智能化模擬斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能化模擬斷路器，設(shè)置于在電力系統(tǒng)的繼電保護與綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)中用于進行仿真，其分別與仿真主機和智能終端相連接，其包括模擬斷路器和智能插件；智能插件包括具有ARM和DSP雙CPU架構(gòu)的處理芯片、與處理芯片相連接的開入開出電路；處理芯片包括寫有ARM程序的ARM核和寫有DSP程序的DSP核，DPS核通過光纖與仿真主機相信號連接，ARM核通過光纖與智能終端相信號連接；開入開出電路通過接口電路與模擬斷路器相連接。采用本發(fā)明的智能化模擬斷路器，仿真主機通過光纖知曉模擬斷路器開關(guān)狀態(tài)，也可以下發(fā)多種控制模擬斷路器的命令，從而滿足實訓(xùn)仿真的需要；通過光纖的連接，解決了電纜連線的弊端，節(jié)約電纜，而且保證通訊的可靠性。
【專利說明】智能化模擬斷路器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于進行電力系統(tǒng)實訓(xùn)仿真的智能化模擬斷路器。

【背景技術(shù)】
[0002] 模擬斷路器是電力系統(tǒng)繼電保護與綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)中不可缺少的一個重要 組成部分。如附圖1所示，現(xiàn)有的模擬斷路器通過電纜分別和仿真主機和智能終端相連，其 主要功能如下： 1、 仿真主機僅僅通過采集模擬斷路器的輔助觸點，知曉模擬斷路器的開關(guān)狀態(tài)； 2、 智能終端將跳合閘命令發(fā)到模擬斷路器，由模擬斷路器來模擬斷路器的工作情況。
[0003] 上述現(xiàn)有的模擬斷路器主要存在下列問題： 1、 仿真主機和模擬斷路器通訊信號過于簡單，僅限于模擬斷路器的開關(guān)狀態(tài)信號，不 能滿足實訓(xùn)仿真的需要，如進行"斷路器拒動"等功能的模擬； 2、 如果加強仿真模擬功能，則通過電纜連接的觸點類型大量增加，電纜連線眾多，接線 非常復(fù)雜； 3、 仿真主機和模擬斷路器經(jīng)常分開放置，相距很遠，大量電纜將給現(xiàn)場布線帶來不便， 可靠性受影響； 4、 智能終端與模擬斷路器也是分開放置，電纜連線眾多，接線復(fù)雜，如果距離很遠，大 量電纜將給現(xiàn)場布線帶來不便，可靠性受影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠模擬多種功能且接線簡單、通訊可靠的智能化模擬 斷路器。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種智能化模擬斷路器，設(shè)置于在電力系統(tǒng)的繼電保護與綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)中用于 進行仿真，其分別與仿真主機和智能終端相連接，其包括模擬斷路器和智能插件； 所述的智能插件包括具有ARM和DSP雙CPU架構(gòu)的處理芯片、與所述的處理芯片相連 接的開入開出電路；所述的處理芯片包括寫有ARM程序的ARM核和寫有DSP程序的DSP核， 所述的DPS核通過光纖與所述的仿真主機相信號連接，所述的ARM核通過光纖與所述的智 能終端相信號連接；所述的開入開出電路通過接口電路與所述的模擬斷路器相連接。
[0006] 所述的處理芯片還包括寫有是否正在仿真的仿真狀態(tài)標(biāo)識的共享RAM，所述的共 享RAM分別與所述的ARM核和DSP核相連接。
[0007] 所述的開入開出電路包括連接于所述的處理芯片和所述的接口電路之間的可編 程芯片。
[0008] 所述的DSP核連接有千兆以太網(wǎng)接口，所述的千兆以太網(wǎng)接口與所述的仿真主機 的光纖口通過所述的光纖相連接；所述的ARM核連接有百兆以太網(wǎng)接口，所述的百兆以太 網(wǎng)接口與所述的智能終端的光纖口通過所述的光纖相連接。
