基于DSP的电力设备远程监测分析系统

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1、第30卷第1期电力自动化设备Vol．30No．12010年1月ElectricPowerAutomationEquipmentJan.2010基于DSP的电力设备远程监测分析系统高阳，潘宏侠，吴升，梁松林（中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051）摘要：为满足对大型电力设备的远程状态监测和分析要求，设计了以C2000系列DSP-TMS320F2812（简称F2812）为核心处理器的电力设备远程监测分析系统。该系统能完全脱离主机独立运行，利用F2812丰富的外设模块构建了系统的硬件，包括对模拟信号、频率信号、数字信号的数据采集，并具有以太网、RS-232、CAN总线3种通信功

2、能。采集的信号经过DSP的嵌入式有限脉冲响应FIR数字滤波和快速傅里叶变换（FFT），得出信号的无噪声时域和频域数据。利用时、频域数据进行特征提取和分析，得出设备的运行状态和潜在故障信息。测试表明本系统能够实现长时间在线监测，并能正确地识别出故障。关键词：远程监测；数据采集；快速傅里叶变换；数字滤波；TMS320F2812中图分类号：TP216；TH83文献标识码：B文章编号：1006－6047（2010）01－0127－050引言1系统结构与主程序架构目前，电力设备状态监测与分析已步入Internet本系统利用F2812丰富的外设模块外接信号处阶段。这类系统采用Internet技术

3、与高速微处理器理、通信电路搭建起硬件平台，它主要包括模拟量采结合，实现了高速采集、处理分析和异地远程诊断集前的信号处理电路、频率测量电路、数字量输入／功能，能充分利用远程专家的技术支持和共享数输出电路、串行通信电路、CAN总线通信电路，以及据，提高了生产效率。国内已开发出诸多电力设备远由串口B经ZNE-100TL转换成以太网通信的电路程监测分析系统［1-4］。等。系统首先对输入的模拟量、数字量和待测频率信本文设计并实现了一种采用德州仪器公司的号进行处理，将电压调节至F2812可接受的范围后进入系统［5］32位DSP处理器TMS320F2812（简称F2812）作为，在系统内部实现一系

4、列数字滤波、频域主控芯片，融合了多种功能和多种通信方式，并具变换。再通过3种通信方式与上位机进行数据传有很强的操作性的远程设备监测和分析系统。该系输。系统的框架如图1所示。统能完全脱离主机独立运行，完成一系列监测、时频上位机电压以太网分析和通信功能。F2812芯片是美国德州仪器公司输入RS-232CAN电压调理RS-232转TI（TexasInstruments）开发的应用于控制领域的高F2812以太网口模块电流／电压变RS-232ZNE-100TL端数字信号处理器，它把一个高性能的DSP内核和电流换，电压调理微处理器的片内外围设备集成为一个芯片，每秒15×输入电平变换电压比较7条指

5、令（150MIPS）的处理速度，使F2812可以提10开关量频率待测信号供远远超过传统的16位微控制器和处理器的性能。输入／输出同时它还具有丰富的片内外设，包括ADC转换、频率图1系统总体结构图Fig.1Overallstructureofsystem捕捉CAP（Capture）、串行通信接口SCI（SerialCom-municationsInterface）、串行外设接口SPI（SerialPe-主程序中的3种通信方式都工作在发送采用查ripheralInterface）和CAN控制器，依托其丰富外设询、接收采用中断的方式，任何一种通信方式接收到模块，本系统实现了下位机模拟量采集

6、、频率测量、数据都会进入中断读取接收的数据。主程序中定义数字量输入／输出、有限脉冲响应FIR（FiniteImpulse了一个接收字节数变量。在初始化后设为0，在3种Response）数字滤波、快速傅里叶变换FFT（Fast通信方式的中断处理中进行运算。本系统中的FourierTransform）、RS-232通信、以太网通信和CANInternet通信是基于F2812的B串口转换成网口做总线通信。并在上位机设计了基于以太网、RS-232、的，系统主程序的流程如图2所示。CAN总线3种通信方式的操作界面。2模拟量采集收稿日期：2009－06－26；修回日期：2009－10－10本系统

7、的ADC采集使用F2812的内部ADC模基金项目：国家自然科学基金资助（50875247）；山西省回国留学人员科研资助项目（2008065）块。F2812内部提供的模数转换模块是一个12位分电力自动化设备第30卷开始N12REFINADC＝＝1？315YI1I1+RCVADJ初始化A／D采集4~20mARP114接收字节总数清零N2REFOUT+FIR＝＝1？CTRCV42011UO向串行口、以太网口、CANYREFOUT-110总线接口各发送“Ready