OMAP730在农村小型变电站自动化监控系统中的应用

文章编号:100722284(2010)0120114203
OMAP730在农村小型变电站
自动化监控系统中的应用
丁慎平,吴卫荣,张　静
(苏州工业园区职业技术学院,江苏苏州215021)
摘　要:针对农村电网中变电站地域分散、实时监控难的特点,以OMAP730芯片为核心的农村变电站的数据采集监控系统,搭配相应的外围电路和数据传输模块,组成系统的硬件部分;以嵌入式Linux 作为系统软件平台。

实践证明,该芯片的数据采集系统与多种传感器的接口匹配,数据采集的精度与数据传输的成功率符合设计的指标,性能可靠、安装简便,适合野外工作的要求。

关键词:变电站自动化监控系统;OMA P730;GSM/GPRS ;Linux 中图分类号:TP272 文献标识码:B
收稿日期:2009203203
作者简介:丁慎平(19772),男,硕士研究生,研究领域:计算智能机
控制。

0　引　言
在现代电力系统的各种技术发展十分迅速的情况下,建设高度稳定可靠、经济性好、维护简便、有效可控、系统性能和容量的可扩展性好的现代化无人看守变电站已势在必行。

无人看守变电站的测量、控制及电量采集均应由自动化系统来完成,以便在远方完成对变电站的自动监控。

变电站自动化系统由变电站的二次回路来完成。

传统的变电站二次回路是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的。

以往它们各自采用独立的装置来完成自身的功能且均自成系统,由此不可避免地产生了各类装置之间功能相互覆盖,部件重复配置,耗用大量的连接线和电缆,造成极大浪费。

为此,实现变电站的“五遥”监控功能[1]:①遥测:电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等;②遥信:开关状态、刀闸位置、变压器保护动作、事故跳闸信号等;③遥控:开关的分、合操作;④遥调:变压器的有载调压;⑤遥视:变电站现场图,成为农村电网改造的必须。

1　系统硬件设计
农村小型变电站自动化监控系统的内容包括电气量的采集和电气设备(如断路器)状态的监视、控制和调节,实现变电站正常运行的监视和操作,保证变电站的正常运行和安全。

在
发生事故时,采集瞬态电气量、实施监视和控制,迅速切除故障
(由继电保护、故障滤波等完成),切除故障后变电站恢复正常
运行的操作;高压电气设备本身的监视信息(如断路器、变压器、避雷器等的绝缘和状态监视等)。

由于农村变电站所处环境比较恶劣,这就要求变电站监控元器件按工业级要求选择。

系统在TI 公司OMA P730处理器的控制下采集模拟信号,经A/D 转化为数字信号存储于内存中,最后通过通信单元以IP 的方式发送到监控中心的服务器上。

“五遥”传感器参数,进行数据的转换后,以Socket 通讯方式上传到监控服务器。

通讯单元使用GSM/GPRS 无线传输模块,系统启动就自动进行PPP 拨号,建立起一条TCP/IP 的通信管道。

服务器连接互联网,拥有固定的IP 地址,可以在服务器上设置命令参数以控制变电站数据采集器的工作方式[2]。

系统由检测装置组(检测五遥)、A/D 转换器、OMA P730、农村局域电网监控中心等组成。

监控系统如图1。

图1　变电站监控系统
4
11中国农村水利水电・2010年第1期
1.1　A /D 单元
为了满足变电站自动化系统数据采集的高精度、低功耗、抗干扰的要求,A/D 单元采用TI 公司的高性能的串行模数转换器ADS1256[3]。

其工作电压为模拟5V 、数字为1.8～3.6V ;ADS1256是24位Δ2ΣADC ,可提供高达24位的无噪声精度、数据速率可达到30k 次采样/秒(kSPS );ADS1256支持4个差动或8个单端输入;有4个通用数字I/O ;通过符合SPI 规范的串行接口可处理通信;0.10010%非线性特性(最大值)以及众多的板上外设(输入多路复用器、输入缓冲器、可编程增益放大器)。

