智能开关柜内综合监控装置及后台监控软件的设计与实现

摘要

开关柜是按特定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的以开关为主体的成套设备，主要用于发电、输电、配电和电能转换。随着智能电网的发展，对于开关柜智能化的要求越来越高，智能开关柜与计算机技术、传感器技术、电力电子技术、数字信号处理、网络通信等技术的发展密切相关，是集控制、测量、保护及通信等多种功能于一体的高科技产品。本课题研究智能开关柜内综合监控装置及后台监控软件的设计与实现，主要包括在线监测、控制、通信、数据管理等功能。
　　论文首先分析了当前智能开关柜的总体结构、工作原理以及本文所设计的综合监控装置的工作原理，并从功能需求、性能指标两方面提出了综合监控装置及后台监控软件的设计需求。根据需求，综合比较各种可行方案，最后选定以NUC950微处理器为核心的综合监控装置设计方案和基于C/S模式的网络通信方案。
　　接着，根据选定的设计方案对综合监控装置进行详细的硬件电路设计，将系统硬件平台划分为NUC950系统板和电源板两个部分，主要包括NUC950最小系统、数据存储电路、通信电路、开关量输入输出电路、系统供电电源、高压带电显示电路、加热器断线检测电路等。在硬件设计的基础上，介绍了PCB板的抗干扰设计和可靠性处理。
　　然后，本文说明了软件开发环境的建立，对综合监控装置的系统软件、应用软件以及后台监控软件的设计流程进行了详细说明，并介绍了触摸屏人机交互界面的开发过程。在软硬件设计完成后，与断路器在线监测装置、手车/地刀控制器、无线测温装置进行了现场联调，结果表明本课题的综合监控装置和后台监控软件满足设计需求。
　　最后，论文总结了本课题的研究内容及自己在课题中的主要工作，并对综合监控装置和后台监控软件的后续改进作出了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究课题背景及意义

1．2 开关柜内监控装置研究现状和发展趋势

1．2．1 国外发展历程

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 发展趋势

1．3 研究内容和章节安排

第2章 总体设计方案

2．1 开关柜的总体结构及工作原理

2．1．1 开关柜的总体结构

2．1．2 智能开关柜的工作原理

2．2 综合监控装置的设计需求

2．2．1 术语定义

2．2．2 功能需求

2．2．3 性能指标

2．3 综合监控装置总体设计方案

2．3．1 综合监控装置核心部分设计方案比较

2．3．2 综合监控装置设计方案介绍

2．4 后台监控软件需求分析

2．5 后台监控软件总体设计

2．6 本章小结

第3章 综合监控装置硬件设计与实现

3．1 NUC950处理器介绍

3．2 综合监控装置硬件整体结构

3．3 综合监控装置功能模块设计

3．3．1 NUC950最小系统设计

3．3．2 数据存储及USB接口电路设计

3．3．3 通信电路设计

3．3．4 开关量输入输出电路设计

3．3．5 系统供电电源设计

3．3．6 高压带电显示电路

3．3．7 加热器断线检测电路

3．4 PCB设计

3．4．1 总体布局

3．4．2 源地处理

3．4．3 PCB设计图

3．5 本章小节

第4章 综合监控装置系统软件设计与实现

4．1 嵌入式交叉编译环境的搭建

4．2 Bootloader的定制

4．3 综合监控装置的Linux内核定制

4．4 根文件系统的制作

4．5 设备驱动开发与移植

4．5．1 设备驱动程序简介

4．5．2 温湿度传感器驱动设计

4．6 本章小结

第5章 综合监控装置应用软件设计与实现

5．1 应用软件总体设计

5．1．1 软件架构

5．1．2 软件流程

5．2 软件设计与实现

5．2．1 RS232通信

5．2．2 RS485通信

5．2．3 以太网通信

5．2．4 数据存储管理

5．3 触摸屏人机交互界面设计

5．3．1 DGUS工程开发环境

5．3．2 DGUS工程开发步骤

5．3．3 界面设计

5．4 本章小结

第6章 后台监控软件的设计与实现

6．1 软件开发平台及语言

6．2 系统数据库

6．3 主要功能模块的设计与实现

6．3．1 网络通信

6．3．2 用户管理

6．3．3 实时监测界面

6．3．4 历史数据管理

6．4 本章小结

第7章 综合监控装置及后台监控软件功能测试

7．1 测试平台

7．2 测试结果

7．2．1 一次系统回路状态

7．2．2 系统参数设置

7．2．3 断路器分／合闸机械特性曲线数据传输

7．2．4 无线测温数据传输

7．2．5 数据查询

7．2．6 故障报警

7．3 本章小结

第8章 结束语

8．1 工作总结

8．2 心得体会

8．3 展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文