专利名称：一种电气化铁路牵引网微机馈线保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路电气化领域，尤其涉及电气化铁路牵引变电所、开闭所、分区亭馈电线路的保护装置。
背景技术：
随着我国中长期铁路网规划的实施，我国的鉄路建设迎来了新ー轮高峰，尤其是高速鉄路成为铁路建设的重点。高速鉄路的安全运行离不开牵引供电系统的保护，它在供电系统正常运行状态下能够满足列车运行的需求，在供电系统发生故障时能够迅速切除故障，保障列车、设备和旅客的人身安全。馈电线路保护是供电系统保护的ー个重要単元，由于牵引供电系统馈线工作的条件比电カ网复杂、恶劣，该类馈线是牵引供电系统中最容易发生故障的点，如何提高馈电线路保护的可靠性、快速性，使在牵引供电系统发生短路故障时能准确切除故障，减小影响范围，并通过线路重合闸或投入备用电源尽快回复供电，一直是国内外研究的重点。·目前，国内外市场上研制和生产电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置的厂商较多，一般采用单片微处理器结构，将时钟控制、键盘输入、显示输出、外部通信与电气信号的处理判决运算功能集成在ー块处理芯片上，装置的运行效率低，牵引网馈线现场运行电气參数的快速采样、滤波精度不高，同时装置内部流程结构复杂，稳定性差，不利于内部程序的实现和保护算法的改进。此外，现有馈线保护装置一般采用RS-485等总线型接ロ实现变电站级通信，网络结构非环形或星形，当与节点相连的通信线缆发生故障时，保护装置将失去作用，降低机车运行的可靠性。
发明内容本实用新型提供了一种电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，采用ARM加DSP的双处理器结构，提高了数据处理的可靠性和与外部系统的通信速率，有利于馈线保护的后续改进实现。本实用新型的技术方案为一种电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，包括ARM处理器、DSP处理器、看门狗电路、CMOS双ロ RAM、外部时钟电路、RS-232接ロ驱动电路、A/D转换电路、信号调理电路、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、以太网通信接ロ电路、供电模块，其特征在于ARM处理器分别与外部时钟电路、看门狗电路、RS-232接ロ驱动电路、CMOS双ロ RAM相连，DSP处理器分别与CMOS双ロ RAM、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、A/D转换电路相连，A/D转换电路与信号调理电路相连，ARM处理器通过以太网通信接ロ电路与外部连接，供电模块为本装置的各器件供电；ARM处理器计算处理变电站级通信、系统时钟基准、液晶显示和键盘输入功能；DSP处理器计算处理变电站内馈线数据的采集、调理、模数转换、分析计算、各种保护算法、逻辑判断输出和故障滤波等功能；[0009]看门狗电路通过外部引脚的逻辑电平调节上电复位时间；ARM处理器通过以太网通信接ロ电路，接收来自变电站级或上级调度的指令，把设备的实时信息组织成报文反馈给变电站级或上级调度； ARM处理器通过CMOS双ロ RAM与DSP处理器相连，CMOS双ロ RAM用于将ARM处理器和DSP处理器之间的全异步数据交换；外部时钟电路为装置的基准时钟；RS-232接ロ驱动电路可设定初始化整定数值和进行系统维护；信号调理电路对馈线的电流和电压模拟信号进行高低压转换和频率跟踪；A/D转换电路对调理后的信号进行高位采样；光电隔离输入电路用于输入开关与所述DSP处理器之间电气隔离，光电隔离输出电路用于外部驱动电路与DSP处理器之间的电气隔离。本实用新型还包括2个FLASH存储器，ー个FLASH存储器与DSP处理器相连，另ーFLASH存储器与ARM处理器相连，分别用于存储编译后的ARM处理器运行程序和DSP处理器的运行程序。本实用新型还包括2个同步动态随机存储器SDRAM，一个同步动态随机存储器SDRAM与DSP相连，另ー个同步动态随机存储器SDRAM与ARM处理器相连，分别用于存储ARM处理器和DSP处理器计算过程中的大容量临时数据。所述的供电模块采用线性电源芯片，提供IO电压3. 3V，内核电压I. 2V。本实用新型还包括液晶显示模块，液晶显示模块与ARM处理器相连，液晶显示模块选即插式配件，具备背光及温度补偿功能。本实用新型还包括键盘，键盘与ARM处理器相连。键盘可选即插式配件，由键盘装置、八相反相缓冲器、锁存器和上拉电阻构成。本实用新型提高了数据处理的可靠性和与外部系统的通信速率，有利于馈线保护的后续改进实现。