它由四阶Δ2Σ调制器加一个可编程数字滤波器组成。

当测量多路复用的输入时,这些器件可以在通道之间快速形成循环,而不会造成数据丢失。

ADS1256除具有高灵活性与高转换速率外,客户只需对程序稍作改动即可重新配置
ADS1256设计,以满足多个应用程序对速度与精度的要求。

1.2　OMAP730单元
本部分采用TI 公司的32位无线通信基带信号处理器
OMA P730
[4]。

该处理器具有双核结构,整个芯片分成ARM9
主控系统和GSM/GPRS 处理两个主要模块,主控系统以具有多媒体指令结构的ARM926为处理核心,最高频率200M Hz ,主要功能是调节控制整个系统。

GSM/GPRS 处理模块主要由一个TMS320C54X 的DSP 和一个ARM7的CPU 构成。

这一部分实现无线终端的GSM/GPRS 功能。

16K B 指令高速缓存;8K B 数据高速缓存;硬件J AVA 加速;扩展多媒体指令集结构。

TI 公司OMA P730结构图如图2。

图2　TI 公司OMAP 730结构简图
芯片内有并行摄像头端口,内部DSP 芯片用于视频解码。

视频采集电路如图3所示,由视频缓冲器、视频A/D 转换器和视频同步分离电路等组成[5]。

图3　变电站视频采集系统电路图
1.3　通信单元
OMA P730芯片有GPRS Class 12DBB 的ROM ,ED GE 协
处理器的E 2GPRS 接口,384K B 内置SRAM ,GSM 超低功耗器件(UL PD )。

OMA P730芯片自带GPRS 拨号模块连接因特网,GPRS 网络对Intrenet 网络具有良好的封装。

从In 2
trenet 来看GPRS 网络只是一个普通子网,用户在拥有一个电
话号码的同时,会动态或静态地分配给一个IP 地址,能够很好地支持信息传送、网络浏览、文件共享、电子邮件、下载、媒体传送等互联网数据业务。

2　软件设计
本系统采用性能稳定的ARM 2Linux2.6作为操作系统。

在变电站自动化数据采集监控系统的设计过程中,考虑到处理器具有200M Hz 的主频和32位的寻址能力,为了充分发挥处理器的高性能,决定采用嵌入式操作系统作为软件系统的平台。

2.1　OMAP730嵌入式Linux 的软件结构
嵌入式Linux 系统是一个基于Linux 内核的嵌入式系统,通常包括用来开发嵌入式Linux 系统的平台、各种为了在嵌入式系统中使用而裁剪过的应用软件。

开发平台包含了源码浏览器、交叉编译器、调试器、项目管理软件、引导映像生成器等部件;应用程序包括可以在目标板上使用的特殊链接库、可执行文件以及配置文件等部件[6]。

2.2　嵌入式Linux 编程
程序是系统正常运行的一个关键点,它直接与相应设备打交道,并向上提供一组访问接口,具有一定的格式。

A/D 采集部分按照Linux 操作系统驱动程序的标准框架编写,而不是直接用汇编语言对底层硬件进行控制。

由于Linux 中将设备当作文件处理,所以对设备进行操作的调用和对文件的操作类似,主要包括open ()、read ()、write ()、ioctl ()、close ()等。

应用程序发出系统调用命令后,会从用户态转到内核态,通过内核将open ()这样的系统调用转换成对物理设备的操作。

具体步骤分为四部分来进行:①初始化函数;②设备打开与关闭函数;③设备控制函数;④读取A/D 采样数据函数。

具体编程流程如图4所示。

2.3　局域电网监控中心
监控中心的通信软件采用C ++开发环境。

在标准RS 2
232串口通信方面,C ++提供了具有强大功能的通讯控件MSComm 。

该控件主要是为RS 2232的通用串口而设计。

所以
为了利用PC 上现有的RS 2232接口,通常是使用RS232/485的转换器。

数据在发送或接收过程中触发OnComm ,通过编程访问
CommEvent 的属性了解通信事件的类型,进行各自的处理。

每个通信控件对应一个串口,可以设计多个通信控件来访问多个通信口。

MSComm 控件具有两种处理方式:事件驱动方式,由MSComm 控件的OnComm 事件捕获并处理通信错误及事件;查询方式,通过检查CommEvent 属性的值来判断事件和错误。

