变电站自动化系统在我国应用发展十多年来，为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂，自动化功能独立、堆砌，缺少集成应用和协同操作，数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高，作为输配电系统的信息源和执行终端，变电站数字化、信息化的要求越发迫切，数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能，高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障，特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象，结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践，展开专门研究，主要内容包括： ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵，通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议，更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征，包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例，对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法，即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定，这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850，而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值，则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑，在提出3种可能的构建方案的基础上，经过分析从中选择出作者认为最优的方案，并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上，针对标准以太网存在延时不确定的问题，总结了提高以太网实时性能的主要措施，并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别，针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度，指出过程子网目前较易实现，而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律：建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP协议及其运行机制，提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术，建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型，对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究；依据CNDS实际承载的功能，建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型，围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标，对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察，得出了具有普遍适用性的结论和建议，为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例，建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础，在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息，即实现了遵循IEC 61850的过程层通信，为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验，验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性，为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间： 2013-05-28
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-04-24
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目前，大多数嵌入式自动化系统都以MCU为核心，与监测、伺服、显示等仪器、设备配合实现一定的功能。现场信息往往止步于“现场”，嵌入式自动化系统从而成为了“信息孤岛”，因而制约了其本身的发展。要实现大规模的信息集成、综合实施自动化，就需要一种能在工业现场环境下运行、可靠性高且实时性好的通信系统，形成工业现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点通信。 Ethernet（以太网）和CAN-bus（控制器局域网）分别是目前全球应用最为广泛的国际互联技术和开放式现场总线。随着测控技术与网络技术日益紧密的结合，测控系统接入互联网已经成为大势所趋，这也促成了近年来嵌入式网络技术的飞速发展。以太网技术正在迅猛发展，将其应用到工控领域，可以达到降低成本，简化结构等成效。随着技术的发展以及实际的需要，将两者结合无疑会为控制领域的飞速发展带来巨大的原动力。本文设计了一种以ARM7处理器为核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet网关，可以用来实现监控设备和现场设备之间稳固、简洁的互连通信，完成对大规模现场设备的实时测控。 本文具体的研究内容如下： 1）以LPC2290为主控MCU的CAN-Ethernet互连系统的设计思想以及整体结构设计； 2）CAN-Ethernet互连系统转换电路及外围接口电路设计，MCS-51单片机与MCP2510实现CAN总线通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2290上的移植以及互连系统应用软件设计实现与探讨； 4）CAN-Ethernet互连系统核心交换模块的设计； 5）使用HTTP协议实现Web服务的功能，并通过Web页面实现对现场设备的远程测控。
上传时间： 2013-08-06
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船舶气象仪是一套船载的自动化海洋气象观测系统，该系统广泛的布置在各种船只上，可以获得船只经过的海域内的风、湿、温、气压、降雨等气象参数。通过对海洋气象环境实时的掌握，能够使船舶航行安全、省时、经济，并使因灾害性天气造成的损失减小到最低限度。通过对海洋气象数据的存储、统计，对我国观测海洋环境、研究海洋、开发海洋、利用海洋都有着重要的意义。 现代测控系统除了具有高性能的数据采集、信号处理、I/O和通信接口以外，通常均需具备良好的人机接口、友好的用户界面和强大的网络功能等。ARM架构的嵌入式处理器和嵌入式Linux操作系统由于其优异的性能和很高的性价比，已经被广泛地应用到各种电子产品的设计当中，并受到愈来愈多的自动化设备和智能仪表设计人员的青睐。 本课题主要研究基于ARM+Linux架构的嵌入式船舶气象仪的设计与开发。系统硬件平台选用ATMEL公司的AT91RM9200处理器，扩展了64M SDRAM和8M NAND FLASH，同时扩展了外围通信设备接口包括通用串行口、CAN总线接口、网络接口和人机交互接口等；并根据实际环境需要，进行了传感器的选型。 软件平台的设计主要涉及了U－Boot引导装载程序的建立，同时根据开发平台的资源，配置和裁剪Linux的内核，并编写、添加源代码中没有的驱动程序，如AD、键盘、CAN总线控制器等，重新编译内核，下载到开发平台。并在此基础上，进行了应用程序的编写。同时深入研究了嵌入式Linux下的图形界面，将图形界面系统MiniGUI移植到Linux系统中，设计了较完善、友好的图形用户界面，大大方便了用户的操作。
上传时间： 2013-06-12
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随着生产自动化要求的不断提高，控制技术和微型计算机技术的不断发展，智能记录仪已日益广泛地应用在工业过程领域，并占据了越来越高的地位。近年来，新的应用也对智能记录仪的设计提出了更高的要求。 嵌入式系统因其体积小、性能好、功耗低、可靠性高等优点，其已经在各种记录仪表的开发与设计等领域中得到广泛的应用。为了改善工业现场传统获取数据费时、费力且数据不够及时准确的缺点，本课题基于嵌入式的技术，构建了一个由32位的嵌入式微处理器S3C24lO和实时操作系统IAnux组成的平台，并对其进行了开发研究，设计并实现了针对工业过程数据处理的一种新型的记录系统。 本文研究了无纸记录仪通用开发方法，设计了系统结构、功能和性能设计指标。该系统以三星公司生产的S3C2410(ARM)微控制器为核心，配置大容量Flash存贮器、实时时钟等，通过8个信号输入通道，可配接热电偶、热电阻以及标准的电压/电流信号，经16位采样送ARM处理后，按设定要求完成信号监测、数据记录和柱状图、曲线显示、异常数据报警等无纸记录仪的功能，以及通过RS232通信接口与其它系统进行数据通信；在系统软件设计方面，采用结构化、模块化方法，结合硬件配置设计了数据采集、检测信号处理、数据存取、键盘操作功能模块以及柱状图、曲线等图形显示功能函数，从而使具有了模块化扩展功能。试验表明了该系统对数据进行了准确、可靠的的采集与处理，较好地满足了工业现场的需求。 本课题是数据记录系统在工业现场数据采集、处理领域中的一次成功尝试。在实际应用中，该系统凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明本系统是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的飞速发展，各科学领域对测试技术提出了越来越高的要求。调速器试验台是调试、校验调速器性能的一种试验工具，是船舶修造厂、尤其调速器修造专业厂必须具有的试验设备。基于ARM嵌入式平台和uC/OS-II实时操作系统的嵌入式控制调速器试验台是基于国内外调速器测试技术的发展趋势和工作的实际要求。本调速试验台充分利用了嵌入式单片机技术和传感器技术，通过采用多种传感器采集系统所需要的数据，例如直流电机的转速、调速器的齿条位移等等，经过单片机系统处理并输出结果来实现调速器试验台的功能，并运用新型的全彩液晶显示屏将各种试验数据显示出来。 本文主要是针对调速试验台控制系统的研究，在分析了嵌入式软硬件可实现模块化设计的基础上，借鉴了“开发平台”的设计思想，首先，在ARM嵌入式最小系统的基础上架构通用的硬件平台，对测控平台的硬件结构进行设计，特别是对于关键的接口电路进行了比较深入的研究，针对不同的应用，集成了多种接口电路。其次，在实现嵌入式实时多任务操作系统uC/OS-II在ARM上可移植的基础上，架构了通用的软件平台，对接口电路驱动程序进行模块化设计。最后，研究了基于参数实时可变型的一种新型的PID控制算法，并将此PID算法作为调速试验台的控制算法。 通过对本系统的研究开发，提高了调速器试验台的测试精度，也使性能更加稳定可靠，实现了整个测试过程的自动化，从而减轻了试验人员的劳动强度，提高了工作效率，降低了试验成本，也同时消除了安全隐患，因此对本课题的研究具有较大的现实意义。
