隨著電力係統自動化程度的不斷提高，繼電保護測控裝置數字化、智能化的趨勢日益明顯，並具有功能多樣化、通信接口豐富化、高可靠性和高性能指標等特點。

目前，傳統低壓保護測控裝置的硬件平台大多使用ARM+DSP+FPGA的多CPU結構
，該結構可以保證數據交換的實時性和保護功能的可靠性，但存在數據共享、設備間隔擴展、時鍾信號同步、功耗高等方麵的問題
，為了解決這些問題，本文提出了一種以多核處理器OMAP5910(內部集成有DSP和ARM內核)為控製核心的低壓保護測控裝置設計方案
，取得了較好的效果。

保護測控裝置的總體結構

多核處理器OMAP5910是TI公司推出的開放式多媒體應用平台

，片內集成了DSP處理器和ARM處理器，DSP處理器基於X核，提供2個乘累加(MAC)單元，1個40位的算術邏輯單元和1個16位的算術邏輯單元
，由於DSP采用了雙ALU結構，大部分指令可以並行運行
，其工作頻率達150MHz
，並且功耗更低。ARM處理器是基於ARM9核的TI925T處理器，包括了1個16KByte的指令cache和8KByte的數據cache，1個協處理器
，指令長度可以是16位或者32位。OMAP5910具有集成度高、硬件可靠性和穩定性強、數據處理能力強
、低功耗等優點。


為了檢修方便，保護測控裝置在設計時采用模塊化結構
，主要包括交流模擬量輸入模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、按鍵和顯示模塊、通信模塊、微控製器模塊等，其結構框圖如圖1所示。

交流模擬量輸入模塊包括電壓互感器
、電流互感器、信號調理電路和A/D轉換電路
，用於將交流模擬信號轉換為能被OMAP5910處理的數字信號;數字量輸入模塊用於采集負荷開關位置信號、低壓斷路器位置信號、熔斷器熔斷信號等普通開關量信號
，還可以采集重瓦斯動作跳閘、輕瓦斯動作告警等非電量信號;數字量輸出模塊主要用於各種保護裝置的出口跳閘
、信號報警等功能;按鍵和顯示模塊主要用於人機交互;通信模塊用於與其它智能設備和監控中心進行通信。

OMAP5910中的DSP處理器是實現保護測控功能的核心，主要負責交流模擬量與數字量輸入信號的采集、數字濾波、電氣量計算、保護邏輯判斷、故障信息處理、保護動作出口等實時性任務。

OMAP5910中的ARM處理器主要負責處理人機交互、GPS對時、網絡通信等非實時性任務。由於DSP處理器和ARM處理器集成在一個芯片內，所以其功耗相對於多CPU結構的硬件平台要低很多，且不存在時鍾信號同步問題;DSP處理器和ARM處理器可以通過192K字節的內部SRAM實現數據共享，不存在數據共享和問題，且整個硬件平台具有較靈活的可擴展性，較好地解決了多CPU硬件平台中存在的問題。

低壓保護電路設計

A/D轉換電路

低壓保護測控裝置采集的交流模擬信號包括三相測量電流、三相保護電流、零序電流和三相電壓[4]，三相測量電流使用5A/3.53V的線性電流互感器采樣，三相保護電流信號使用100A/7.07V的電流互感器采樣，零序電流使用20A/7.07V的電流互感器采樣，三相電壓使用220V/7.07V的電壓互感器采樣，共需要10路A/D轉換通道。


A/D轉換芯片使用TI公司生產的TLC3578，它是8通道14位串行模數轉換器，采用單5V模擬電源和3V~5V數字電源供電，模擬量輸入範圍為-10V~+10V
，完全可以滿足同時接多個互感器的設計要求。TLC3578的接口電路如圖2所示，TLC3578同OMAP5910的串行接口主要由片選信號 、時鍾信號SCLK、串行數據輸入SDI和三態串行數據輸出SDO四個引腳組成， /EOC端連接至OMAP5910的中斷輸入端，當TLC3578內部FIFO存儲區滿時產生相應的外部中斷，觸發相應中斷程序將數據讀走。
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數字量輸入電路

數字量輸入電路不但可以采集低壓供電係統中的負荷開關位置信號、熔斷器熔斷信號、低壓斷路器位置信號等普通開關量信號，而且還可以采集低壓變壓器的重瓦斯跳閘、輕瓦斯告警、超高溫跳閘
、高溫告警等非電量信號。該裝置設有20路強電數字量輸入接口

