煤礦電力保護裝置遠程升級系統(tǒng)設(shè)計

天地（常州）自動化股份有限公司 婁建華 王 潔

?

煤礦電力保護裝置遠程升級系統(tǒng)設(shè)計

天地（常州）自動化股份有限公司 婁建華 王 潔

【摘要】針對煤礦電力保護裝置軟件維護的低效率、高成本問題，通過對TMS320F28335的FLASH在應(yīng)用編程技術(shù)、以太網(wǎng)通信技術(shù)的研究，提出了一種基于高速以太網(wǎng)通信的程序遠程升級系統(tǒng)，實現(xiàn)了程序的遠程維護，提高了產(chǎn)品維護效率，降低了維護成本。

【關(guān)鍵詞】電力保護；FLASH；遠程升級；以太網(wǎng)通信

1　引言

電力保護裝置是隔爆型高低壓真空配電開關(guān)的核心設(shè)備，負責(zé)開關(guān)的信號測量、繼電保護、IO控制以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。由于安全性等要求，在對電力保護裝置進行軟件升級等維護工作前，配電開關(guān)必須斷電，此過程操作繁瑣，給維護工作帶來了極大不便。目前，電力保護裝置的程序維護，大部分為設(shè)備開發(fā)人員攜帶仿真器到現(xiàn)場通過JTAG接口進行軟件升級的方式[1]，不僅工作量極大，而且效率低下。此外，傳統(tǒng)的軟件升級方法還有通過串口引導(dǎo)方式[1]，串口通信方式[2]，CAN通信方式[3,4]等。

電力保護裝置與一般的測控設(shè)備相比，它對軟件實時性要求更高，數(shù)據(jù)運算量更大，因此本電力保護裝置的主控芯片采用浮點型數(shù)字處理器TMS320F28335，其具有150MHz高速處理能力[1]，片內(nèi)閃存容量為256K字，并支持在應(yīng)用編程IAP[5]，為裝置軟件遠程升級提供了基礎(chǔ)；同時具備32位浮點處理單元，與以往定點DSP相比，運算速度更快，保證了電力保護裝置對大量數(shù)據(jù)計算的實時性要求。

2　遠程升級的實現(xiàn)方法

實現(xiàn)電力保護裝置的軟件遠程升級的主要過程為：首先，上位機軟件通過以太網(wǎng)與現(xiàn)場電力監(jiān)控裝置建立TCP/IP連接，并將目標文件完整下載到電力監(jiān)控裝置中。然后，電力監(jiān)控裝置自動識別目標文件，關(guān)閉中斷，調(diào)用FLASH_API函數(shù)進行FLASH代碼更新工作，更新完成后自動重啟裝置，最終完成軟件遠程更新操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。具體實現(xiàn)包括以下幾個步驟：

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1)生成目標文件。通過修改代碼工程屬性中的輸出選項，選擇Creat Flash Imagie：Intel-Hex項，本文編程軟件采用CCS5.5版本,不同的軟件版本設(shè)置會有所區(qū)別，保存設(shè)置后重新編譯程序，即可自動生成.hex文件，無需在進行.out文件轉(zhuǎn).hex文件的操作步驟。

2)下載目標文件。打開上位機軟件，輸入用戶名和密碼，以及目標電力保護裝置的IP地址，并以主動方式建立TCP/IP連接。連接成功后，選擇需要下載的文件路徑并下載。程序下載完畢后會有相關(guān)提示，若下載出錯，則需再次手動執(zhí)行。

3)目標文件解析。電力保護裝置自動檢測是否有代碼文件更新，若檢測到新代碼文件，那么將根據(jù)文件后綴名調(diào)用文件解析函數(shù)，若為.hex文件，則需根據(jù).hex的編碼原則，將其轉(zhuǎn)化為bin文件，若為.bin文件，那么直接調(diào)用代碼更新程序。

4)代碼更新。關(guān)閉全局中斷，由于FLASH操作函數(shù)必須在RAM中運行，因此在上電啟動時，F(xiàn)LASH相關(guān)API函數(shù)已經(jīng)加載到片內(nèi)RAM中，依此通過FLASH擦除、寫、校驗等步驟后完成代碼更新，更新完成后，重新啟動運行新代碼。

3　裝置相關(guān)硬件設(shè)計

電力保護裝置的遠程升級功能相關(guān)硬件設(shè)計主要包括DM9000AEP以太網(wǎng)通信電路、W25Q32FVSIG片外FLASH存儲等電路，如圖2所示。電力保護裝置通過10/100M以太網(wǎng)通信從上位機分包接收目標代碼，并且存儲到片外FLASH存儲中，最終形成完整文件。采用以太網(wǎng)通信方式的優(yōu)勢在于系統(tǒng)可以實現(xiàn)裝置互聯(lián)、傳輸速率高、具有硬件CRC校驗等。