图I是本实用新型的结构框图。图2是本实用新型的ARM处理器的内部工作流程图。图3是本实用新型的DSP处理器的内部工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的技术方案作进ー步具体说明。在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本实用新型多个实施例的充分理解。不过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本实用新型。在其他情况下，没有详细表示或描述与计算机、传输介质、測量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干扰对本实用新型实施例的描述。除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开方的“包含”的意思，即“包括，但不限干”。如图I所示，本实用新型包括ARM处理器、DSP处理器、看门狗电路、CMOS双ロ RAM、外部时钟电路、RS-232接ロ驱动电路、A/D转换电路、信号调理电路、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、以太网通信接ロ电路、供电模块，其特征在于=ARM处理器分别与外部时钟电路、看门狗电路、RS-232接ロ驱动电路、CMOS双ロ RAM相连，DSP处理器分别与CMOS双ロ RAM、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、A/D转换电路相连，A/D转换电路与信号调理电路相连，ARM处理器通过以太网通信接ロ电路与外部连接，供电模块为本装置的各器件供电；ARM处理器用于计算处理变电站级通信、系统时钟基准、液晶显示和键盘输入等功能，在本实施例中，选用三星公司生产的S3C4510B ；DSP处理器处理变电站内馈线数据的采集、调理、模数转换、分析计算、各种保护算法、逻辑判断输出和故障滤波等功能，在本实施例中，选用TI公司生产的TMS320C6713 ；与所述ARM处理器相连的看门狗电路，通过外部引脚的逻辑电平调节上电复位时间，在本实施例中，选用的主要处理芯片为MAX頂公司生产的MAX6374 ；与所述ARM处理器相连的以太网通信接ロ电路，接收来自变电站级或上级调度的指令，把设备的实时信息组织成报文反馈给变电站级或上级调度，在本实施例中，选用的主要处理芯片为ETC公司生产的DM9000 ；与所述ARM处理器相连的CMOS双ロ RAM，实现所述ARM处理器和DSP处理器之间的全异步数据交换，包括2套I/O端ロ、竞争裁决电路，其中，I/O端ロ分别连接所述ARM处理器和DSP处理器，用于全异步读写操作；竞争裁决电路控制不同I/O端ロ对RAM的访问冲突；在本实施例中，选用的RAM为IDT公司生产的IDI7132 ；与所述ARM处理器相连的RS-232接ロ电路，负责与上位机的数据交互，可设定初始化整定数值和进行系统维护，在本实施例中，选用的主要处理芯片为MAXIM公司生产的MAX232 ；与所述DSP处理器相连的信号调理电路，通过交流采样跟踪频率变换，将电流互感器、电压互感器二次侧的电流、电压变换为0 5V的低压模拟信号；与所述DSP处理器和信号调理电路相连的模数转换电路，对该信号调理电路输入的模拟信号进行分段数字采样，并将数据输入DSP处理器，以进行快速傅里叶变换和滤波，在本实施例中，选用的主要处理芯片为MAX頂公司生产的MAX125 ；光电隔离输入电路用于输入开关与所述DSP处理器之间电气隔离，光电隔离输出电路用于外部驱动电路与DSP处理器之间的电气隔离；与所述ARM处理器和DSP处理器相连的外部时钟电路，为装置的基准时钟，在本实施例中，选用的有源晶振为SITME公司生产的SiT8002，频率50MHz ；供电模块，采用线性电源芯片，提供IO电压3. 3V，内核电压I. 2V，在本实施例中，所述线性电源芯片为TI公司生产的TPS54616。与所述ARM处理器和DSP处理器分别相连的2个FLASH存储器，分别用于存储编译后的ARM处理器运行程序和DS P处理器运行程序，在本实施例中，选用AMD公司生产的AM29LV800B ；与所述ARM处理器和DSP处理器分别相连的2个SDRAM存储器，分别用于存储ARM处理器和DSP处理器计算过程中的大容量临时数据，在本实施例中，选用ISSI公司生产的IS42S16400 ；、[0043]与所述ARM处理器相连的液晶显示模块，可选即插式配件，包含主从结构的2个点阵图形式液晶显示驱动器，具备背光及温度补偿功能；与所述ARM处理器相连的键盘，可选即插式配件，用于设置装置的工作状态和查询馈线的工作状态，由键盘装置、八相反相缓冲器、锁存器和上拉电阻构成，在本实施例中，所述八相反相缓冲器为CET公司生产的74LS240，所述锁存器为CET公司生产的74LS273。