，並提供有4路可編程的備用非電量輸入接口
，便於非電量功能擴展。數字量輸入接口電路如圖3所示
，DIIN是數字量輸入端子
，DICOM是數字量輸入電路的公共端，DIOUT為數字量輸入的輸出端
，DIIN端的輸入交流信號經整流、濾波
、光電耦合器後變成數字信號輸出。


數字量輸出電路采用啟動繼電器閉鎖形式

，啟動繼電器的控製信號由OMAP5910的ARM內核控製，出口繼電器的控製信號由OMAP5910的DSP內nei核he控kong製zhi，隻zhi有you啟qi動dong繼ji電dian器qi動dong作zuo後hou，才cai能neng開kai放fang出chu口kou繼ji電dian器qi的de正zheng電dian源yuan，從cong而er實shi現xian數shu字zi量liang輸shu出chu控kong製zhi的de部bu分fen解jie耦ou，避bi免mian由you於yu器qi件jian損sun壞huai而er引yin起qi保bao護hu誤wu動dong作zuo。

數字量輸出接口電路如圖4所示，當需要輸出時，首先使啟動繼電器的DOENH置高電平，DOENL置低電平，光電耦合器EL852導通，啟動繼電器動作
，其常開觸點閉合
，使+24VE連接到+24V;然後將DOOUT置為低電平，光電耦合器EL852導通
，出口繼電器動作
，其常開觸點閉合，使跳閘或告警電路導通。

通信接口電路

的ARM內核是實現信息交換的主要樞紐
，本裝置配置有兩路10/100Mbit/s光纖以太網口和兩路RS485接口。兩路以太網口組成雙GOOSE網，負責接收和解析來自過程層智能操作單元的跳閘、開關等數字量信息，並向智能操作單元實時傳送數字量輸出信息，與過程層設備實現信息共享。RS485接口主要用於裝置的調試與維護，也可以用於與其它智能設備進行數據通信。

以太網接口電路采用以太網控製芯片RTL8019AS實現，RTL8019AS是REALTEK公司出品的10Mbit/s以太網控製器，支持8位或16位數據總線
，實現了以太網媒介訪問層(MAC)和物理層(PHY)的所有功能
，通過RJ45接口與以太網相連。RS485接口電路使用RSM485D芯片實現，RSM485D是集成雙路電源隔離、電氣隔離、RS485接口芯片和總線保護器於一身的雙路隔離收發器模塊
，具有很好的隔離特性，隔離電壓高達2500VDC。
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低壓保護功能配置

保護測控裝置設置有豐富的保護功能，包括三段式帶複壓閉鎖的定時限過流保護
、三段式過負荷保護、反時限過流保護、零序電流保護
、負序電流保護、低電壓保護、過電壓保護和PT斷(duan)線(xian)告(gao)警(jing)等(deng)。保(bao)護(hu)測(ce)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)按(an)照(zhao)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)設(she)計(ji)思(si)想(xiang)
，將(jiang)不(bu)同(tong)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)給(gei)劃(hua)分(fen)為(wei)獨(du)立(li)的(de)模(mo)塊(kuai)，各(ge)個(ge)模(mo)塊(kuai)具(ju)有(you)獨(du)立(li)的(de)入(ru)口(kou)條(tiao)件(jian)和(he)出(chu)口(kou)狀(zhuang)態(tai)，並(bing)且(qie)每(mei)個(ge)模(mo)塊(kuai)設(she)置(zhi)有(you)控(kong)製(zhi)軟(ruan)壓(ya)板(ban)
，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)軟(ruan)壓(ya)板(ban)的(de)投(tou)入(ru)或(huo)退(tui)出(chu)來(lai)配(pei)置(zhi)裝(zhuang)置(zhi)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，各(ge)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)整(zheng)定(ding)值(zhi)和(he)出(chu)口(kou)方(fang)式(shi)(跳閘或告警)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)按(an)鍵(jian)或(huo)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)來(lai)配(pei)置(zhi)。這(zhe)種(zhong)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)設(she)計(ji)使(shi)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)具(ju)有(you)極(ji)強(qiang)的(de)可(ke)讀(du)性(xing)和(he)移(yi)植(zhi)性(xing)，各(ge)模(mo)塊(kuai)間(jian)的(de)協(xie)作(zuo)關(guan)係(xi)清(qing)晰(xi)明(ming)了(le)，有(you)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)保(bao)護(hu)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

