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PRESS CENTER介紹了區(qū)域穩(wěn)定控制裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu),從提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的角度介紹了各環(huán)節(jié)采取的相應(yīng)措施,主要包括GPS接口板上雙口RAM相關(guān)程序的改進(jìn)設(shè)計(jì),模擬量數(shù)據(jù)采集板上FIFO的應(yīng)用,利用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集邏輯控制和循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC),以及ARCnet網(wǎng)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。這些措施原理簡單,易于實(shí)現(xiàn),理論分析和針對(duì)性試驗(yàn)表明它們可以有效地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br/>
區(qū)域穩(wěn)定控制裝置通過在電力系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)之間交換信息,根據(jù)全網(wǎng)的運(yùn)行方式和故障倩況在不同地點(diǎn)因地制宜地采取相應(yīng)控制措施,可以有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定極限。該裝置于1997年3月在黑龍江東部電網(wǎng)的3個(gè)變電站和2個(gè)發(fā)電廠投運(yùn),在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)沒有大的變動(dòng)的情況下,保證了東部電網(wǎng)在高穩(wěn)定極限下長期安全運(yùn)行,緩解了東部電廠窩電問題。
在裝置長期運(yùn)行期間,由上位機(jī)數(shù)據(jù)記錄文件可知,裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸可靠性有待進(jìn)一步提高。這主要表現(xiàn)在:①存在下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)報(bào)文丟失的情況;②某些數(shù)據(jù)報(bào)文中明顯存在壞數(shù)據(jù)(與實(shí)際值偏差過大)。數(shù)據(jù)傳輸可靠性是穩(wěn)控裝置整體工作可靠性的重要一環(huán)。在某些極端情況下,長時(shí)間(如連續(xù)10多個(gè)周期)的數(shù)據(jù)報(bào)文丟失或誤傳會(huì)導(dǎo)致裝置對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)狀態(tài)的誤判,甚至引發(fā)誤動(dòng)作。
本文從區(qū)域穩(wěn)定控制裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)入手,分析了數(shù)據(jù)傳輸中各環(huán)節(jié)可能存在的問題,針對(duì)這些問題提出并實(shí)現(xiàn)了一系列相應(yīng)措施。
數(shù)據(jù)傳輸體系
區(qū)域穩(wěn)定控制裝置為上下位機(jī)分層結(jié)構(gòu),以便靈活配置,滿足各種應(yīng)用的要求。上下位機(jī)間通過ARCnet 網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。下位機(jī)為工業(yè)STD總線,主從 CPU結(jié)構(gòu),僅主控處理器V40能控制總線并訪問總線資源,從處理器不能直接訪問總線資源。可將從處理器看做總線上的智能I/O,它們僅完成
一些特定的功能,不參與系統(tǒng)級(jí)決策。
區(qū)域穩(wěn)定控制裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸體系見圖1。由下位機(jī)各插卡采集到的模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù)送至上位機(jī)內(nèi)存的傳輸環(huán)節(jié),主要包括:①主控處理器V40板與GPS接口板通過雙口 RAM方式交換狀態(tài)和時(shí)間信息;②V40板通過I/O端口應(yīng)答方式從A/D變換板和開關(guān)量輸入板獲得采集到的模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù);⑧上下位機(jī)間通信由工業(yè)令牌網(wǎng)ARCnet實(shí)現(xiàn)。
2 GPS 接口板數(shù)據(jù)傳輸
主控處理器V40板與GPS接口板上單片機(jī)交換的數(shù)據(jù)主要包括:①從 GPS接收機(jī)通信報(bào)文中提取的有用的時(shí)間及狀態(tài)信息,這些信息作為時(shí)間標(biāo)簽被加在同步采集得到的模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù)報(bào)文中;②命令和狀態(tài)字節(jié),以確保主從 CPU 結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。
主從CPU間的數(shù)據(jù)交換頻繁,時(shí)序復(fù)雜多變,選用Dallas公司的DS1609雙口 RAM作為數(shù)據(jù)緩沖器和存儲(chǔ)器,GPS接口板通過雙口RAM方式可以間接參與下位機(jī)系統(tǒng)級(jí)決策。DS1609硬件設(shè)計(jì)
簡單易行,但相關(guān)軟件編程的要求較高,這是因?yàn)樗试S兩端同時(shí)訪問存儲(chǔ)單元,但芯片本身不提供硬件的訪問沖突仲裁邏輯,潛在的訪問沖突必須通過軟件設(shè)計(jì)的方法來避免,否則可能引起對(duì)同一地址的讀/寫爭用、寫/寫爭用沖突,造成數(shù)據(jù)誤讀、數(shù)據(jù)內(nèi)容不確定等問題。體現(xiàn)在GPS接口板中,這種訪問沖突會(huì)直接導(dǎo)致主控處理器V40板得到錯(cuò)誤數(shù)據(jù),造成數(shù)據(jù)包“偽丟失”現(xiàn)象,即數(shù)據(jù)包實(shí)際已上傳至上位機(jī),但由于包頭標(biāo)志位錯(cuò)誤而無法被上位機(jī)識(shí)別,使得數(shù)據(jù)無法被有效利用。
