兼容串行通信与以太网通信的微机保护通信系统研究

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1、兼容串行通信与以太网通信的微机保护通信系统研宄摘要：随着变电站自动化技术在电力系统中的逐步应用，势必要求变电站中各二次设备逐步实现网络化。微机继电保护装置作为变电站重要的二次设备，对其通信系统提出了很高的要求。本文根据微机保护通信系统的要求，设计了由以太网与串行通信相结合的通信系统，阐述了通信系统的硬件构成，完成了相关驱动程序与通信功能软件的编写。开发的通信系统对于提高电力系统综合自动化水平具有重要的现实意义。关键词：微机保护；通信系统；串行通信；以太网1引言变电站自动化技术经过10多年的发展己经达到很高的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化

2、技术实现无人值班，而且在220RV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价。随着计算机技术、网络技术的迅猛发展，以太网技术在工业领域得到了广泛应用［1，2］。以太网具有良好的开发性、稳定性、易维护性、传输速度快、价格低廉、易于实现与上层管理信息网络的无缝连接，而且为不同厂商的产品提供了一个统一的接口，便于实现互联和互操作［3,4］。因而，在微机保护中可采用以太网构建通信系统，同时，为了兼顾传统的通信模式，设计中仍然保留了串行通信接口。本文以串行通信与以太网通信相结合

3、的通信系统为出发点，就相关问题进行阐述。2硬件构成串行通信接口装置中，考虑到需要处理的数据较多，数字算法的计算量大，因此在保护CPU的选择上采用的是TI公司的新一代高性能32位浮点DSP芯片TMS320VC33。由于在VC33的内部结构中没有集成通用异步接收发送器（UART）,所以当保护系统与厂站局域网、远方调度进行数据通信，并要求有较高的实时性时，就必须扩展异步通用芯片，以求得到较高的通信速度。本装置采用的通用异步接收发送器芯片是TTI公司的TL16C752,它具有低功耗、高速度的特点最大数据传输速率可达/s，且接收器与发送器相互独立，可进行DMA操作，控制灵活方

4、便。同时还具有回读功能，可以在线诊断，它提供了两组增强型的独立UART接口，具有16字节的发送和接收FIFO、MODEM控制接口和通信状态寄存器。它与DSP芯片的结构示意图如图1所示。在装置中设置了两个串行通信口，其中串口1固定为RS-232，在实际应用中用来实现串口打印实时数据和各种参数，串口2可以通过跳线选择为RS-232或RS-485模式，用来组网通信。装置中的CPLD芯片主要是用来产生片选、读写等控制逻辑，它采用的是XILINX公司生产的XC95144；加入光隔则提高了通信的抗干扰能力；电平转换芯片MAX232ACSE与MAX490ESA的作用是使信号电平(

5、TTL电平)转换为RS-232或RS-485电平，或进行二者之间的逆转换。以太网接口在装置中选择RTL8019AS作为以太网控制芯片。选择好DSP芯片和网络芯片之后，要以TMS320VC33和RTL8019AS构建以太网，关键在于DSP处理器与网卡控制芯片之间的接口设计。下面就讨论TMS320VC33芯片与RTL8019AS芯片之间如何进行连接，从而实现有效的数据通信。在TMS320VC33和RTL8019AS之间通过XILINX公司生产的CPLD芯片XC95144进行连接，硬件结构的示意图如图2所示，其中XC95144在接口电路中起逻辑转换的作用，存储芯片AM29

6、F400B75EC用来存储网卡芯片初始化等信息。基于DSP与RTL8019AS组成的以太网，DSP主处理器与网卡之间的接口主要实现的功能有[5-7]:(1)主处理器通过接口电路对网卡芯片进行控制，包括对网卡的逻辑控制、读写控制、复位等；(2)主处理器与网卡之间的数据交换，DSP通过接口电路对网卡接收数据进行读取，将需要发送的数据写入网卡缓存。3通信功能的软件实现串行通信的软件设计UART的驱动程序设计对于通用异步接收发送器(UART)TL16C752的驱动程序设计，就是对与DSP芯片通信相关的内部寄存器进行操作，下面就简要介绍一下相关的寄存器的情况与设置。线路控制寄

7、存器(LCR)线路控制寄存器(LCR)存放串口传送的二进制位串数据格式，LCR是一个8位的寄存器，各位的定义如下：dOdl是字长选择位，若dOdl=OO，传送的字长为5位;dOdl=l时字长为6;dOdl=O时字长为7;dOdl=ll时字长为8。d2位是停止位选择，d2=0时停止位为1位；d2=l时停止位为位。d3二0时校验有效；d3=l时检验无效。d4是校验类型位，d4=0时进行奇校验；d4=l时进行偶校验。d7位(DLAB)是锁定波特率发生器位，d7=l时访问波特率因子寄存器;d7=0时访问其他寄存器。在本系统中，使dOdl=ll，选择的8位字长；d2=0，