基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)的設(shè)計(jì)

馬炎恒

摘? ?要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)電力需求的增加，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電力領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢(shì)，社會(huì)對(duì)電力領(lǐng)域中電能的生產(chǎn)和輸配提出了更高的要求。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，電力領(lǐng)域中產(chǎn)生并廣泛應(yīng)用了大量智能設(shè)備，基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)就是其中的一種。對(duì)這一設(shè)施的廣泛應(yīng)用，有效提升了電力系統(tǒng)的智能化水平。基于此，文章對(duì)基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)設(shè)計(jì)工作展開了分析和探討。

關(guān)鍵詞：ARM;柱上自動(dòng)化開關(guān);設(shè)計(jì)

雖然柱上自動(dòng)化開關(guān)屬于開關(guān)，但是其在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用卻是至關(guān)重要的，并且對(duì)這種開關(guān)的設(shè)計(jì)工作將涉及許多領(lǐng)域的知識(shí)，比如自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等。隨著人們生產(chǎn)生活對(duì)電力資源需求的增加，電力行業(yè)的發(fā)展開始受到了廣泛的關(guān)注。在國網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求之下，當(dāng)前電力領(lǐng)域應(yīng)朝著智能化的方向發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生并應(yīng)用了基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)，有效滿足了用戶對(duì)電力資源越來越高的使用需求。

1? ? 柱上自動(dòng)化開關(guān)控制器的硬件設(shè)計(jì)分析

本次研究設(shè)計(jì)的柱上自動(dòng)化開關(guān)外圍電路主要有開關(guān)量輸入和輸出回路、計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信接口、人機(jī)接口和電源模塊6個(gè)部分[1]。在這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，電流和電壓的采樣電路包括了3路電壓采樣通道和4路電流采樣通道，使外界數(shù)字信號(hào)與控制器電路非直連，能夠避免環(huán)境因素給控制器硬件系統(tǒng)造成的干擾[2]。以按鍵、顯示屏共同構(gòu)成人機(jī)界面，用以修改控制器相關(guān)參數(shù)以及方便用戶讀取信息。分合閘線圈驅(qū)動(dòng)電路形成信號(hào)輸出端，220 V交流電為電源電路供電，同時(shí)為了確保整個(gè)硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還需使用備用電源，由24 V鉛酸蓄電池為主要構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也就是模擬信號(hào)的輸入系統(tǒng)，其內(nèi)部有模塊轉(zhuǎn)換器、模擬濾波回路以及電壓形成回路等部分組成，功能主要是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，為整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)讀取與邏輯判斷工作服務(wù)。計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)的核心部件是中央處理器，分析經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓、電流等數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部的程序給定算法。人機(jī)接口存在于計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)當(dāng)中，其功能包含與操作人員的信息交換等，由觸摸屏、鍵盤、顯示器、按鈕、開關(guān)等部分組成。通信接口的作用在于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、控制器之間的信息交互，一般使用的通信方式有以太網(wǎng)、GPRS、串口等。電源模塊承擔(dān)著為開關(guān)控制器提供穩(wěn)定電源的任務(wù)，正常運(yùn)行狀態(tài)之下，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制器無法獲取電源，則需要備用電源發(fā)揮作用，用以保護(hù)輸出告警和數(shù)據(jù)處理判斷。開關(guān)輸入回路和輸出回路組成部分有并行接口適配器、光耦合隔離器、中間繼電器幾部分組成。在整個(gè)硬件系統(tǒng)中發(fā)揮檢測(cè)柱上開關(guān)開合狀態(tài)、儲(chǔ)能狀態(tài)、保護(hù)跳閘信號(hào)和報(bào)警信號(hào)的輸出等功能[3]。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框架如圖1所示。

2? ? 柱上自動(dòng)化開關(guān)控制器的軟件設(shè)計(jì)分析

基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)在設(shè)計(jì)過程中需要滿足對(duì)相關(guān)電力參數(shù)的采集和處理，軟件的設(shè)計(jì)效果，影響操作系統(tǒng)的造價(jià)成本，綜合分析來看，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)其實(shí)時(shí)性的要求較高，并且應(yīng)用過程中，不能與主程序發(fā)生矛盾和沖突。柱上自動(dòng)化開關(guān)對(duì)ARM的應(yīng)用，在軟件性能的優(yōu)化方面有所體現(xiàn)。首先是對(duì)代碼層軟件的優(yōu)化，在ARM基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)開發(fā)和應(yīng)用，以ARM Cortex-M3作為處理器，實(shí)現(xiàn)自身性能與代碼層的優(yōu)化，提高代碼的執(zhí)行速度。對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行開發(fā)時(shí)，芯片可以進(jìn)行對(duì)匯編代碼的直接執(zhí)行，從實(shí)際情況來看，翻譯出的匯編代碼在執(zhí)行中和預(yù)期存在一定的差距，遇到該類問題時(shí)需手動(dòng)優(yōu)化匯編代碼。最后是對(duì)存儲(chǔ)器的智能優(yōu)化，在電力領(lǐng)域智能化發(fā)展的過程中，又有存儲(chǔ)器的訪問速度較慢，無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，在ARM的基礎(chǔ)之上，提高存儲(chǔ)器容量，為訪問速度的提升提供可能[4]。

3? ? 結(jié)語

綜上所述，基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)設(shè)計(jì)，需要在電力領(lǐng)域智能化發(fā)展趨勢(shì)之下，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性為前提，針對(duì)原有柱上自動(dòng)化開關(guān)自動(dòng)化不足的情況，以ARM為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能分段開關(guān)控制器，提高柱上自動(dòng)化開關(guān)的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力參數(shù)的優(yōu)化處理、準(zhǔn)確判斷故障位置、增加控制功能等，提升電力系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化水平，促進(jìn)電力領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃柳儒，任德均，陳崑，等.基于ARM的數(shù)字式比例多路閥控制器設(shè)計(jì)[J].精密制造與自動(dòng)化，2017（2）：35-38.

[2]黃立建，黃海林.基于ARM的柱上自動(dòng)化開關(guān)的設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2017（2）：140.

[3]高新根.基于嵌入式系統(tǒng)的智能柱上開關(guān)控制器軟件研究[D].廈門：廈門理工學(xué)院，2016.

[4]左楊.基于嵌入式系統(tǒng)的智能柱上開關(guān)繼電保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)[D].廈門：廈門理工學(xué)院，2015.