改進(jìn)后的 GPS接口板運(yùn)用“郵箱法”思想并結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)流量及流向設(shè)計(jì)雙口RAM相關(guān)程序。“郵箱法”的設(shè)計(jì)思想主要是:①郵箱自身可確保沒有讀/寫沖突和寫/寫沖突,這可以通過查詢一對(duì)郵箱標(biāo)志存儲(chǔ)器內(nèi)容實(shí)現(xiàn),特殊情況下也可由單個(gè)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn);②郵箱是一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)段兩側(cè)讀寫狀態(tài)的標(biāo)志,利用此信息可以避開各種可能的沖突。
運(yùn)用“郵箱法”設(shè)計(jì)雙口 RAM程序時(shí)應(yīng)注意;①獲得某存儲(chǔ)單元的寫操作權(quán)限前,應(yīng)查詢相應(yīng)郵箱,完成某存儲(chǔ)單元的寫操作后應(yīng)立即釋放寫操作權(quán);②默認(rèn)雙口RAM某一側(cè)獲得寫操作權(quán)的優(yōu)先級(jí)更高,優(yōu)先級(jí)低的一側(cè)在獲得寫操作權(quán)的過程中需查詢⒉次標(biāo)志存儲(chǔ)器(2次查詢延時(shí)根據(jù)主從CPU 實(shí)際速度確定),以確保任何情況下對(duì)同一存儲(chǔ)區(qū)段同一時(shí)刻只有一側(cè)可獲得寫操作權(quán)。
運(yùn)用“郵箱法”設(shè)計(jì)雙口RAM程序的優(yōu)點(diǎn)是:①即使不細(xì)致地考慮雙口 RAM兩側(cè)相關(guān)程序的時(shí)序,也可確保不會(huì)發(fā)生讀/寫沖突和寫/寫沖突,尤其適用于通信頻繁且時(shí)序復(fù)雜的系統(tǒng);②減小雙口RAM兩側(cè)程序的關(guān)聯(lián)性,便于程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化、模塊化,提高了程序的可維護(hù)性和可繼承性。
3A/D變換板數(shù)據(jù)傳輸
原A/D變換板利用單片機(jī)和雙口RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和與下位機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的功能。單片機(jī)和雙口RAM系統(tǒng)涉及芯片數(shù)量多,其功耗和發(fā)熱量均較大,散熱不良時(shí)會(huì)影響電路工作的穩(wěn)定性。同GPS接口板一樣,雙口 RAM的相關(guān)程序設(shè)計(jì)要求考慮較多的因素。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生某些強(qiáng)烈電磁干擾時(shí),數(shù)據(jù)傳輸會(huì)受到影響,導(dǎo)致瞬間出現(xiàn)大量壞數(shù)據(jù),此時(shí)原A/D變換板采用的水平奇偶校驗(yàn)因不能檢驗(yàn)出偶數(shù)次差錯(cuò)而無法滿足要求。
由分析可知,系統(tǒng)對(duì)A/D變換板的控制信號(hào)為啟動(dòng)采樣,此信號(hào)由GPS接口板發(fā)出的全網(wǎng)同步采樣脈沖提供,純硬件實(shí)現(xiàn)。這樣,A/D變換板通過總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部為單方向送出,主要包括模擬量
數(shù)據(jù)及其校驗(yàn)碼組和板內(nèi)狀態(tài)信息(如FIFO狀態(tài)、A/D變換板數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好狀態(tài)等)。注意到本板數(shù)據(jù)傳輸方向單一和數(shù)據(jù)輸出順序固定的特點(diǎn),并考慮需要緩沖的數(shù)據(jù)量大小,選用IDT公司的IDT7201異步FIFO代替原來的雙口RAM。FIFO的數(shù)據(jù)讀寫操作只能順次進(jìn)行,讀寫操作只需/W、/R信號(hào)參與控制,與地址信號(hào)無關(guān),因此其接口電路簡潔;同時(shí),FIFO的硬件特性保證了使用中不可能發(fā)生讀寫沖突,可靠性較高,其相關(guān)程序設(shè)計(jì)也簡單易行。
A/D變換板的控制邏輯由一片復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)實(shí)現(xiàn),選用ALTERA公司的MAX7000系列芯片代替原單片機(jī)系統(tǒng)。MAX7000的優(yōu)點(diǎn)在于:①其編程通過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能模塊進(jìn)行,故其輸入輸出間最大延時(shí)可預(yù)測(cè);②其邏輯塊互聯(lián)是集總式的,有較高的工作頻率;③集成度高,適于實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)和控制電路。
A/D變換板CPLD狀態(tài)圖見圖2。CPLD實(shí)現(xiàn)的控制邏輯主要包括:①A/D變換,如啟動(dòng)變換、切換通道、等待數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等;②板內(nèi)狀態(tài)信息顯示,如FIFO狀態(tài)、主干狀態(tài)機(jī)進(jìn)度、一組數(shù)據(jù)采樣結(jié)束標(biāo)志等,以此確保主控處理器V40板可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地得到采樣數(shù)據(jù);③對(duì)采集到的一組數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。
由圖1可知,大量的模擬量數(shù)據(jù)需經(jīng)過STD總線、下位機(jī)ARCnet 網(wǎng)卡和上位機(jī)網(wǎng)卡才能最終送至上位機(jī)內(nèi)存,為其所用.獲得全網(wǎng)同步的模擬量數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)傳輸中的關(guān)鍵一環(huán),為確保模擬量數(shù)據(jù)在由A/D變換板送至上位機(jī)的過程中的高可靠性,有必要對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)上位機(jī)收到的數(shù)據(jù)有突發(fā)差錯(cuò)時(shí),即放棄使用該組數(shù)據(jù),以此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
A/D變換板起初采用水平奇偶校驗(yàn),即對(duì)同一數(shù)據(jù)組內(nèi)的各字符的同一位進(jìn)行奇偶校驗(yàn),最終得到一個(gè)校驗(yàn)字。這種檢錯(cuò)方案簡單,易于實(shí)現(xiàn),但當(dāng)進(jìn)行異或的相應(yīng)位發(fā)生偶數(shù)個(gè)突發(fā)差錯(cuò)時(shí),本方案
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)