基于DSP的以太网103规约在电力监控系统中的研究

论文摘要

随着嵌入式系统软硬件技术不断的发展,它们的影响已经深入到社会的许多方面,也使得工业控制系统的结构发生了很大的变化。新的硬件平台和通信技术在变电站系统中应用,使得变电站自动化系统也得到了快速的发展。本论文主要就变电站自动化系统中保护监控平台的通信和设计等问题展开研究和探讨。本文首先回顾了变电站自动化技术的发展历程,论述了当前变电站自动化的现状及存在的问题,说明了新的硬件平台和快速以太网应用到变电站保护监控平台的意义。提出了本文研究的两个重点问题:应用标准化的IEC61850-103通信协议的必要性和如何应用软硬件协调设计的方法设计保护监控装置。其次分析了变电站自动化系统站内通信网络的要求,以中低压变电站为模型,提出了设计基于快速以太网的变电站自动化系统。传统意义上的基于串口总线的变电站自动化系统站内通信规约IEC60870-5-103己经被广泛应用,成为各自动化系统厂商的标准协议,而以以太网为通信网络的通信协议,各厂商都不尽相同,这都严重影响了以太网在变电站自动化系统中的应用。本文研究的目的之一就是研究实现把以太网结构下的IEC60870-5-103协议应用到变电站自动化系统的站内数据通信中,同时基于实际应用系统的特点,对103协议也进行了一定的裁剪,达到了既符合实际、又兼容现有规约协议的作用。随后本文以平台化的设计方法设计了基于DSP的新型监控保护装置。本文采用网络芯片DM9000A实现了嵌入式的网络接口,详细研究了在DSP芯片TMS320F2812处理器控制下的网络接口软硬件的实现,并对该系统的硬件和软件结构做了详细了介绍。最后本文总结了在系统开发过程中的一些经验,并对进一步的研究提出了一些展望。而本课题实现的系统,已经成功应用到生产实践中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 变电站自动化技术及其发展
• 1.2 当前变电站自动化中存在的问题
• 1.3 本课题研究的重点和所做的工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 IEC 61850国际标准
• 2.1 IEC 61850协议标准
• 2.1.1 IEC61850标准的概述
• 2.1.2 IEC61850标准制定的原因和目标
• 2.1.3 IEC61850标准的国内外研究现状
• 2.2 IEC61850标准的主要内容
• 2.2.1 信息分层
• 2.2.2 103协议体系结构
• 2.3 本文实现的103协议
• 2.3.1 传输帧格式和节点地址定义
• 2.3.2 报文信息分类及优先级
• 2.3.3 链路服务级别
• 2.3.4 链路传输规则
• 2.3.5 应用服务数据单元
• 2.3.6 协议实现过程
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 系统硬件设计框图
• 3.2 各功能模块硬件设计
• 3.2.1 主处理器TMS320F2812
• 3.2.2 系统电源设计
• 3.2.3 系统时钟设计
• 3.2.4 复位电路设计
• 3.2.5 系统RAM扩展
• 3.2.6 串口通信电路模块
• 3.2.7 USB接口设计
• 3.3 快速以太网硬件接口设计
• 3.3.1 快速以太网控制器DM9000A芯片
• 3.3.2 DM9000A与TMS320F2812接口时序设计
• 3.3.3 隔离单元
• 3.4 小节
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 系统软件结构
• 4.2 快速以太网驱动程序开发
• 4.3 103协议栈的设计与具体实现
• 4.3.1 103协议包的实现
• 4.3.2 通信异常处理与故障报告
• 4.4 TCP/IP协议栈的实现
• 4.4.1 TCP/IP协议栈的系统结构
• 4.4.2 ARP协议的设计与实现
• 4.4.3 IP协议的设计与实现
• 4.4.4 ICMP网际控制模块
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 论文工作成果
• 5.2 进一步的研究工作展望
• 5.3 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录