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        變電站在線操作無線控制器的設(shè)計與開發(fā)

        2018-02-26 12:23:22黃建林王靖暉
        電子技術(shù)與軟件工程 2018年17期
        關(guān)鍵詞:變電站

        黃建林 王靖暉

        摘要

        本文簡單介紹了一種無線控制器的硬件及軟件的設(shè)計與開發(fā)。與傳統(tǒng)的在線式微機防誤系統(tǒng)相比,應(yīng)用無線控制器的微機防誤系統(tǒng)摒棄了鋪設(shè)大量電源及信號線纜的缺點,降低了系統(tǒng)的運維成本,保留了系統(tǒng)實時性的優(yōu)點。

        【關(guān)鍵詞】無線控制器 變電站 實時性 防誤

        1 概述

        變電站微機防誤系統(tǒng)的廣泛運用,為電網(wǎng)、設(shè)備及人身安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)保障。然而目前市場上的在線式微機防誤閉鎖系統(tǒng)中,大量鎖具的電源、信號線纜使得系統(tǒng)成本居高不下,大大降低了性價比;同時,由于鎖具線纜的存在,現(xiàn)場的施工非常復(fù)雜,甚至有變電站受限于客觀因素根本無法進行電纜溝的二次施工,并且鎖具處于離線狀態(tài),其解閉狀態(tài)無法得到保證,存在忘記閉鎖的風險。

        為減少現(xiàn)場施工難度,降低微機防誤系統(tǒng)的運營成本,在保證現(xiàn)場操作實時性要求的前提下,本文開發(fā)了一款無線控制器。該控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)與微機防誤主機實時通訊,實時將鎖具的狀態(tài)反饋給防誤主機,防誤主機結(jié)合鎖具狀態(tài)及設(shè)備狀態(tài)進行實時的防誤判斷,有效避免了變電站倒閘操作過程中誤操作的發(fā)生。下面將從硬件及嵌軟方面簡述該無線控制器的設(shè)計與開發(fā)。

        2 硬件設(shè)計

        為滿足在線微機防誤系統(tǒng)的實時性設(shè)計要求,無線控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)與防誤主機通訊,通過信號線與在線鎖具直接連接,采用移動電源供電方式。無線控制器主要包括主控板及與主控板連接的通信模塊、地址存儲模塊、鎖具狀態(tài)采集模塊、電源模塊及鎖具供電控制模塊。其具體的模塊結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        2.1 主控板

        主控板是整個系統(tǒng)的核心,采用德州儀器MSP430超低功耗微控制器系列MSP430F21221PW,該芯片屬于超低功耗微控制器,具有一個基于RISC的16位CPU寄存器,帶有兩個內(nèi)置的16位定時器,一個通用串行通信接口,具有集成基準和數(shù)據(jù)傳輸控制器(DTC)的10位A/D控制,以及多達24個I/O引腳。

        主控板采用HART方式與通訊模塊通訊,通過嵌入式軟件的主程序控制各模塊工作。

        2.2 通訊模塊

        通訊模塊采用近距離、低功耗、低傳輸速率的Zigbee通訊芯片ZICM2410P2-1C-SN,該芯片遵從ZigBee規(guī)范和IEEE802.15.4標準,它由一個含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器(帶有內(nèi)部Flash存儲器)組成,包括多個通用I/O引腳、定時器、UART、SPI等,高度集成的設(shè)計縮減了元件數(shù)量及功率消耗。

        2410與主控板通過RS232串行通信接口進行數(shù)據(jù)的傳輸,再通過組建具有冗余鏈路和自愈能力的網(wǎng)狀網(wǎng)進行數(shù)據(jù)上下行傳輸。該模塊通電后與防誤主機進行實時信息交互,向防誤主機發(fā)送無線控制器的地址信息,實時獲取防誤主機下發(fā)的操作指令及回傳鎖具狀態(tài)信息。

        3 嵌軟設(shè)計

        無線控制器的軟件設(shè)計是主控板的靈魂,用來控制與協(xié)調(diào)各模塊間的工作。

        首先啟動系統(tǒng),初始化系統(tǒng)及FLASH,再開啟通訊模塊;接著初始化本機地址即本機身份,為上報本機地址做準備;然后系統(tǒng)通過通訊模塊上報本機地址,再進入模式配置狀態(tài),系統(tǒng)可進入1低功耗、2發(fā)送解鎖請求并等待應(yīng)答、3等待解鎖并匯報、4等待閉鎖并匯報等狀態(tài),系統(tǒng)默認處于1低功耗狀態(tài)。具體主程序控制流程如圖2所示。

        系統(tǒng)通過定時器AO中斷程序控制狀態(tài),當鎖具狀態(tài)采集模塊檢測到按鍵喚醒操作時,主程序進入狀態(tài)2發(fā)送解鎖請求并等待應(yīng)答狀態(tài),接收到允許解鎖應(yīng)答后,主程序啟動鎖具供電控制模塊給鎖具供電,同時進入3等待解鎖并匯報狀態(tài);當鎖具狀態(tài)采集模塊檢測到按鍵解鎖操作時,主程序接收到解鎖信息后進入4等待閉鎖并匯報狀態(tài);當接收到閉鎖信息后,主程序停止給鎖具供電,并進入1低功耗狀態(tài)。定時器AO中斷控制流程如圖3所示。

        系統(tǒng)UARTO中斷服務(wù)流程如圖4所示。

        4 應(yīng)用

        無線控制器通過無線方式實時將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)反饋給防誤主機,免去了信號線纜的鋪設(shè),降低了變電站微機防誤系統(tǒng)安裝中的施工難度,以及運維成本。采用無線控制器進行操作的步驟如下:

        (1)啟動無線控制器:通過預(yù)留接口接入移動電源后即可啟動無線控制器;

        (2)發(fā)送地址信息,進行操作位置確認:無線控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)向防誤主機發(fā)送地址信息,防誤主機判斷當前操作地址是否正確,正確則下發(fā)允許解鎖指令至無線控制器,若當前操作設(shè)備地址信息不正確,則無線控制器指示燈閃爍三次并熄滅,同時防誤主機給出提示信息;

        (3)啟動鎖具供電:無線控制器接收到防誤主機下發(fā)的允許解鎖指令后,電源給鎖具供電,鎖具指示燈亮起,鎖具可解鎖;

        (4)采集鎖具狀態(tài):鎖具供電后,鎖具可進行解鎖操作,無線控制器實時的采集鎖具狀態(tài)并反饋給防誤主機,接收到鎖具解鎖成功信息后,鎖具指示燈保持常亮狀態(tài),等待鎖具閉鎖;

        (5)操作人員操作設(shè)備后,再閉鎖鎖具,無線控制器采集到鎖具的閉鎖狀態(tài)并發(fā)出閉鎖狀態(tài)指示信號,斷開鎖具供電并發(fā)出斷電指示信號;

        (6)移除移動電源,無線控制器復(fù)位并發(fā)出復(fù)位指示信號。

        5 結(jié)束語

        與傳統(tǒng)的變電站在線式微機防誤系統(tǒng)相比,應(yīng)用無線控制器的微機防誤系統(tǒng)摒棄了鋪設(shè)大量電源及信號線纜的缺點,降低了系統(tǒng)的運維成本,保留了系統(tǒng)實時性的優(yōu)點,做到真正的實時防誤,并且通過無線控制器實時采集鎖具狀態(tài),鎖具未閉鎖時給出警示,可避免因忘記閉鎖鎖具而誤操作設(shè)備的風險,為現(xiàn)有變電站的防誤升級改造提供了技術(shù)保障,從而有效的保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

        參考文獻

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