專利名稱：智能高壓開關(guān)柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能高壓開關(guān)柜。
背景技術(shù)：
高壓開關(guān)柜是輸配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，在運(yùn)行中由于各種原因引起的故障率一直居高不下，傷人、燒柜、甚至爆炸的事故時(shí)有發(fā)生，因此確保高壓開關(guān)柜的可靠運(yùn)行極為重要。以往的高壓開關(guān)柜監(jiān)測(cè)設(shè)備多、通信不穩(wěn)定，已經(jīng)不能夠滿足所需的要求，現(xiàn)代高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，需要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和高速的自動(dòng)監(jiān)測(cè)智能開關(guān)柜的機(jī)械特性，實(shí)時(shí)傳送信息量非常大，隨著IEC61850在變電站中的不斷推廣，需要新型智能電子設(shè)備(IED)來適應(yīng)不斷擴(kuò)大的要求。新型智能電子設(shè)備(IED)具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，快速高效的處理功能以及高速穩(wěn)定的通信能力，大大提高了智能高壓開關(guān)柜運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種智能高壓開關(guān)柜，解決了現(xiàn)有高壓開關(guān)柜監(jiān)測(cè)設(shè)備多、安裝復(fù)雜、控制不方便、通信不穩(wěn)定、沒有上位機(jī)不能遠(yuǎn)程操控的問題。能夠?qū)崿F(xiàn)各種狀態(tài)量統(tǒng)一由一個(gè)設(shè)備監(jiān)測(cè)采集，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確和高速的監(jiān)測(cè)開關(guān)柜各監(jiān)測(cè)量運(yùn)行狀況以及其機(jī)械特性，并協(xié)調(diào)完成與開關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元以及上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，智能高壓開關(guān)柜，包括電源模塊，電源模塊分別給相連接的DSP模塊及ARM模塊供電，DSP模塊上分別連接有SDRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、 JTAG接口 a及看門狗a，DSP模塊還通過CAN網(wǎng)絡(luò)接口、485網(wǎng)絡(luò)接口與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元相連接，ARM模塊上分別連接有Wifi模塊、SD卡接口、JTAG接口 b、RS232接口及看門狗b，ARM 模塊還通過USB接口、以太網(wǎng)與服務(wù)器相連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，其中的電源模塊采用AC/DC電源芯片LH15-10D0512-04將220V交流電轉(zhuǎn)換成5V 和12V電壓，其中5V電壓通過線性穩(wěn)壓芯片MIC29502BU轉(zhuǎn)換為3. 3V，供給以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口電路、CAN網(wǎng)絡(luò)接口和其他用電器件，3. 3V電壓通過隔離電源芯片B0305提供5V隔離電源給485網(wǎng)絡(luò)接口供電，3. 3V電壓通過線性電壓調(diào)節(jié)芯片LMll 17-ADJ轉(zhuǎn)換為1. 5V和1. 9V， 分別給Wifi模塊和DSP模塊內(nèi)核供電。其中的CAN網(wǎng)絡(luò)接口采用CTM8251A芯片。其中的485網(wǎng)絡(luò)接口采用ADMM83芯片。其中的RS232接口采用MAX3232ESE芯片。其中的以太網(wǎng)采用DM9000BI芯片。其中的Wifi模塊采用UG5681模塊。其中的SD卡接口采用11針卡座。本實(shí)用新型的有益效果是，把智能開關(guān)柜用到的多種通信方式整合到一起，采用有線傳輸和無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)單元與IED之間的數(shù)據(jù)通信和控制，克服了開關(guān)柜內(nèi)高電壓、大電流的強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)電磁輻射、高頻噪聲和諧波的干擾問題。IED采用雙CPU的結(jié)構(gòu)，具有保護(hù)、測(cè)量、控制、通信等功能，功能集成度高，滿足智能開關(guān)柜通訊實(shí)時(shí)性和高速性的需求，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)柜的智能化、信息化、高可靠性和低成本，并且體積小，安裝、調(diào)試方便，符合IEC61850協(xié)議和智能開關(guān)柜的要求，便于監(jiān)控中心遠(yuǎn)程處理數(shù)據(jù)，因此有利于實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜自動(dòng)化的安全監(jiān)控，具有重要的社會(huì)意義。