OMAP5910的DSPneihegenjupeizhidebaohugongnenghebaohuzhengdingzhiyuchukoufangshi，jiangcaijidaodebaohuyongjiaoliumoniliangtongguoshuzichulihou

，yubaohuzhengdingzhijinxingbijiao，dangmanzubaohudongzuotiaojianshi，anzhaopeizhidechukoufangshidongzuo，bingjiangchukouxinxichuandigeiARM核，供LCD顯示
、狀zhuang態tai指zhi示shi和he數shu據ju通tong信xin使shi用yong。當dang裝zhuang置zhi被bei配pei以yi某mou種zhong或huo多duo種zhong保bao護hu功gong能neng時shi，其qi它ta未wei被bei配pei置zhi的de保bao護hu功gong能neng的de相xiang關guan整zheng定ding值zhi和he事shi件jian信xin息xi變bian為wei不bu可ke見jian，在zai係xi統tong程cheng序xu中zhong不bu執zhi行xing相xiang關guan保bao護hu功gong能neng，因yin此ci隻zhi需xu配pei置zhi所suo需xu保bao護hu功gong能neng的de整zheng定ding值zhi，可ke以yi最zui大da限xian度du地di減jian少shao整zheng定ding值zhi數shu量liang，簡jian化hua用yong戶hu的de定ding值zhi管guan理li，減jian少shao出chu錯cuo的de可ke能neng。

軟件設計

OMAP5910是一個高度集成的硬件和軟件應用平台

，它支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多種操作係統，由於VxWorks操作係統具有高效的任務管理功能
、支持多任務多優先級
、支持優先級搶占和輪轉調度機製、極高的實時性和可靠性等特點，使其非常適合在保護測控裝置中應用，可以提高裝置的實時性、保護軟件的可靠性和軟件開發及維護效率。

由於VxWorks操作係統采用多任務、優先級搶占機製，因此在編程中把重點放在對任務
、中斷進行劃分和任務調度的實現等問題上。

係統主要包括三個中斷



、一個任務調度和多個任務，三個中斷包括A/D采樣中斷
、定時器中斷和按鍵輸入中斷
，任務包括模擬量計算任務、保護邏輯判斷任務、保護功能任務、數字量控製任務
、故障錄波任務、通信處理任務、按鍵管理任務、報警功能(LCD顯示和指示燈指示)任務和GPS對(dui)時(shi)任(ren)務(wu)。實(shi)時(shi)多(duo)任(ren)務(wu)調(tiao)度(du)是(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)，是(shi)保(bao)證(zheng)多(duo)個(ge)任(ren)務(wu)合(he)理(li)有(you)序(xu)地(di)執(zhi)行(xing)的(de)關(guan)鍵(jian)，設(she)計(ji)時(shi)將(jiang)任(ren)務(wu)調(tiao)度(du)放(fang)在(zai)數(shu)據(ju)采(cai)樣(yang)中(zhong)斷(duan)處(chu)理(li)中(zhong)執(zhi)行(xing)
，其(qi)任(ren)務(wu)調(tiao)度(du)框(kuang)圖(tu)如(ru)圖(tu)5所示。


結論

本文提出了以OMAP5910為核心處理器的低壓保護測控裝置設計方案
，借助OMAP強大的硬件平台和VxWorks操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)的(de)軟(ruan)件(jian)環(huan)境(jing)，使(shi)整(zheng)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)的(de)硬(ying)件(jian)結(jie)構(gou)更(geng)加(jia)簡(jian)潔(jie)和(he)優(you)化(hua)
，有(you)效(xiao)地(di)降(jiang)低(di)了(le)裝(zhuang)置(zhi)的(de)整(zheng)體(ti)功(gong)耗(hao)
，提(ti)高(gao)了(le)裝(zhuang)置(zhi)內(nei)部(bu)數(shu)據(ju)交(jiao)換(huan)的(de)效(xiao)率(lv)和(he)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，提(ti)高(gao)了(le)裝(zhuang)置(zhi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。同(tong)時(shi)
，裝(zhuang)置(zhi)具(ju)有(you)靈(ling)活(huo)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)配(pei)置(zhi)和(he)保(bao)護(hu)出(chu)口(kou)配(pei)置(zhi)功(gong)能(neng)，簡(jian)化(hua)了(le)保(bao)護(hu)整(zheng)定(ding)值(zhi)的(de)管(guan)理(li)和(he)使(shi)用(yong)
，便(bian)於(yu)使(shi)用(yong)和(he)維(wei)護(hu)。

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