[0009] 由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點： 1、 采用本發(fā)明的智能化模擬斷路器，仿真主機可以通過光纖知曉模擬斷路器開關(guān)狀 態(tài)，也可以下發(fā)多種控制模擬斷路器的命令，從而對模擬斷路器進行智能化管理，使其能夠 模擬多種功能，滿足實訓(xùn)仿真的需要： 2、 本發(fā)明的智能化模擬斷路器與仿真主機通過光纖連接，解決了長距離電纜連線的各 種弊端，不僅節(jié)約了大量電纜，而且兩設(shè)備相距1公理以內(nèi)都能保證通訊的可靠性； 3、 智能終端可以通過光纖對智能化模擬斷路器發(fā)送指令，用一對光纖能傳輸所有的 開入、開出量信息，不僅節(jié)約了大量電纜，而且兩設(shè)備相距1公理以內(nèi)都能保證通訊的可靠 性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 附圖1為現(xiàn)有的模擬斷路器的示意圖。
[0011] 附圖2為本發(fā)明的智能化模擬斷路器的示意圖。
[0012] 附圖3為本發(fā)明的智能化模擬斷路器的智能插件的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013] 附圖4為本發(fā)明的智能化模擬斷路器的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖所示的實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0015] 實施例一：參見附圖2所示。電力系統(tǒng)的繼電保護與綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)是用于 對智能變電站運行維護人員進行培訓(xùn)所使用的系統(tǒng)，一種設(shè)置于在該系統(tǒng)中用于進行仿真 的智能化模擬斷路器，包括模擬斷路器和智能插件，其分別通過光纖與仿真主機和智能終 端相連接。
[0016] 參見附圖3所示，智能插件包括處理芯片、與處理芯片相連接的開入開出電路。
[0017] 處理芯片為具有ARM和DSP雙CPU架構(gòu)的芯片，本實施例中選用0MAP-L138芯片， 其包括寫有ARM程序的ARM核、寫有DSP程序的DSP核、僅供ARM核訪問的ARM RBL、僅供 DSP核訪問的DSP RBL、分別與ARM核和DSP核相連接以供訪問的共享RAM。ARM核及其所連 接的模塊和接口構(gòu)成ARM子系統(tǒng)，而DSP核及其所連接的模塊和接口構(gòu)成DSP子系統(tǒng)。共 享RAM中寫有是否正在仿真的仿真狀態(tài)標(biāo)識。
[0018] 開入開出電路通過接口電路與模擬斷路器相連接，開入開出電路包括連接于處理 芯片和接口電路之間的可編程芯片。
[0019] 由于處理芯片包括ARM子系統(tǒng)和DSP子系統(tǒng)，因而軟件設(shè)計分為ARM子系統(tǒng)的軟 件設(shè)計和DSP子系統(tǒng)的軟件設(shè)計，對應(yīng)ARM和DSP分別是不同的指令集和編譯器。ARM子 系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)與智能終端的通信，其采用GOOSE協(xié)議，并采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)。 Linux操作系統(tǒng)具有強大可定制，體系結(jié)構(gòu)靈活且易于裁剪。嵌入式Linux的軟件部分需 要完成UBL移植，U-B00T移植，Linux內(nèi)核移植和文件系統(tǒng)的移植。DSP子系統(tǒng)用于實現(xiàn)與 仿真主機、與模擬斷路器信號交換數(shù)據(jù)，DSP子系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用無操作系統(tǒng)，用TI公司 提供的CCS軟件進行設(shè)計。0MAP-L138芯片為ARM+DSP雙CPU架構(gòu)的處理芯片，其內(nèi)部有 128KB的共享內(nèi)存可作為雙方緩存數(shù)據(jù)，增加了兩個核之間的中斷，共計7個中斷，其中ARM 子系統(tǒng)有5個DSP中斷事件，DSP子系統(tǒng)有2個ARM中斷，ARM和DSP使用系統(tǒng)控制模塊中 的INTGEN寄存器相互中斷，實現(xiàn)通信。