圖1是本實(shí)用新型智能高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1. CAN網(wǎng)絡(luò)接口，2. SDRAM存儲(chǔ)器，3. FLASH存儲(chǔ)器，4. Wifi模塊，5. SD卡接口，6. JTAG 接口 b，7. USB 接口，8. 485 網(wǎng)絡(luò)接口，9. JTAG 接口 a, 10.看門狗 a，11. DSP 模塊， 12.電源模塊，13. RS232接口，14. ARM模塊，15.看門狗b，16.以太網(wǎng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型智能高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括電源模塊12，電源模塊12分別給相連接的DSP模塊11及ARM模塊14供電，DSP模塊11上分別連接有SDRAM存儲(chǔ)器2、 FLASH存儲(chǔ)器3、JTAG接口 a9及看門狗alO，DSP模塊11還通過CAN網(wǎng)絡(luò)接口 1、485網(wǎng)絡(luò)接口 8與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元相連接，ARM模塊14上分別連接有Wifi模塊4、SD卡接口 5、JTAG 接口 b6、RS232接口 13及看門狗bl5，ARM模塊14還通過USB接口 7、以太網(wǎng)16與服務(wù)器相連接。其中的開關(guān)柜IED電源模塊12采用AC/DC電源芯片LH15-10D0512-04將220V交流電轉(zhuǎn)換成5V和12V電壓，12V留著備用。其中5V電壓通過線性穩(wěn)壓芯片MIC29502BU轉(zhuǎn)換為3. 3V，供給以太網(wǎng)16網(wǎng)絡(luò)接口電路、CAN網(wǎng)絡(luò)接口 1電路和開關(guān)柜IED上的其他用電器件，如液晶等。3. 3V電壓通過隔離電源芯片B0305提供5V隔離電源給485網(wǎng)絡(luò)接口 8供電。3. 3V電壓通過線性電壓調(diào)節(jié)芯片LM1117-ADJ轉(zhuǎn)換為1. 5V和1. 9V，分別給Wifi模塊 4和DSP模塊11內(nèi)核供電。其中的JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器和掛在CPU總線上的設(shè)備，如FLASH，RAM, SOC內(nèi)置模塊的寄存器，像UART，Timers, GPIO等等的寄存器。其中的CAN網(wǎng)絡(luò)接口 1使用的是CTM8251A芯片，CTM8251A是一款帶隔離的通用 CAN收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件，主要功能是將 CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平并且具有DC 2500V的隔離功能。其中的485網(wǎng)絡(luò)接口 8使用的是ADMM83芯片，ADMM83是帶隔離的增強(qiáng)型 RS-485收發(fā)器，它包括一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)帶三態(tài)輸出的差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)三態(tài)輸入的差分接收器，其最高傳輸速率可達(dá)500Kbps。邏輯端兼容3V/5V工作電源，總線端5V供 H1^ ο其中的RS232接口 13使用的是MAX3232ESE芯片，MAX3232ESE是串口邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片，RS232接口 13是與外部串口設(shè)備通信的通道。[0023]其中的以太網(wǎng)16使用的是DM9000BI芯片，該DM9000BI是一個(gè)完全一體化的 cost-effective Industrial-grade 48引腳的單芯片快速以太網(wǎng)控制器，它和RJ45連接器HR911103A組成的主處理器與外部以太網(wǎng)設(shè)備之間通信。其中的Wifi采用UG5681模塊，實(shí)現(xiàn)與其他節(jié)點(diǎn)的無線通信。其中的SD卡接口 5采用11針卡座，IED通過SD卡接口 5把數(shù)據(jù)存入SD卡，SD卡即插即用，并且可取出放入PC機(jī)分析數(shù)據(jù)，攜帶方便。其中的^IG-B碼對(duì)時(shí)采用的是GPS系統(tǒng)，服務(wù)器采用GPS接受衛(wèi)星時(shí)間信號(hào)進(jìn)行時(shí)間同步，然后通過光纖和以太網(wǎng)給每個(gè)開關(guān)柜IED下發(fā)B碼對(duì)時(shí)信號(hào)，開關(guān)柜IED再經(jīng)過485總線將B碼對(duì)時(shí)信號(hào)傳送給開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)單元，做到全站各開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)單元的時(shí)間統(tǒng)一。本實(shí)用新型智能高壓開關(guān)柜在設(shè)計(jì)時(shí)遵循在硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定的前提下盡量提高數(shù)據(jù)傳輸精度并兼顧數(shù)據(jù)處理快速性的總體原則。