便攜式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江星華，周立中，何 鋒

（國(guó)網(wǎng)浙江省安吉縣供電公司，浙江 湖州 313300）

0 引 言

為響應(yīng)2010年電力物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)家戰(zhàn)略—對(duì)新興產(chǎn)業(yè)加以培育和發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)過多年建設(shè)，已基本實(shí)現(xiàn)傳輸媒介光纖化，業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)化，運(yùn)行監(jiān)視、管理自動(dòng)化和信息化。隨著技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)終端的復(fù)雜程度也在隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、覆蓋范圍、區(qū)域和地理位置的變化而加劇，同時(shí)也造成電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測(cè)信息混亂、通信協(xié)議不統(tǒng)一[1]、設(shè)備多樣化等問題，增大了發(fā)生故障的概率。因此，需要設(shè)計(jì)一種高效便攜的電力系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和分析。

文獻(xiàn)[2]根據(jù)配電網(wǎng)監(jiān)控需求，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器功能進(jìn)行劃分，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了配電物聯(lián)網(wǎng)的智能配電管理。文獻(xiàn)[3]在提出配電物聯(lián)網(wǎng)智能終端概念的基礎(chǔ)上，對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[4]在分析智能配電系統(tǒng)概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對(duì)智能配電系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了基于S3C2440的電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[6]在WinCE 6.0平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)移植，可知接入電力系統(tǒng)的電力物聯(lián)網(wǎng)的智能化運(yùn)行需建立在良好的網(wǎng)絡(luò)通信性能基礎(chǔ)上[5]。ARM系列處理器提供了極好的便攜式硬件開發(fā)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)復(fù)雜軟件平臺(tái)。本文在分析IEC104通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，基于ARM平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種便攜式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于104規(guī)約通信協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)文發(fā)送和解析、信道測(cè)試、主/子站模擬等功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1給出了便攜式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)，主要包括嵌入式CPU（ARM9、S3C2416）、網(wǎng)絡(luò)模塊、顯示器、電源開關(guān)等外設(shè)。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.1 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

圖2給出了由DM9000和HR9110SA組成的網(wǎng)絡(luò)模塊。其中，DM9000是一款高速以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)芯片，與S3C2416進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；HR9110SA為網(wǎng)絡(luò)隔離芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)處理器的保護(hù)，輸出至RJ45接口。

圖2 以太網(wǎng)接口電路

1.2 USB接口設(shè)計(jì)

為滿足設(shè)備接入鼠標(biāo)和鍵盤，或者外接U盤等一些其他USB設(shè)備，本文使用AU9254A21擴(kuò)展USB接口。AU9254A21整合了樞紐控制器，最多可擴(kuò)展4個(gè)USB端口，每個(gè)端口支持用串行總線版本1.1規(guī)范，且4個(gè)子端口均具有控制電源開關(guān)以及檢測(cè)過電流的功能。USB接口電路圖如圖3所示。

圖3 USB接口電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件開發(fā)平臺(tái)構(gòu)建

根據(jù)WinCE自身的優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，在WinCE下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新和系統(tǒng)功能的組建和添加。下面以屏幕控制為例進(jìn)行介紹，圖4為WinCE環(huán)境下屏幕驅(qū)動(dòng)開發(fā)流程圖。通過修改相應(yīng)的變量（例如：解析度、像素時(shí)鐘和工作同步等），實(shí)現(xiàn)屏幕驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。WinCE系統(tǒng)桌面如圖5所示。

圖4 WinCE下屏幕驅(qū)動(dòng)開發(fā)流程

圖5 WinCE系統(tǒng)桌面

2.2 測(cè)試系統(tǒng)軟件

便攜式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)軟件流程如圖6所示，主要包括：數(shù)據(jù)傳輸子程序，SOE子程序，TEST子程序，主/子站子程序，總召喚子程序，時(shí)鐘同步子程序以及遙信、遙控、遙調(diào)子程序等。測(cè)試系統(tǒng)主要功能包括：IP地址設(shè)定和測(cè)試功能、實(shí)時(shí)通信測(cè)試功能、模擬主站功能、模擬子站功能。

圖6 測(cè)試軟件流程

2.3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試以模擬主站功能為例，對(duì)模擬主站的應(yīng)用功能進(jìn)行測(cè)試，包括總召喚、時(shí)鐘同步、電度總召喚、讀取遙信量、讀取遙測(cè)量、遙控、遙調(diào)、讀取功圖數(shù)據(jù)、讀取歷史數(shù)據(jù)等功能的實(shí)現(xiàn)情況。其中，單點(diǎn)遙控測(cè)試結(jié)果如圖7所示，其余結(jié)果見表1所列。

圖7 單點(diǎn)遙控主站控制消息界面

表1 系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于嵌入式開發(fā)平臺(tái)，在WinCE環(huán)境下開發(fā)了一套應(yīng)用于電力系統(tǒng)的便攜式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)IEC104規(guī)約通信的基礎(chǔ)上，完成了系統(tǒng)模擬主/子站、報(bào)文解析等功能，可為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)提供良好的平臺(tái)。