該0MAP-L138處理芯片的啟動過程如下： 1、 開機上電，在BOOT管腳上配置的啟動方式被鎖定采樣到SYSCFG模塊的BOOTCFG寄 存器，從而確定處理芯片的啟動方式； 2、 該處理芯片的啟動默認(rèn)值是：ARM核休眠，DSP核使能。所以這時候DSP核啟動， DSP核從片內(nèi)DSP L2 ROM處讀取指令執(zhí)行，這里有已經(jīng)固化的僅DSP核可以訪問的ROM Bloader，簡稱 DSP RBL ; 3、 DSP核的RBL做一些簡單的初始化后，就通過PSC模塊使能ARM核，休眠自己。然 后ARM核從片內(nèi)的RAM Local ROM處讀取指令并執(zhí)行，這里面有已經(jīng)固化好的ARM ROM Bootloader，簡稱 ARM RBL ; 4、 ARM核的RBL做一些初始化后，根據(jù)BOOTCFG寄存器的設(shè)定，從指定的地方讀取用于 啟動 U-Boot 的 Bootloader，即 U-Boot BootLoader，簡稱 UBL ; 5、 當(dāng)ARM RBL讀取到UBL后就根據(jù)其AIS格式中的命令初始化、加載并運行UBL。然后 UBL加載運行U-Boot，U-Boot根據(jù)啟動參數(shù)啟動Linux, Linux根據(jù)啟動參數(shù)加載根文件系 統(tǒng)； 6、 這時ARM核上的Linux就運行起來了，但DSP核還處于休眠狀態(tài)。在Linux經(jīng)過一 系列初始化后會執(zhí)行跟文件系統(tǒng)中/etc/profile的指令。在這里添加插入DSP Link內(nèi)核模 塊的命令，就會在/dev目錄下產(chǎn)生一個叫dsplink的設(shè)備文件。這個DSP Link內(nèi)核模塊就 是通過前面所說的中斷和PSC設(shè)定就可以完成與DSP核的通信與控制。
[0020] 7、然后再執(zhí)行ARM核的程序，在ARM核程序中使用DSP Link的庫函數(shù)來訪問 dsplink設(shè)備，從而在用戶空間實現(xiàn)對DSP核的控制與通信。ARM核程序中使用DSP Link庫 函數(shù)加載DSP端的應(yīng)用程序到內(nèi)存，使用DSP Link的PR0C函數(shù)啟動DSP核，然后ARM核和 DSP核就都各自獨立運行起來了，通過DSP Link來進行通信。
[0021] 系統(tǒng)啟動后，可以進行所需的模擬斷路器的仿真，此時仿真主機可以通過光纖向 該智能化模擬斷路器發(fā)送仿真控制命令來進行仿真，也可以采集智能化模擬斷路器的開關(guān) 狀態(tài)。智能終端則可以通過光纖向該智能化模擬斷路器發(fā)送變位命令。
[0022] 參見附圖4所示，智能插件的ARM子系統(tǒng)的工作過程為：ARM核的程序啟動DSP核 的程序后，開啟中斷，開如下步驟 ： 步驟1 :查詢共享RAM中的仿真狀態(tài)標(biāo)識，一直要等到仿真狀態(tài)標(biāo)識為正在仿真標(biāo)識 后，進行步驟2 ; 步驟2 :查詢智能終端的光纖口，查詢是否收到包含變位信號的G00SE數(shù)據(jù)包，如果收 到G00SE數(shù)據(jù)包，則根據(jù)G00SE數(shù)據(jù)包中的配置信息或默認(rèn)設(shè)置解G00SE數(shù)據(jù)包，將解完后 的變位信號寫入共享RAM中，并通過DSP Link中斷DSP，DSP響應(yīng)中斷，將變位開出信號通 過連接模擬斷路器的接口電路送給模擬斷路器。然后ARM程序再重復(fù)以上過程，又從步驟 1開始。
[0023] 其中ARM子系統(tǒng)使用了 3個DSP中斷事件，分別是：1、G00SE數(shù)據(jù)包配置中斷，該中 斷讓ARM核從共享RAM中的相應(yīng)位置讀入G00SE配置數(shù)據(jù)及正在仿真標(biāo)識等等信息；2、仿 真G00SE數(shù)據(jù)包中斷，該中斷讓ARM核從共享RAM中相應(yīng)位置讀入仿真主機要發(fā)送的G00SE 數(shù)據(jù)包，或者根據(jù)GOOSE數(shù)據(jù)包的配置數(shù)據(jù)，通過光纖口發(fā)送出去；3、停止仿真中斷，該中 斷讓ARM核知道，仿真已停止，仿真狀態(tài)標(biāo)識由正在仿真標(biāo)識變?yōu)橥Ｖ狗抡鏄?biāo)識，ARM核的 程序進入等待仿真開始的狀態(tài)。
