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基于ARM的断路器在线监测装置的研制 摘要：智能电网的发展，对掌控断路器的运行情况提出了更高要求，必须实时准确地采集设备各项参数。本文在综合分析了目前在线监测技术现状的基础上设计了一种新型在线监测系统，以ARM7处理器LPC2214为核心结合高精度16位芯片ADS8364来实现。软件系统采用C语言和汇编语言混合编程方式,提高了系统的实时性及可靠性，具有采集、通信等功能。 关键词：ARM; LPC2214; 数据采集; 在线监测 0 引言 智能电网是以统一规划、统一标准、统一建设为原则，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的国家电网，是我国继特高压电网建设之后，电网建设的又一重大决策。目前，智能电网研究主要面向电网的规划和运行、电网本身的稳定可靠和二次设备，而对一次设备的智能化研究较少。作为设备运行单位，我们应当建立一次设备数据网络完成对一次设备的智能化[1]。但目前很大比例的运行数据是人工输入的，如断路器的动作次数、各种压力，是可通过自动采集进入监控系统，这正是智能电网建设的任务之一。总体来说，一次设备的在线监测技术不成熟，不全面，大部分数据的贮存、应用极为有限。高压断路器在系统中担任着控制和保护的双重任务，其任务是在电力系统中能够根据需要灵活变更运行方式及切断故障。因此作为电网中非常重要的一种电气设备，其可靠性以及监测和检修一直倍受关注。检修方式经过了事后维修，定期维修到现在的状态维修三个阶段。近年来，利用断路器的事故跳闸次数和切断的故障电流估算断路器的预期寿命、决定断路器的检修策略，而故障电流波形是断路器选型的重要依据。因此我们必须了解和掌握断路器的运行状态，通过信号采集、信号处理、状态识别与诊断和决策，对开关设备进行状态评估，对异常状态作出报警。根据国际大电网（CIGRE）对高压断路器及其操作机构的可靠性进行的两次世界范围的调查，机械原因导致的事故占总数的70%以上。因此需要监测的数据量不但要有开断电流，分合闸电流和时间，针对某些断路器的储能电机电流，还必须有分合闸动触头行程、速度，动作过程的机械振动，而传统的监控装置对后两项的一些高频的复杂暂态量的采集与处理还相对困难，所以研制一种高速的、处理能力强大的在线监测系统有着重要的意义。 1 系统总体结构设计 数据采集系统硬件设计要求经济合理、安全可靠，并具有足够的抗干扰能力。装置的信号采样和模数转换由A/D模块和ARM7微处理器来完成。待测信号先分别经过变换和信号调理，以使其变为适合采样的信号，再进入采样模块。采样模块要对高速交变模拟信号进行采集，图1为系统硬件总体结构框图。其中,电流互感器、行程振动传感器、输入信号调理电路、模数转换器ADS8364构成了数据采集模块。外扩SRAM和FLASH构成了系统的程序运行空间和数据存储模块。应用UART0接口的RS232和RS485电平构成系统的通讯模块,使得系统能以多种方式实现与PC机的通讯,可满足不同应用场合的需要。 　　本系统的设计主要特点如下： 　　(1) 拥有三相开断电流，分、合闸电流，储能电机电流，动触头行程，机械振动共8路信号通道； 　　(2) 每个模拟信号通道的A/D转换的采样频率大于20kHZ，且所有模拟通道的采样时间点基本同步，精度为16位；总体测量精度需达到0.1级； (3) 考虑0.4秒的数据存储量，512k字节的缓存空间，用于实时监测数据运算调用，外扩Nand FLASH为2M， 存储实时监测历史数据 　　(4) 使用工业上成熟的RS485接口，实现局域网通信架构； 图1为系统硬件总体结构框图 2 系统硬件设计 2.1 微处理器LPC2214 本文LPC2214型ARM7为控制核心。LPC2214是Philips公司生产的支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDM I-S核的微处理器[2,3]，它采用1.8 V的内核电压，具有3.3 V的外围接口电压，最高频率60 MHz，片内有16K字的RAM和256K的FLASH。多达76个可承受5 V的通用I/O口, 12个独立外部中断引脚。1个8路10位A/D转换器。多个串行接口,包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口(400 Kbit/s)和2个SPI接口。内部集成PWM单元、实时时钟和看门狗等。丰富的片内资源,使得LPC2214特别适用于工业生产控制。 2.2 A/D转换器 在通常情况下，采集系统中A /D转换器件的性能决定着系统性能的优劣。所以本设计选用TI公司的ADS8364作为A /D转换模块。ADS8364是高速，低功耗，六通道同时采样和转换的十六位模数转换器。采用+5V 工作电压，80dB 共模抑制的全差分输入通道，还包括六个4us 连续近似的模数转换器，六个差分采样放大器，