為了滿足IED的高速性和實(shí)時(shí)性，本 IED采用ARM+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，使設(shè)備具有高效快速的處理能力和強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。ARM采用三星公司的一款A(yù)RM9系列芯片S3C2440A，附加外圍的鍵盤、液晶、以太網(wǎng)通訊等硬件設(shè)備，用以完成整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制，包括向DSP發(fā)送指令，要求回傳數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，存儲(chǔ)和顯示，以及與DSP和上位機(jī)的通訊。DSP選用德州儀器(Tl)公司的 2000系列TMS320F28335芯片，利用DSP的高速運(yùn)算和多種片上外設(shè)的特點(diǎn)完成開關(guān)柜狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，同時(shí)實(shí)時(shí)響應(yīng)ARM的請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果發(fā)送給ARM。DSP與ARM的通訊采用SPI通訊。
權(quán)利要求1.智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，包括電源模塊(12)，電源模塊(12)分別給相連接的 DSP模塊(11)及ARM模塊(14)供電，DSP模塊(11)上分別連接有SDRAM存儲(chǔ)器(2),FLASH 存儲(chǔ)器(3)、JTAG接口 a (9)及看門狗a (10)，DSP模塊(11)還通過CAN網(wǎng)絡(luò)接口( 1 )、485 網(wǎng)絡(luò)接口(8)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元相連接，ARM模塊(14)上分別連接有Wifi模塊(4)、SD卡接口(5)、JTAG 接口 b (6)、RS232 接口(13)及看門狗 b (15)，ARM 模塊(14)還通過 USB 接口 (7)、以太網(wǎng)(16)與服務(wù)器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的電源模塊(12)采用 AC/DC電源芯片LH15-10D0512-04將220V交流電轉(zhuǎn)換成5V和12V電壓，其中5V電壓通過線性穩(wěn)壓芯片MIC29502BU轉(zhuǎn)換為3. 3V，供給以太網(wǎng)(16)網(wǎng)絡(luò)接口電路、CAN網(wǎng)絡(luò)接口(1) 和其他用電器件，3. 3V電壓通過隔離電源芯片B0305提供5V隔離電源給485網(wǎng)絡(luò)接口(8) 供電，3. 3V電壓通過線性電壓調(diào)節(jié)芯片LM1117-ADJ轉(zhuǎn)換為1. 5V和1. 9V，分別給Wifi模塊 (4)和DSP模塊(11)內(nèi)核供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的CAN網(wǎng)絡(luò)接口(1)采用CTM8251A芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的485網(wǎng)絡(luò)接口(8)采用ADMM83芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的RS232接口(13)采用 MAX3232ESE 芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的以太網(wǎng)(16)采用 DM9000BI 芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的Wifi模塊(4)采用 UG5681 模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高壓開關(guān)柜，其特征在于，所述的SD卡接口(5)采用11 針卡座。
專利摘要本實(shí)用新型公開的智能高壓開關(guān)柜，以ARM+DSP雙CPU為控制核心，在外圍搭建的有JTAG接口、RS232接口、485網(wǎng)絡(luò)接口、CAN網(wǎng)絡(luò)接口、以太網(wǎng)接口、Wifi以及SD卡接口，本實(shí)用新型智能高壓開關(guān)柜采用IRIG-B碼對(duì)時(shí)提供精確統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜各現(xiàn)場(chǎng)采集單元的精確時(shí)間同步，并且在本開關(guān)柜IED中充分考慮電磁干擾對(duì)設(shè)備的影響，隔離芯片采用隔離電源供電。本開關(guān)柜IED將很多不同的通信方式整合到一起，具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，快速高效的處理功能以及高速穩(wěn)定的通信能力，符合IEC61850體系和代電網(wǎng)發(fā)展的形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了智能變電站系統(tǒng)的智能化、信息化、高可靠性和低成本。
文檔編號(hào)H02J13/00GK202282647SQ201120428729
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者方壽賢, 李小博, 王宏, 黃新波 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)