智能电子设备硬件和软件设计方案

张育

本论文根据IEC61850作为基础的开发环境，通过相关实验的研发和实践，设计了一套完整的数字化保护装置，并且将软件和硬件两者结合，进行了综合行为的思考，制定了数字化保护装置的设计方案。硬件层面主要侧重CPU硬件原理的知识详述，软件方面中对智能电子设备（IED，Intelligent Electronic Device）进行了基本框架的设计，然后运用IED软件分析模拟软件的整体运行情况。

【关键词】数字化保护装置 IED 硬件 软件

1 硬件设计方案

从目前的市场情况分析可以看出，数字化保护装置的核心部件是CPU，经常使用的有两种型号，这两种处理器的功能有所不同，其中，第一种是DSPTMS320F2812，可以完成很多与工程相关的保护类的功能，并且可以收集大量的数据进行仿真模拟，包括对模拟量和开关量数据的采集，然后通过相应的软件程序进行仿真和模拟，从最终的实验结果看出硬件的实际水平，根据实际的水平和指令，进行相应的硬件自动操作，并根据相应的程序进行命令的判定和运行，达到数字化控制的目的；APMS3C2510可以搭载多种操作系统，根据目前市场环境的限制，经常使用的系统是VxWorks操作系统，可以根据相应的程序指令进行任务的执行，同时控制相应的程序进行数字化的自动控制，将软件和硬件进行良好的结合。DSP可以和ARM建立通信信息的传输，这种功能的实现依赖于串行通信接口的支持，最终完成信息的通信功能，其中ARM设置为上位机，相应的情况，DSP放置于下位机，运用《现场总线CAN通讯协议》作为通信标准，两者按照标准进行通信联系。

CPU板中的DSP侧的主要功能是保护，这是整个保护机制的核心器件，在保护功能中有着至关重要的影响，可以完成很多工作，比如进行15路模拟量的收集工作，将其中四条线路作为备用线路，三条线路用于线路中电流的限制保护作用，三条线路实现电流的保护作用，最后一条线路作为保护电路。进行16路开关量数据的采集之后，可以采用DSP软件进行仿真模拟，运用软件保护逻辑程序对收集到的数据进行相应的分析和过滤，通过实际情况反馈的信息，采用ARM进行数据的接收，通过DSP进行数据的传输；而根据市场的情况来看，大部分的ARM显示器都采用液晶显示屏，这种显示屏比较常见，并且使用过程中较为稳定，安全性较高，可以准确的捕捉信号和通信指令，进行稳定的信息联系工作。如今以太网运用广泛，从如今市场的情况来看，通讯回路也不能脱离以太网的支持，并且需要双以太网进行技术的支持，这对通讯回路的整体性能都有所提升，通讯安全性有着很大程度的提升，并且整体的通讯能力提升了一个层次，可以进行更加高质量的通讯服务。

数字信号处理装置中，整体结构较为复杂，各种器件之间的联系非常紧密，可以采用相应的接口进行数据的传输，并且提升整体的性能。

ARM通过可以实现的功能来看，可以作为一个独立的功能单元进行分类，这个部件有两个接口，可以与DSP连通，进行数据的传输和信息的交流。ARM的外围电路有很多部分，所以可以实现很多功能，并且可以进行数据的独立传输，对数据进行相应的分析的过滤，完成需要的功能任务。

2 IED软件设计方案

2.1 IED软件设计总体方案

EQUIP分为四个主要的功能部分，可以进行不同的工作，提供不同任务进行的基础，并且可以实现不同的功能。数据映射模块可以对数据进行保护，进行加密处理，并且使得对数据进行进一步的分析和过滤，处理掉无用的虚假数据，对整体进行优化提升，从实际收集的数据进行判断，对整体进行相应的动态调整，如果其中一部分数据进行了更新，那么另外一部分数据需要进行同步更新。从实际的操作情况来看，整体数据进行映射地址的备份，当数据发生改变时，可以对相应变化的数据发送不同的指令进行数据的更改。赋值操作可以实现完成数据更新的任务，还可以进行信息接收和发送的指令工作。VMD经过相应的指令控制，可以保证数据的安全性和真实度，对数据进行相应的分析和过滤，使得DSP可以完成数据的保护功能。

2.2 IED软件流程

IED工作的流程很复杂，首先建立数据的虚拟映射地址，进行储存和加密，然后根据数据环境判断下一步需要选用的工作和功能，发送相应的指令对系统进行控制，完成系统整体的初始化和信号量的过滤，跟随系统发送的指令，读取通信协议内置的文件，建立相应的IEC61850映射地址数据库，完成数据的保护，进行数据映射的更新和变更，创建对应的GOOSE服务者和使用者。接着进行MMS任务，将任务指令进行循环，当数据发生变化时，可以通过任务指令进行系统的控制，同时将61850报告服务和61850日志服务进行创建，当各項任务完成后，把各种信号指令进行清除，并且清除全体的MMS对象。最后进行服务日志的记录工作，并且将其保存到服务器，最终一个IED软件流程完整的结束。

3 结语

本论文基于IEC61850为基础，设计并且研发出了一种数字化保护装置，从硬件方面和软件方面进行性能的优化和提升，硬件层面详解了CPU的硬件知识，并且CPU开发板使用DSP+APM作为主体核心，DSP主要功能是收集和分析数据，对整体的数据进行保护运算，并且提供相应的硬件服务，通过软件仿真模拟，对数据进行更深层次的管理和加密。APM层负责大量的工作，比如IED各种器件之间的通信功能，还有其他核心器件的各种精密工作，都要通过APM层进行调节控制，软件层面根据电子设备的具体情况，设计出了智能电子设备的软件框架，并且通过IED软件分析了具体流程，对运行情况进行实际的仿真模拟。根据目前市场的情况来看，这种数字化保护装置已经广泛运用在继电保护装置中，并且使得装置的安全性和稳定性大幅度提升，市场反应良好，运行状况正常。

参考文献

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作者单位

中国电子科技集团第二十七研究所 河南省郑州市 450047