地铁变电所自动化系统通信管理机的研制

摘要

随着我国城镇化进程的加快，地铁建设成为我国经济快速增长的强力助推剂。电力监控系统(PSCADA)作为地铁系统中承担供电监控任务的重要子系统，为整个地铁的安全运行提供保障。为实现PSCADA系统通信一体化，近年国际电工委员会(IEC)颁布了IEC61850标准。虽然目前很多地铁设备厂家开始对采用IEC61850标准的新型智能设备进行研究，但是从设备的研制到实际投入运行，再到完全替代传统智能设备是一个相当漫长的过程。在这过程中可能出现采用传统规约和采用IEC61850规约的智能设备接入同一PSCADA系统的局面，造成PSCADA系统通信不兼容。针对这种问题，本文设计了安装在地铁变电所自动化系统站控层的通信管理机，作为变电所和远方调度中心之间的信息枢纽中心实现不同规约设备的数据交换和信息共享。
　　首先，通过对通信管理机应用环境进行分析，确定通信管理机的系统功能和硬件参数。选用“嵌入式核心主板+应用底板”的分布式架构方式设计基于ARM的嵌入式通信管理机硬件系统。
　　然后，选用IEC104远动规约、ModBus规约、IEC103规约和IEC61850规约作为本文通信管理机的规约转换模型，对规约数据映射关系进行分析。并且运用标准C语言，在嵌入式Linux操作系统下，采用模块化和多线程软件编程方法，对规约处理程序进行开发。该程序作为通信管理机的核心程序，主要负责对不同规约的通信报文进行处理和转换。同时，本文还开发了系统管理程序作为通信管理机的辅助程序，该程序主要完成对规约处理程序运行状态的管理和系统时间的校对两个任务，保证通信管理机能够正常运行。
　　最后，本文根据现场变电所自动化系统中装置连接情况搭建了模拟测试平台，对通信管理机系统的整体功能进行测试。验证该通信管理机作为变电所自动化系统信息枢纽中心的作用，成功解决了传统规约设备和IEC61850规约设备同时接入地铁PSCADA系统的问题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变电所自动化系统发展历程

1．2．2 规约转换方法研究现状

1．2．3 国内外通信管理装置及规约转换软件现状

1．3 本文主要工作

第2章 地铁通信管理机功能分析和硬件设计

2．1 地铁通信管理机功能分析

2．1．1 应用环境分析

2．1．2 通信管理机总体功能

2．2 通信管理机硬件方案选型

2．2．1 系统架构选型

2．2．2 嵌入式微处理器选型

2．2．3 硬件系统开发方案选型

2．3 基于ARM的通信管理机硬件设计

2．3．1 嵌入式核心主板

2．3．2 串口电路

2．3．3 以太网接口电路

2．3．4 电源电路

2．3．5 看门狗电路

2．4 本章小结

第3章 通信模型建立和规约映射关系分析

3．1 地铁变电所自动化系统通信模型

3．2 地铁变电所自动化系统常用通信规约分析

3．2．1 IEC60870-5-104远动规约标准

3．2．2 变电所传统规约标准

3．2．3 IEC61850标准

3．3 规约映射关系研究

3．3．1 变电所传统规约与IEC104规约映射研究

3．3．2 IEC61850与IEC104规约映射研究

3．4 本章小结

第4章 通信管理机的软件设计

4．1 软件总体设计

4．1．1 操作系统平台和开发语言选择

4．1．2 软件功能设计

4．1．3 软件总体框架

4．1．4 系统启动

4．1．5 系统管理程序

4．1．6 规约处理程序

4．2 接口通信模块设计

4．2．1 串口通信

4．2．2 Socket通信

4．3 数据库模块设计

4．3．1 数据库功能分析

4．3．2 实时数据库

4．3．3 历史数据库

4．4 报文解析编码模块设计

4．4．1 IEC104远动规约处理线程

4．4．2 传统规约处理线程

4．4．3 IEC61850处理线程

4．5 本章小结

第5章 通信管理机的测试

5．1 装置测试方案

5．1．1 测试平台的搭建

5．1．2 功能测试流程

5．1．3 程序移植

5．2 系统测试

5．2．1 系统性能测试

5．2．2 通信管理机同调度中心通信测试

5．2．3 通信管理机同ModBus从机通信测试

5．2．4 通信管理机同IEC103从机通信测试

5．2．5 通信管理机同IEC61850服务器通信测试

5．3 测试结论

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研情况