一种六氟化硫高压断路器状态智能监测与健康管理系统

摘要

一种SF6高压断路器智能监测与健康管理系统由硬件和软件两部分构成：该硬件分为下位机和上位机；下位机硬件包括基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元、数据采集单元、数据存储单元、智能控制输出单元、CAN总线通讯单元；上位机硬件由监控中心服务器单元和PCI 1680U板卡组成，上位机和下位机通过CAN总线网络实现通讯。该软件也分为下位机和上位机；下位机软件负责驱动下位机硬件完成机械、电气、绝缘状态数据采集和特征提取，结合系统信息实现智能推理及智能控制，驱动CAN总线通讯单元将处理后的结果一起发送到上位机；上位机软件负责驱动上位机PCI 1680U板卡完成通讯，并实现人机交互界面和智能化监测信息管理。它实现了对SF6高压断路器状态及性能的全面监测。

主权项

一种SF6高压断路器状态智能监测与健康管理系统，其特征在于：它由硬件结构和软件结构两大部分构成；该硬件结构分为下位机和上位机两部分，其之间的关系是：下位机安装在现场SF6高压断路器机构柜台下，上位机安装在主控室电力测量柜台上，它们之间通过CAN总线网络实现通讯；下位机硬件部分包括基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元、数据采集单元、智能控制输出单元、数据存储单元及CAN总线通讯单元；它们之间的逻辑关系是：基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元控制数据采集单元采集数据，并将数据存入数据存储单元，存储完毕后，基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元调用数据存储单元的数据进行处理及智能推理，并将智能推理结果输出至智能控制输出单元，同时，将处理后的数据通过CAN总线通讯单元传送到上位机；上位机硬件部分由监控中心服务器单元和CAN总线通讯单元即PCI1680U板卡组成，其之间的关系是：PCI1680U板卡插入监控中心服务器单元PCI插槽中，实现与下位机的通信；所述基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元是由EP3C25Q240C8N芯片和S3C2440A芯片构成，其之间的关系是：S3C2440A芯片端口E即GPE16个I/O接口及端口F即GPF4个I/O接口分别与EP3C25Q240C8N芯片20个I/O接口直连实现通信；EP3C25Q240C8N芯片是Altera公司的Cyclone系列大规模可编程逻辑器件，工作输入时钟频率设定为50MHz，用于对AD采集进行控制和获取I/O接口的数字信息；S3C2440A是ARM 920T内核的32位RISC微处理器，工作主频高达400MHz；所述数据采集单元由AD7490模数转换器、数字I/O即输入输出接口、数字信号调理电路及模拟信号调理电路组成，其之间的关系是：数字传感器输出信号经过数字信号调理电路实现电平转换，并将结果输出至数字I/O接口；模拟传感器输出信号经过模拟信号调理电路进行信号调理和滤波，并将结果输出至AD7490模数转换器进行电压转换；模拟量采集和数字I/O量采集同时进行，模拟量数据采集是传感器调理后的模拟信号，它包括行程信号、SF6压力、SF6湿度、温度、合分线圈电流、振动信号和一次电流信号；数字量数据采集是传感器调理后的数字信号，它包括开关触头位置、限位开关状态信息；AD7490模数转换器为16路12位精度的模数转换芯片，通过SPI接口方式与FPGA处理器相连；该数字信号调 理电路由光藕、贴片电阻、退耦电容、滤波电容及普通稳压二极管组成；该模拟信号调理电路由贴片电阻、取样电阻、退耦电容、滤波电容、频率补偿电容及电压跟随器组成；所述数据存储单元由SDRAM即同步动态随机存取存储器和FLASH即闪存两种存储器组成，它们之间的位置连接关系是：通过地址总线和数据总线与外部存储器接口连接；SDRAM采用2片HY57561620SDRAM芯片，存储容量64兆位，FLASH采用K9F1208FLASH芯片，存储容量64兆位，用来固化bootloader引导程序和应用程序；两片HY57561620SDRAM芯片和一片K9F1208FLASH芯片通过地址总线和数据总线与外部存储器接口连接；基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元通过外部存储器接口实现与数据存储单元数据的读写；所述智能控制输出单元是基于FPGA和ARM的智能控制及处理单元执行逻辑推理的输出结果，它由ARM端口G即GPG10个I/O接口和光电隔离电路组成，其之间的关系是：ARM端口G即GPG10个I/O接口输出的数字信号经光电隔离电路将低电压值转换为SF6高压断路器执行机构控制电路需要的标准电压值；ARM端口G即GPG10个I/O接口电平经过光电隔离电路驱动控制断路器动作的继电器；所述CAN总线通讯单元由上位机通信模块和下位机通信模块组成，它们之间通过CAN总线网络相连；下位机通信模块由MCP2515控制器和MCP2551发送器组成，上位机通信模块是PCI 1680U板卡；所述监控中心服务器单元是采用工控机；所述CAN总线通讯单元是PCI1680U板卡；CAN总线网络采用星型连接组网。