基于以太网的电力智能监控终端的研究

时间：2009-08-17 11:14:20

关键字：以太网电力终端智能监控

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[导读]本文介绍了一种基于以太网的电力智能监控终端系统。该系统以16位单片机XAS3为核心处理器，利用W3100进行TCP/IP协议转换，实现设备网络化功能。系统中各种功能模块通过现场总线与主处理模块进行数据交换，系统通过以太

本文介绍了一种基于以太网的电力智能监控终端系统。该系统以16位单片机XAS3为核心处理器，利用W3100进行TCP/IP协议转换，实现设备网络化功能。系统中各种功能模块通过现场总线与主处理模块进行数据交换，系统通过以太网与调度系统通讯，实现对变电站内设备的远程监控。文中重点介绍如何利用W3100进行TCP/IP协议转换，实现系统以太网通讯功能，并给出了具体的软硬件设计。
1 引言
           TCP/IP协议是目前最流行的国际互联协议，它与以太网的结合称为以太网技术。以太网具有成本低廉、通信速率高、兼容性好[1]等特点，使以太网技术不仅在办公自动化领域得到应用，而且逐渐涉及管理网络、监控网络及现场网络等领域。
          电力智能监控终端设备是对变电站和发电厂实现远程监视和控制的智能设备，其主要功能包括采集各种信息量和完成对设备的控制。为保证电网的状态真实、快速地反应开关量的变化，以太网被应用于电力系统调度自动化系统中以提高通讯速率，突破信道瓶颈是其中的一个趋势和必然要求。但目前的监控终端设备大多数为单片机系统，在实现以太网互联时存在一定的困难。解决这一问题有以下几种方案：一种方案是采用高档的MCU和RTOS，在嵌入式操作系统中完成TCP/IP协议的处理。采用高档的MCU可以实现很多复杂的处理，但价格较高，需要同时购买昂贵的RTOS软件，且开发周期长、难度大;另一种方案是采用第三方的以太网协议转换设备，通过RS232C与转换设备通讯，由转换器完成数据封装和协议转换，其缺点是通信速率受限，系统无法对以太网进行控制;第三种方案是在设备的基础上增加专用的网络协议转换芯片以实现以太网互联，即本文介绍的采用W3100和以太网控制芯片的方案，其特点是占用系统资源少、编程方便、开发周期短。
  2 W3100简介
            　　W3100是WIZnet公司专门为以太网互联和嵌入式设备推出的TCP/IP协议栈芯片。W3100能够实现TCP、UDP、IP Ver.4、DHCP、ARP 和ICMP 等协议，同时，网络接口层包括MAC子层和DLC子层，也在该芯片中实现。它能同时提供四路网络连接，内建16K双口RAM作为数据缓冲区，支持全双工模式，协议处理速度可达4～5Mbps，并且带有标准的MII接口，方便连接以太网接口芯片。WIZnet公司还提供了Socket API程序包，可以加速应用程序的开发。
   3 硬件原理
           3.1 系统硬件框图
            　　基于以太网的电力智能终端设备[5]的基本功能包括开关量信号采集、模拟量数据采集、输出开关量及与上位机系统进行高速通讯。系统硬件框图如图1所示。

图1 系统硬件框图

            图3 TCP/IP建立联接过程
            　　4.2 软件实现
            　　1）初始化W3100
            　　初始化W3100时，应首先对其进行硬复位，然后设定MAC地址及IP，最后初始化SOCKET接口。
            　　ResetEthernet（）; //硬复位W3100
            　　InitW3100A（）; //初始化W3100
            　　InitNetConfig（）; //配置以太网卡参数
            　　InitSocket（）; //初始化SOCKET
            　　2）中断服务程序
            　　根据W3100的使用手册，在系统中提供一个硬件中断作为W3100的中断输入，在中断服务程序中记录状态值。代码如下。
            　　_interrupt（INT_PCA0） _using（INT_PCA0_PSW）
            　　｛
            　　u_char status;
            　　status = INT_STATUS;
            　　while （status）
            　　｛
            　　if （status & 0x01）｛
            　　S_STATUS[0] = STATUS（0）;
            　　INT_STATUS = 0x01;
            　　｝//第1、2、3类似处理
            　　if （status & 0x10）｛
            　　S_STATUS[0] = STATUS（0）;
            　　INT_STATUS = 0x10;
            　　｝//第1、2、3类似处理
            　　status = INT_STATUS;
            　　｝
            　　INT_STATUS = 0xFF;
            　　｝
            　　3）收发数据
            　　设计一个任务定时10毫秒进行数据收发处理，其过程如下。
            　　SOCKET i;
            　　INT len;
            　　WORD TSCKNUM = 2404;
            　　for （i = 0; SockNo < 4; SockNo++）
            　　｛
            　　switch （Select（i, SEL_CONTROL））
            　　｛
            　　case SOCK_ESTABLISHED:
            　　if （（len = select（i, SEL_RECV）） > 0）
            　　｛
            　　if （len > MAX_BUF_SIZE） len = MAX_BUF_SIZE;
            　　len = recv（i, data_buf, len）;
            　　send（i, data_buf, len）;
            　　｝
            　　break;
            　　case SOCK_CLOSE_WAIT: if （（len = select（i, SEL_RECV）） > 0）
            　　｛
            　　if （len > MAX_BUF_SIZE） len = MAX_BUF_SIZE;
            　　len = recv（i, data_buf, len）;
            　　｝
            　　close（i）;
            　　break;
            　　case SOCK_CLOSED:
            　　init_sock（i）;
            　　break;
            　　｝
            　　｝
            5 结束语
            　　在设计与实现电力智能监控终端过程中，应用W3100作为以太网协议栈转换器具有接口简单、编程方便、通讯速率高、工作稳定等特点，能够简化设计难度、加快设计进度，因此W3100在快速实现网络化的设计中具备良好的应用前景。本文以成熟的应用技术为基础，增加了硬件协议转换器，减少了开发风险，缩短了开发周期，提高了产品的应用水平。该电力智能监控终端系统已经产品化，累计创造了1000万元产值。