基于ARM9的分布式RTU系统设计

论文摘要

随着电力网络日益庞大,电力系统的自动化程度越来越高,由集中式向分布式方向发展。远程终端单元(RTU)是配电自动化系统中的重要设备,负责监控中心与工业现场之间数据采集、执行上传／下达命令。由于电力网络的自然环境比较恶劣且分布范围广,RTU必须具有适应特定环境下的综合能力。本文对RTU的功能和实时性两个方面进行了分析,结合WIA工业无线网和CAN总线在配电自动化领域的应用情况,给出了一种基于ARM9和WIA工业无线通信技术的分布式RTU设计方案。本方案以ARM9处理器作为硬件开发平台,对功能电路进行设计,很大程度提高了系统的可靠性和集成度；通过移植Linux操作系统搭建了软件开发平台,对程序进行模块化设计。这种操作系统可以实现多道程序并发执行,根据不同的实现目的设定不同的优先级,利用中断服务来控制程序,提高了系统的稳定性。结合配电自动化领域的实际应用情况,采用CAN总线进行数据传输,满足智能电网对网络通信性能的要求,在此基础上扩展了WIA工业无线网络节点,实现RTU之间相互通信,很好的保证系统的实时性。本文给出的分布式RTU设计方案满足配电自动化系统应用领域中的实时性和可靠性要求,并减少故障造成的损失,提高了RTU的适应性,对实现电网智能化具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 RTU的国内外发展现状
• 1.3 RTU存在的问题
• 1.4 本方案研究的主要内容
• 1.5 论文章节安排
• 第二章 电力行业相关标准及电力参数计算方法
• 2.1 电力调度相关规范
• 2.2 RTU达到的技术指标
• 2.3 RTU完成的功能
• 2.4 电参量计算方法和理论
• 2.4.1 电网频率计算方法
• 2.4.2 电流和电压有效值计算方法
• 2.4.3 瞬时无功功率原理研究
• 2.4.4 有功功率的计算方法
• 2.4.5 无功功率的计算方法
• 2.4.6 功率因数和视在功率
• 2.5 本章小节
• 第三章 RTU硬件设计
• 3.1 处理器简介
• 3.2 外围设备电源电路
• 3.3 电参量采集电路设计
• 3.3.1 模数转换电路设计
• 3.3.2 迟滞比较电路设计
• 3.3.3 锁相环频率合成器设计
• 3.4 开关量输入输出电路
• 3.5 通信单元的电路设计
• 3.5.1 WIA无线技术
• 3.5.2 CAN总线接口电路设计
• 3.5.3 以太网接口设计
• 3.6 键盘与显示接口电路
• 3.7 印制电路板PCB设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 RTU软件设计
• 4.1 RTU系统软件设计思想
• 4.2 Linux介绍
• 4.3 Linux移植
• 4.3.1 Linux内核
• 4.3.2 Linux内核配置
• 4.4 RTU驱动程序的设计
• 4.4.1 CAN总线驱动设计
• 4.4.2 Linux网络驱动程序设计
• 4.5 RTU应用程序设计
• 4.5.1 RTU系统初始化
• 4.5.2 数据采集程序的设计
• 4.5.3 频率采集程序的设计
• 4.6 WIA工业无线网多径路由协议
• 4.6.1 WIA协议体系结构
• 4.6.2 多径路由技术
• 4.6.3 多径路由技术协议
• 4.6.4 MSR路径算法
• 4.6.5 MSR主动探测
• 4.6.6 RTT评估计算
• 4.7 软件调试注意事项
• 4.8 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文