基于以太網(wǎng)的電力智能監(jiān)控終端的研究
本文介紹了一種基于以太網(wǎng)的電力智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)以16位單片機XAS3為核心處理器,利用W3100進行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)設備網(wǎng)絡化功能。系統(tǒng)中各種功能模塊通過現(xiàn)場總線與主處理模塊進行數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與調(diào)度系統(tǒng)通訊,實現(xiàn)對變電站內(nèi)設備的遠程監(jiān)控。文中重點介紹如何利用W3100進行TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)系統(tǒng)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(jié)合稱為以太網(wǎng)技術。以太網(wǎng)具有成本低廉、通信速率高、兼容性好[1]等特點,使以太網(wǎng)技術不僅在辦公自動化領域得到應用,而且逐漸涉及管理網(wǎng)絡、監(jiān)控網(wǎng)絡及現(xiàn)場網(wǎng)絡等領域。
電力智能監(jiān)控終端設備是對變電站和發(fā)電廠實現(xiàn)遠程監(jiān)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、快速地反應開關量的變化,以太網(wǎng)被應用于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中以提高通訊速率,突破信道瓶頸是其中的一個趨勢和必然要求。但目前的監(jiān)控終端設備大多數(shù)為單片機系統(tǒng),在實現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián)時存在一定的困難。解決這一問題有以下幾種方案:一種方案是采用高檔的MCU和RTOS,在嵌入式操作系統(tǒng)中完成TCP/IP協(xié)議的處理。采用高檔的MCU可以實現(xiàn)很多復雜的處理,但價格較高,需要同時購買昂貴的RTOS軟件,且開發(fā)周期長、難度大;另一種方案是采用第三方的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設備,通過RS232C與轉(zhuǎn)換設備通訊,由轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)封裝和協(xié)議轉(zhuǎn)換,其缺點是通信速率受限,系統(tǒng)無法對以太網(wǎng)進行控制;第三種方案是在設備的基礎上增加專用的網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片以實現(xiàn)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,其特點是占用系統(tǒng)資源少、編程方便、開發(fā)周期短。
2 W3100簡介
W3100是WIZnet公司專門為以太網(wǎng)互聯(lián)和嵌入式設備推出的TCP/IP協(xié)議棧芯片。W3100能夠?qū)崿F(xiàn)TCP、UDP、IP Ver.4、DHCP、ARP 和ICMP 等協(xié)議,同時,網(wǎng)絡接口層包括MAC子層和DLC子層,也在該芯片中實現(xiàn)。它能同時提供四路網(wǎng)絡連接,內(nèi)建16K雙口RAM作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū),支持全雙工模式,協(xié)議處理速度可達4~5Mbps,并且?guī)в袠藴实腗II接口,方便連接以太網(wǎng)接口芯片。WIZnet公司還提供了Socket API程序包,可以加速應用程序的開發(fā)。
3 硬件原理
3.1 系統(tǒng)硬件框圖
基于以太網(wǎng)的電力智能終端設備[5]的基本功能包括開關量信號采集、模擬量數(shù)據(jù)采集、輸出開關量及與上位機系統(tǒng)進行高速通訊。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件框圖 |
圖3 TCP/IP建立聯(lián)接過程 |