煤礦電力保護(hù)裝置遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 婁建華 王 潔

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煤礦電力保護(hù)裝置遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 婁建華 王 潔

【摘要】針對(duì)煤礦電力保護(hù)裝置軟件維護(hù)的低效率、高成本問(wèn)題，通過(guò)對(duì)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(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了程序的遠(yuǎn)程維護(hù)，提高了產(chǎn)品維護(hù)效率，降低了維護(hù)成本。

【關(guān)鍵詞】電力保護(hù)；FLASH；遠(yuǎn)程升級(jí)；以太網(wǎng)通信

1　引言

電力保護(hù)裝置是隔爆型高低壓真空配電開(kāi)關(guān)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)的信號(hào)測(cè)量、繼電保護(hù)、IO控制以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。由于安全性等要求，在對(duì)電力保護(hù)裝置進(jìn)行軟件升級(jí)等維護(hù)工作前，配電開(kāi)關(guān)必須斷電，此過(guò)程操作繁瑣，給維護(hù)工作帶來(lái)了極大不便。目前，電力保護(hù)裝置的程序維護(hù)，大部分為設(shè)備開(kāi)發(fā)人員攜帶仿真器到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)JTAG接口進(jìn)行軟件升級(jí)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(jí)方法還有通過(guò)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(hù)裝置與一般的測(cè)控設(shè)備相比，它對(duì)軟件實(shí)時(shí)性要求更高，數(shù)據(jù)運(yùn)算量更大，因此本電力保護(hù)裝置的主控芯片采用浮點(diǎn)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(yuǎn)程升級(jí)提供了基礎(chǔ)；同時(shí)具備32位浮點(diǎn)處理單元，與以往定點(diǎn)DSP相比，運(yùn)算速度更快，保證了電力保護(hù)裝置對(duì)大量數(shù)據(jù)計(jì)算的實(shí)時(shí)性要求。

2　遠(yuǎn)程升級(jí)的實(shí)現(xiàn)方法

實(shí)現(xiàn)電力保護(hù)裝置的軟件遠(yuǎn)程升級(jí)的主要過(guò)程為：首先，上位機(jī)軟件通過(guò)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)電力監(jiān)控裝置建立TCP/IP連接，并將目標(biāo)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(dòng)識(shí)別目標(biāo)文件，關(guān)閉中斷，調(diào)用FLASH_API函數(shù)進(jìn)行FLASH代碼更新工作，更新完成后自動(dòng)重啟裝置，最終完成軟件遠(yuǎn)程更新操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。具體實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟：

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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

2)下載目標(biāo)文件。打開(kāi)上位機(jī)軟件，輸入用戶名和密碼，以及目標(biāo)電力保護(hù)裝置的IP地址，并以主動(dòng)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(huì)有相關(guān)提示，若下載出錯(cuò)，則需再次手動(dòng)執(zhí)行。

3)目標(biāo)文件解析。電力保護(hù)裝置自動(dòng)檢測(cè)是否有代碼文件更新，若檢測(cè)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(yùn)行，因此在上電啟動(dòng)時(shí)，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(guò)FLASH擦除、寫(xiě)、校驗(yàn)等步驟后完成代碼更新，更新完成后，重新啟動(dòng)運(yùn)行新代碼。

3　裝置相關(guān)硬件設(shè)計(jì)

電力保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程升級(jí)功能相關(guān)硬件設(shè)計(jì)主要包括DM9000AEP以太網(wǎng)通信電路、W25Q32FVSIG片外FLASH存儲(chǔ)等電路，如圖2所示。電力保護(hù)裝置通過(guò)10/100M以太網(wǎng)通信從上位機(jī)分包接收目標(biāo)代碼，并且存儲(chǔ)到片外FLASH存儲(chǔ)中，最終形成完整文件。采用以太網(wǎng)通信方式的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)裝置互聯(lián)、傳輸速率高、具有硬件CRC校驗(yàn)等。

圖2　相關(guān)硬件設(shè)計(jì)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(lái)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(guò)16位數(shù)據(jù)總線XD[0-15]、讀信號(hào)線RD、寫(xiě)信號(hào)線WE來(lái)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(hào)線XZCS6、地址線XA0進(jìn)行控制，DSP支持自動(dòng)地址片選輸出功能，根據(jù)XINTF輸出地址的所在范圍，自動(dòng)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(duì)DM9000AEP其進(jìn)行軟復(fù)位，DSP與DM9000AEP的數(shù)據(jù)交換過(guò)程為：上電后，DSP首先對(duì)其復(fù)位處理，然后對(duì)其NCR、NSR等通信相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，初始化完成后等待中斷。若檢測(cè)到中斷信號(hào)，則啟動(dòng)數(shù)據(jù)讀取操作，由于DSP的內(nèi)存有限，無(wú)法一次性接收目標(biāo)代碼，DSP在接收到一包數(shù)據(jù)后，首先將其通過(guò)SPI接口將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部FLASH中，然后允許上位機(jī)發(fā)送下一包，直到目標(biāo)代碼接收完成。

4　系統(tǒng)相關(guān)軟件設(shè)計(jì)

4.1電力保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)

電力保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)主要包括：TCP/IP以太網(wǎng)通信協(xié)議、外部FLASH存取操作、目標(biāo)代碼燒寫(xiě)操作等。本文將uip以太網(wǎng)協(xié)議棧進(jìn)行裁剪后移植到DSP中，并對(duì)其相關(guān)配置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減少其對(duì)RAM資源的占用，并編寫(xiě)了DM9000AEP、W25QFVSIG相關(guān)驅(qū)動(dòng)函數(shù)。為了提高軟件的可靠性和容錯(cuò)性，每個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)都必須具有返回值，根據(jù)返回值的狀態(tài)來(lái)判斷函數(shù)執(zhí)行結(jié)果，并且對(duì)傳入?yún)?shù)的有效性進(jìn)行判斷，確保傳入值的合理性，避免出現(xiàn)軟件異常運(yùn)行的情況。

開(kāi)機(jī)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(jìn)行代碼更新時(shí)禁止調(diào)用和訪問(wèn)任何片內(nèi)FLASH區(qū)的函數(shù)和變量、禁用全局中斷。軟件運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3　電力保護(hù)裝置程序流程圖

4.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

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

圖4　上位機(jī)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(yùn)用到電力保護(hù)裝置中，成功的實(shí)現(xiàn)了從地面控制室對(duì)煤礦井下的電力保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程更新操作，無(wú)需工作人員親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行繁瑣的操作，提高了現(xiàn)場(chǎng)軟件維護(hù)的執(zhí)行效率，并且降低了產(chǎn)品維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]張雄偉,曹鐵永.DSP芯片的原理與開(kāi)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(yuǎn)程更新[J].微計(jì)算機(jī)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(jì)[J].自動(dòng)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(yuǎn)程程序下載的實(shí)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(dòng)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(jiǎn)介：