[0024] DSP子系統(tǒng)工作過程為：DSP核端程序運行后，先做一些初如化工作，如初如化仿 真主機光纖口等等，然后不停讀仿真主機光纖口，等待仿真主機發(fā)送過來的配置數(shù)據(jù)，配置 數(shù)據(jù)包括對智能化模擬斷路器的配置以及GOOSE數(shù)據(jù)包的配置信息，當(dāng)配置數(shù)據(jù)交換完 后，仿真主機馬上開始啟動仿真，仿真開始。DSP核程序在收到GOOSE數(shù)據(jù)包的配置后，會 將GOOSE數(shù)據(jù)包的配置數(shù)據(jù)和正在仿真標(biāo)識寫入共享RAM中，并通過DSP Link中斷通知 ARM核。仿真開始后，每個仿真步長中，仿真主機都會同步地向每個仿真主機光纖口發(fā)送包 含命令的數(shù)據(jù)，DSP核端程序循環(huán)讀取仿真主機光纖口，收到新的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)數(shù)據(jù)包類 型進行分別處理。這里接收的數(shù)據(jù)包主要分為3類：1、開出量數(shù)據(jù)包：收到開出量數(shù)據(jù)包 后，智能插件通過連接模擬斷路器的接口電路將開出量信號對應(yīng)地送給模擬斷路器；2、仿 真GOOSE數(shù)據(jù)包：收到仿真GOOSE數(shù)據(jù)包后，DSP核端程序?qū)懭牍蚕鞷AM中，并通過DSP Link 中斷通知ARM核；3、停止仿真數(shù)據(jù)包：收到停止仿真數(shù)據(jù)包后，本次仿真結(jié)束，仿真主機停 止仿真，DSP核端程序通過DSP Link中斷通知ARM核仿真結(jié)束后，重新初如化自己，然后不 停讀仿真主機的光纖口，等待仿真主機發(fā)送過來的配置操作，進行下一次新的仿真。
[0025] DSP核使用了 1個ARM中斷事件，當(dāng)收到ARM中斷后，DSP進入中斷程序，DSP核從 共享RAM中相應(yīng)位置讀入數(shù)據(jù)，將變位開出信號通過連接模擬斷路器的接口電路發(fā)送給模 擬斷路器。
[0026] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種智能化模擬斷路器，設(shè)置于在電力系統(tǒng)的繼電保護與綜合自動化實訓(xùn)系統(tǒng)中用 于進行仿真，其分別與仿真主機和智能終端相連接，其特征在于：其包括模擬斷路器和智能 插件； 所述的智能插件包括具有ARM和DSP雙CPU架構(gòu)的處理芯片、與所述的處理芯片相連 接的開入開出電路；所述的處理芯片包括寫有ARM程序的ARM核和寫有DSP程序的DSP核， 所述的DPS核通過光纖與所述的仿真主機相信號連接，所述的ARM核通過光纖與所述的智 能終端相信號連接；所述的開入開出電路通過接口電路與所述的模擬斷路器相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化模擬斷路器，其特征在于：所述的處理芯片還包括寫 有是否正在仿真的仿真狀態(tài)標(biāo)識的共享RAM，所述的共享RAM分別與所述的ARM核和DSP核 相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化模擬斷路器，其特征在于：所述的開入開出電路包括 連接于所述的處理芯片和所述的接口電路之間的可編程芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化模擬斷路器，其特征在于：所述的DSP核連接有千兆 以太網(wǎng)接口，所述的千兆以太網(wǎng)接口與所述的仿真主機的光纖口通過所述的光纖相連接； 所述的ARM核連接有百兆以太網(wǎng)接口，所述的百兆以太網(wǎng)接口與所述的智能終端的光纖口 通過所述的光纖相連接。
【文檔編號】G09B23/18GK104064070SQ201410324458
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】陳劍, 李世倩, 傅洪全, 陶紅鑫 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司生產(chǎn)技能培訓(xùn)中心, 北京殷圖仿真技術(shù)有限公司