圖2　相關(guān)硬件設(shè)計電路圖

DM9000AEP是48腳LQFP封裝的10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器，它由CMD引腳來區(qū)別數(shù)據(jù)端口和地址端口，數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用，減少了芯片的引腳數(shù)量，更有利于PCB布局，支持8位和16位模式，本文采用16位數(shù)據(jù)總線方式，提高了數(shù)據(jù)交換的效率。DSP與DM9000AEP的數(shù)據(jù)交換經(jīng)過16位數(shù)據(jù)總線XD[0-15]、讀信號線RD、寫信號線WE來完成，DM9000AEP的片選CS、命令選擇端口CMD分別由DSP的6區(qū)片選信號線XZCS6、地址線XA0進行控制，DSP支持自動地址片選輸出功能，根據(jù)XINTF輸出地址的所在范圍，自動將該區(qū)域的片選端置低，以選中該外設(shè)。

上電后，由DSP的DMINT端口對DM9000AEP其進行軟復(fù)位，DSP與DM9000AEP的數(shù)據(jù)交換過程為：上電后，DSP首先對其復(fù)位處理，然后對其NCR、NSR等通信相關(guān)寄存器進行初始化，初始化完成后等待中斷。若檢測到中斷信號，則啟動數(shù)據(jù)讀取操作，由于DSP的內(nèi)存有限，無法一次性接收目標代碼，DSP在接收到一包數(shù)據(jù)后，首先將其通過SPI接口將數(shù)據(jù)存儲到外部FLASH中，然后允許上位機發(fā)送下一包，直到目標代碼接收完成。

4　系統(tǒng)相關(guān)軟件設(shè)計

4.1電力保護裝置軟件設(shè)計

電力保護裝置實現(xiàn)遠程升級的相關(guān)軟件設(shè)計主要包括：TCP/IP以太網(wǎng)通信協(xié)議、外部FLASH存取操作、目標代碼燒寫操作等。本文將uip以太網(wǎng)協(xié)議棧進行裁剪后移植到DSP中，并對其相關(guān)配置參數(shù)進行優(yōu)化，減少其對RAM資源的占用，并編寫了DM9000AEP、W25QFVSIG相關(guān)驅(qū)動函數(shù)。為了提高軟件的可靠性和容錯性，每個驅(qū)動函數(shù)都必須具有返回值，根據(jù)返回值的狀態(tài)來判斷函數(shù)執(zhí)行結(jié)果，并且對傳入?yún)?shù)的有效性進行判斷，確保傳入值的合理性，避免出現(xiàn)軟件異常運行的情況。

開機后，需將片內(nèi)FLASH操作支持函數(shù)FLASH_API、外部FLASH操作函數(shù)等加載到DSP的片內(nèi)SRAM中，進行代碼更新時禁止調(diào)用和訪問任何片內(nèi)FLASH區(qū)的函數(shù)和變量、禁用全局中斷。軟件運行流程如圖3所示。

圖3　電力保護裝置程序流程圖

4.2上位機軟件設(shè)計

上位機軟件設(shè)計主要包括：人機交互界面設(shè)計、代碼文件操作、TCP/IP通信等內(nèi)容。為了避免誤操作，維護人員首先必須輸入正確的用戶名和密碼，才能對電力保護裝置進行遠程更新，然后對電力保護裝置發(fā)起連接，連接成功后，選擇需要下載的目標文件，文件傳輸過程實施監(jiān)控，并給出相關(guān)提示。上位機軟件如圖4所示，并對一臺電力保護裝置進行了遠程更新，更新成功，且耗時短。

圖4　上位機軟件

5　結(jié)論

本文將快速以太網(wǎng)通信技術(shù)、FLASH-IAP技術(shù)運用到電力保護裝置中，成功的實現(xiàn)了從地面控制室對煤礦井下的電力保護裝置的遠程更新操作，無需工作人員親自到現(xiàn)場進行繁瑣的操作，提高了現(xiàn)場軟件維護的執(zhí)行效率，并且降低了產(chǎn)品維護成本。

參考文獻

[1]張雄偉,曹鐵永.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002．

[2]沈軍,繆玲娟,張高安.基于串行通信的DSP程序遠程更新[J].微計算機信息,2010,08:4-5+58.

[3]陳曉聰,游林儒,黃招彬.基于CAN通訊便攜式DSP程序下載器的設(shè)計[J].自動化與儀表,2013,09:41-44.

[4]劉憾宇,佘岳,胡凱凱.基于TMS320F2812的以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)絡(luò)遠程程序下載的實現(xiàn)[J].大功率變流技術(shù),2009,02:31-34.

[5]TMS320F28335,28334,28332 Flash APIs:Texas Instruments Incorporated[Z].2008．

婁建華（1987—），男，浙江寧海人，助理工程師，碩士研究生，主要從事電力自動化系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的研發(fā)工作。

A Design of Remote Upgrade System for Power Protection Device in Coal Mine

Lou Jianhua,Wang Jie
（Tiandi(Changzhou)Automation Co.,Ltd.,Changzhou 213015,China）

Abstract:In view of the problem of low efficiency,high cost in coal mine power protection device software maintenance,this paper has a study on TMS320F28335 FLASH in application programming technology and ethernet communication technology,it proposes a remote program upgrade system based on high-speed ethernet communication,which realizes remote program maintenance,improves the efficiency of the product maintenance and reduces maintenance costs.

Keywords:power protection;FLASH;remote upgrade;ethernet communication

作者簡介：