP/IP協(xié)議是目前最流行的國際互聯(lián)協(xié)議，它與以太網(wǎng)的結合稱(chēng)為以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)具有成本低廉、通信速率高、兼容性好[1]等特點(diǎn)，使以太網(wǎng)技術(shù)不僅在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域得到應用，而且逐漸涉及管理網(wǎng)絡(luò )、監控網(wǎng)絡(luò )及現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )等領(lǐng)域。
電力智能監控終端設備是對變電站和發(fā)電廠(chǎng)實(shí)現遠程監視和控制的智能設備，其主要功能包括采集各種信息量和完成對設備的控制。為保證電網(wǎng)的狀態(tài)真實(shí)、快速地反應開(kāi)關(guān)量的變化，以太網(wǎng)被應用于電力系統調度自動(dòng)化系統中以提高通訊速率，突破信道瓶頸是其中的一個(gè)趨勢和必然要求。但目前的監控終端設備大多數為單片機系統，在實(shí)現以太網(wǎng)互聯(lián)時(shí)存在一定的困難。解決這一問(wèn)題有以下幾種方案：一種方案是采用高檔的MCU和RTOS，在嵌入式操作系統中完成TCP/IP協(xié)議的處理。采用高檔的MCU可以實(shí)現很多復雜的處理，但價(jià)格較高，需要同時(shí)購買(mǎi)昂貴的RTOS軟件，且開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、難度大;另一種方案是采用第三方的以太網(wǎng)協(xié)議轉換設備，通過(guò)RS232C與轉換設備通訊，由轉換器完成數據封裝和協(xié)議轉換，其缺點(diǎn)是通信速率受限，系統無(wú)法對以太網(wǎng)進(jìn)行控制;第三種方案是在設備的基礎上增加專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換芯片以實(shí)現以太網(wǎng)互聯(lián)，即本文介紹的采用W3100和以太網(wǎng)控制芯片的方案，其特點(diǎn)是占用系統資源少、編程方便、開(kāi)發(fā)周期短。
2 W3100簡(jiǎn)介
W3100是WIZnet公司專(zhuān)門(mén)為以太網(wǎng)互聯(lián)和嵌入式設備推出的TCP/IP協(xié)議棧芯片。W3100能夠實(shí)現TCP、UDP、IP Ver.4、DHCP、ARP 和ICMP等協(xié)議，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )接口層包括MAC子層和DLC子層，也在該芯片中實(shí)現。它能同時(shí)提供四路網(wǎng)絡(luò )連接，內建16K雙口RAM作為數據緩沖區，支持全雙工模式，協(xié)議處理速度可達4～5Mbps，并且帶有標準的MII接口，方便連接以太網(wǎng)接口芯片。WIZnet公司還提供了SocketAPI程序包，可以加速應用程序的開(kāi)發(fā)。
3 硬件原理
3.1 系統硬件框圖
基于以太網(wǎng)的電力智能終端設備[5]的基本功能包括開(kāi)關(guān)量信號采集、模擬量數據采集、輸出開(kāi)關(guān)量及與上位機系統進(jìn)行高速通訊。系統硬件框圖如圖1所示。
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