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随着IEC61850标准的推广,符合IEC61850标准的过程层一次设备的通信问题亟需解决,而SF6断路器作为重要的一次设备,其状态在线监测系统的通信如何符合IEC61850标准变得尤为重要。因此,本文主要研究基于IEC61850标准的SF6断路器在线监测通信系统的实现,这其中涉及的主要问题包括:数据的组织形式要符合IEC61850格式规定,即结合SF6断路器在线监测实际要求,要选用哪些逻辑节点,如何组织这些逻辑节点来搭建信息模型;在本通信系统的硬件实现中,根据实际需要,主芯片的选取,拓扑结构图的设计,外围电路的实现等问题需要解决;数据以GOOSE报文的形式传播,而GOOSE的传输格式和传输机制都有其自身的特点,数据传输在特殊时刻,即跳合闸命令及状态位发生变化时,对报文传输速度和时间有特殊要求,有较高的实时性,这些特点也对软件设计和操作系统的选择以及移植提出了特殊的要求。本文的主要工作也围绕以上几点展开研究。
本文首先介绍了智能单元的相关功能要求,明晰了SF6断路器需要监测哪些量,确定了这些量在通信方面的硬件要求。接着介绍了IEC61850标准中逻辑节点和信息模型的概念和作用,结合SF6断路器的状态监测的实际需要,选用了相关逻辑节点,并且为了解决SF6断路器的状态监测数据庞杂的问题,提出了合理利用GGIO节点把部分数据分类管理的新观点,进而在此基础上,建立了相应的信息模型。在硬件系统设计中,主芯片选用通信功能强大的AT91RM9200,并设计了电源、外扩存储、复位看门狗、串行、以太网、JTAG调试、光纤以太网等外围电路,对其中的若干电路做了详细说明。在软件系统设计方面,针对GOOSE报文的结构特点以及通信机制,结合SF6断路器的状态监测包含数据的特点,本文开发了相应的软件系统,实现报文的发送、接收、报错等功能,给出了主要功能函数的流程图,对其中的若干关键问题分别做了相应的说明。由于GOOSE报文有较强的实时性要求,本文考虑选用实时性强的嵌入式系统VxWorks。在介绍了VxWorks的启动过程以及其编译环境Tornado后,对其结构和开发流程有了整体的了解,接着对VxWorks的BSP移植进行研究,利用VxWorks的MUX,编写了相应的功能接口,使数据直接从表示层到数据链路层,满足了IEC61850标准对GOOSE报文的要求。最后,利用抓包工具MMS Ethereal,抓取报文,分析实验结果。