上传时间： 2013-07-20
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基于删的μC/OS-Ⅱ移植及其CAN总线应用研究流体机械及工程专业近年来，嵌入式系统受到科学与工程各个领域研究者的密切关注，成为研究的一个热点。随着嵌入式系统的复杂性不断增加，嵌入式操作系统成为嵌入式系统中最重要的组成部分。在嵌入式系统中，μC/OS-Ⅱ凭借其结构清晰、源代码开放和实时性好等优势，成了监控系统等领域的技术热点。嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ与模块化硬件相结合，共同构成一个可以重复利用的软硬件系统平台，不但可以提高开发效率，还可以提高系统的可靠性和实时性，满足日益复杂的应用需求。 在国内监控领域中，大多采用了集散式监控系统，虽然克服了集中式监控系统的缺点，但还存在着效率较低，错误处理能力不强等缺点。而且设备的兼容性不好，系统实时性、可靠性也不高。采用CAN现场总线可很好的克服上述一些缺点，具有很强的抗干扰能力。CAN总线把所有挂接在总线上的智能设备联接成网络，构成自动化系统，实现对现场设备的实时监控。 基于这些考虑，本文选择了以IPC2290芯片(内部集成了CAN模块)为微控制器的MagicARM2200教学实验开发板作为学习和研究的开发平台，把μC/OS-Ⅱ这个实时微内核操作系统嵌入到该芯片中。在深入研究CAN通信模块特点和驱动的基础上，把其驱动移植到μC/OS-Ⅱ操作系统中。并在实时操作系统μC/OS-Ⅱ上通过设计—个带A/D转换的CAN智能模块来阐述智能模块软硬件设计方法，这些工作为搭建基于CAN总线的实际测控系统方案提供了理论基础。 本文使用的CAN通信方案具有极大的灵活性，能方便和简洁的运用到各种测控系统中。实验结果证明了该方案的有效性和正确性，并且具有实际的应用价值。最后，本文作者在CAN智能模块的基础上搭建了基于CAN总线的多相流动实验台的测控系统方案。
上传时间： 2013-07-16
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在工业生产中，二次自动化仪表是构成自动化系统的基本单元之一。我国的单元仪表己基本完成由电动Ⅲ型仪表向基于八位或十六位单片机为基础设计的数字化仪表的转换。由于常规单片机资源的限制，以单片机为基础设计的单元仪表基本上还是在功能上替代电动Ⅲ型仪表，并按电动Ⅲ型功能进行分类。这样造成国内自动化仪表生产厂家生产的二次数字化仪表品种繁杂，标准难以统一，设计随意性大。因此带来如下现实问题： 1．自动化系统设计单位的仪表选型、系统调试、使用中操作、维修和系统的功能优化及备件的准备非常的不方便： 2．仪表生产厂家的批量生产困难，产品质量的提高及成本的节约不利： 3．国内现在自动化仪表厂家数量众多，但都无法形成规模生产，质量不佳，而国外进口的二次仪表往往依附于特定的集散系统，也存在标准不统一，难以灵活替换的问题，且价格昂贵。 自动化系统设计、生产及应用迫切需要一种使用方便、通用性强的智能型二次仪表，以解决上述问题，改变传统设计、生产及应用方式，这将是未来自动化仪表的发展趋势，也就是本课题的努力方向。 本论文正是针对上述问题，以设计出一种可灵活组态的通用智能型二次仪表为研究对象，在深入分析国内主流仪表厂家的仪表操作方式和仪表功能的基础上，合理地进行软硬件设计，为在同一硬件平台下实现多种仪表的功能进行了创新性和探索性研究。主要内容为： 1．各种常规二次仪表功能、标准、接线、操作习惯及结构方式的归类分析； 2．多信号多量程的柔性测量方法研究； 3．系统整机设计以及系统可靠性设计； 4．u-boot的向ARM的移植、uClinux向ARM的移植、uClinux下的通用组态软件设计。 本文设计了一种以三星公司的ARM7TDMI系列处理器S3C44BOX为核心，辅以外围电路，实现同一硬件平台下多种仪表的功能，并成功制作了样品系统。 本文所讨论的基于$3C44BOX和uClinux的智能仪表系统的开发技术同样适用于其它项目的开发，对其它嵌入式的应用系统开发有重要的参考价值。
上传时间： 2013-05-16
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-07-06
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2812中文手册(清华版)-TMS320C2000系列是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片，其主流产品分为四个系列：C20x、C24x、C27x和C28x。C20x可用于通信设备、数字相机、嵌入式家电设备等；C24x主要用于数字马达控制、电机控制、工业自动化、电力转换系统等。近年来，TI公司又推出了具有更高性能的改进型C27x和C28x系列芯片，进一步增强了芯片的接口能力和嵌入功能，从而拓宽了数字信号处理器的应用领域。
上传时间： 2013-07-18
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