系统采用事件驱动方式[7]。

C ++具有强大的图形编程工具。

由监控软件实现变电站
各环境参数的实时数据及曲线、历史数据及曲线、变电站视频图像的显示。

接收到的现场数据在接收数据区中显示的同时,
图4　OMAP 730软件编程流程图
也被存入一个.txt 文件和Access 数据库中。

进入监控主界面,首先要对串行口进行初步设置,然后按下开始按钮使系统开始工作。

界面开始动态显示各各个控制量的数值,另外还能够反映出“五遥”的开与关(分别用绿色和红色表示)及其状态。

在主界面中变电站的基本概况一目了然。

当系统中某个变电站发生异常的时候,主控页面产生报警,并发出报警信号。

服务器会记录下报警数据,并发送指令到OMA P730。

当面报名信号不能消除,芯片发送指令切断故障装置的电源。

维修人员可以根据主控页面的电子地图,立刻展开维修。

3　实　验
农村小型变电站供电电网一般在35kV 至110kV 。

电源侧电压及负荷的变化都将引起用户侧电压的波动。

以某变电站380V 输出电压为例,对现场电压测量数据进行监控,结果如图5。

4　结　语
农村小型变电站自动化监控系统是高效电能利用的一个重要组成部分,无线传感网络是该控制系统的关键技术。

该
图5　电压波形图
方案从农村小型变电站自动化监控系统的实际情况出发,采用
OPMAP730的GPRS 通讯技术,不仅节省物质及其安装费用,
而且提高了用电效率,实现了变电站无人看守、集中监控、提高利用效率的目标。

无线传感网络在农村小型变电站的使用,在农村变电站的改造中具有广阔的应用前景。

□
参考文献:
[1]　刘　刚,焦　颖,刘　昱,等.农村电网中变电站“五遥”系统的应
用[J ].农业机械化与电气化,2007,(1):51-53.
[2]　吴　悦,杨进平,曹修定.ARM9处理器在地质灾害监测仪器中的
应用[J ].电子测量技术,2007,3(30):60-73.
[3]　徐盛友,蒙建波,陈清洪.高精度ADS1256转换器及其在捷联惯
导系统中的运用[J ].自动化与仪器仪表,2006,(2):31-34.
[4]　刘鲁新,权进国,林孝廉.ARM9处理器与ARM7处理器比较[J ].
电子技术应用,2004,(11):13-15.
[5]　齐美彬.TNS320C54x DSP 的视频图像采集接口设计[J ].单片机
与嵌入式系统应用,2002,(8):42-45.
[6]　孙纪坤,张小全.嵌入式Linux 系统开发技术详解———基于ARM
[M ].北京:人民邮电出版社,2006.
[7]　李现勇.Visual C ++串口通信技术与工程实践[M ].北京:人民
邮电出版社,2003.
(上接第113页)
参考文献:
[1]　中华人民共和国电力行业标准.水轮机电液调节系统及装置技术
规程(DL/T563295)[S].
[2]　中华人民共和国国家标准.水轮机调速器与油压装置试验验收规
程.(G B/T9652.221997)[S].
[3]　沈祖诒,尹延凯.水轮机调节系统对象实时仿真研究[J ].大电机
技术,1992,(4):58-63.
[4]　杨惠生,张健明.水轮机调速系统动态特性试验、仿真及现场应用
[J ].大电机技术,2000,(5):62-65.
[5]　刘　琪,张江滨.水轮机调节系统实时仿真测试系统研究[J ].大
电机技术,2006,(4):64-68.
[7]　沈祖诒.水轮机调节[M ].北京:水利电力出版社,1988.
[8]　冯新龙,张知难.求解非线性方程的加权迭代方法[J ].大学数
学,2006,22(4):85-88.。