并且，如图2所示，所述ARM处理器的工作流程包括上电初始化；启动嵌入式操作系统，在本实施例中，选用的操作系统为uClinux ;启动馈线保护应用程序。其中，所述馈线保护应用程序的功能包括根据键盘输入的内容调整自身工作状态，或者发送给双ロ RAM供DSP读取；通过时钟中断周期性读取双ロ RAM内的馈线电气数据，利用操作系统内的以太网通信协议将馈线电气发送给变电站级或上级调度；接收上级调度指令，根据调度指令的内容，将指令发送给双ロ RAM供DSP读取，或者调整自身工作状态；将上述数据送至IXD显示。并且，如图3所示，所述DSP处理器的工作流程包括硬件初始化，清空RAM，设置寄存器，使能外部中断和时钟中断；写入定时采样时间；利用信号调理电路的内部捕获模±夹，实现交流采样，跟踪电流和电压频率变化；谐波傅里叶变换，计算电流和电压中的高次谐波；采用相变突发的方式保护启动元件；馈线保护算法实施。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管參照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，包括ARM处理器、DSP处理器、看门狗电路、CMOS双ロ RAM、外部时钟电路、RS-232接ロ驱动电路、A/D转换电路、信号调理电路、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、以太网通信接ロ电路、供电模块，其特征在于ARM处理器分别与外部时钟电路、看门狗电路、RS-232接ロ驱动电路、CMOS双ロ RAM相连，DSP处理器分别与CMOS双ロ RAM、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、A/D转换电路相连，A/D转换电路与信号调理电路相连，ARM处理器通过以太网通信接ロ电路与外部连接，供电模块为本装置的各器件供电。
2.根据权利要求I所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于还包括2个FLASH存储器，ー个FLASH存储器与DSP处理器相连，另ー FLASH存储器与ARM处理器相连。
3.根据权利要求I所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于还包括2个同步动态随机存储器SDRAM，一个同步动态随机存储器SDRAM与DSP相连，另ー个同步动态随机存储器SDRAM与ARM处理器相连。
4.根据权利要求I所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于所述的供电模块采用线性电源芯片，提供IO电压3. 3V，内核电压I. 2V。
5.根据权利要求1-4之一所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于还包括液晶显示模块，液晶显示模块与ARM处理器相连。
6.根据权利要求5所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于所述的液晶显示模块选即插式配件。
7.根据权利要求1-4之一所述的电气化鉄路牵引网微机馈线保护装置，其特征在于还包括键盘，键盘与ARM处理器相连。
专利摘要本实用新型涉及一种电气化铁路牵引网微机馈线保护装置，包括ARM处理器、DSP处理器、看门狗电路、CMOS双口RAM、外部时钟电路、RS-232接口驱动电路、A/D转换电路、信号调理电路、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、以太网通信接口电路、供电模块，ARM处理器分别与外部时钟电路、看门狗电路、RS-232接口驱动电路、CMOS双口RAM相连，DSP处理器分别与CMOS双口RAM、光电隔离输入电路、光电隔离输出电路、A/D转换电路相连，A/D转换电路与信号调理电路相连，ARM处理器通过以太网通信接口电路与外部连接，供电模块为本装置的各器件供电。本实用新型提高了数据处理的可靠性和与外部系统的通信速率，有利于馈线保护的后续改进实现。
文档编号H02J13/00GK202435022SQ20122000379
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者张崇文, 陈正全 申请人:武汉英康铁路电气设备工程有限公司