涂永飛, 聶光輝
?。ㄦ?zhèn)江華東電力設備制造廠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004）
摘要：介紹了弧光保護裝置如何通過W5100芯片實現(xiàn)雙網(wǎng)口,。裝置采用W5100的兩個端口實現(xiàn)了TCP和UDP,，然后通過兩者的結合完成以太網(wǎng)IEC103通信，在實際應用中取得了良好的效果,。
關鍵詞：弧光保護,；以太網(wǎng)IEC103；W5100,；UDP,；TCP
0引言
IEC103傳輸規(guī)約是國際電工委員會為了在不同保護設備和控制系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息互換的目的而制定的繼電保護設備信息接口配套標準［1］，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用,。隨著計算機網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展,，越來越多的繼電保護裝置采用以太網(wǎng)IEC103規(guī)約。本文主要結合鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠公司ZHG1A型弧光保護裝置,，詳細介紹以太網(wǎng)IEC103在弧光保護裝置中的實現(xiàn)方法,。
1ZHG-1A型智能弧光保護裝置的硬件設計方案
ZHG-1A型智能弧光保護裝置依據(jù)紫外光弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理，具有保護動作速度快,、可靠性高等特點［2］,。裝置采用“DSP+雙ARM”架構，其中DSP作為主CPU,，負責電壓,、電流的采集計算和保護邏輯，一片ARM負責液晶顯示和DSP通信,，另一片ARM主要負責與站內監(jiān)控系統(tǒng)通信,，通信規(guī)約采用以太網(wǎng)IEC103和Modbus。整個裝置的硬件設計方案如圖1所示,。
2以太網(wǎng)IEC103的硬件設計方案
大多數(shù)以太網(wǎng)接入設備采用MCU+以太網(wǎng)控制芯片（如RTL8019AS,DM9008等）,，然后通過軟件實現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，這種方式對開發(fā)人員的軟硬件設計能力要求較高,。
隨著微電子技術的發(fā)展,，硬件協(xié)議棧芯片越來越便宜，因此本裝置采用韓國WIZnet公司生產(chǎn)的W5100,，使用它不需要考慮以太網(wǎng)的控制,，只需要進行簡單的端口(Socket)編程［3］,。本裝置使用兩片W5100，分別采用直接總線接口和SPI總線接口方式來實現(xiàn)弧光保護裝置的兩路以太網(wǎng)通信,。
2.1W5100的SPI總線接口
LPC1788的SSP0口與W5100的SPI相連,。P0［16］和P0［27］ 用作普通的I/0管腳。 P0［16］作為W5100的SPI從模式選擇,，P0［27］用作W5100復位,，W5100剛上電時一定要復位且持續(xù)時間不小于2 μs。由于此管腳為LPC1788的開漏極管腳,，所以要接上拉電阻(圖中未畫出),。/INT管腳與EINT1相連。/SEN腳接高電平,，使能W5100的SPI模式,。W5100的SPI接口框圖如圖2所示。
2.2W5100的直接總線接口
W5100的直接總線接口采用15位地址線,，8位數(shù)據(jù)線,。在直接總線方式下，/CS必不可少,，用于MCU訪問W5100內部寄存器或存儲器,。/WR為寫使能，/RD為讀使能,。以上管腳與LPC1788的外部存儲控制器模塊（EMC）相連［4］,。/INT引腳與EINT0管腳相連。/RESET為W5100的復位腳,，/SEN腳接低電平,，禁止W5100的SPI模式。W5100的直接總線接口框圖如圖3所示,。
3以太網(wǎng)IEC103的軟件設計
弧光保護裝置是國內最近幾年才出現(xiàn)的新裝置,，IEC 608705103描述了兩種信息交換的方法：第一種方法是基于嚴格規(guī)定的應用服務數(shù)據(jù)單元和傳輸“標準化”報文的應用過程，第二種方法使用通用分類服務,，以傳輸幾乎所有可能的信息［5］,。本裝置采用第二種方法。
本裝置采用標準TCP/IP的客戶機服務器模型進行通信,。規(guī)約采用以太網(wǎng)UDP報文與TCP報文相結合［6］的格式,，應用規(guī)約控制信息（APCI）采用與IEC104相似的格式。W5100共有四個端口,，分別是S0,，S1，S2,，S3,。在這里端口S0用作TCP通信,，置為TCP客戶端模式,TCP端口號為2404；端口S1置為UDP模式,，UDP端口號為1032,。上電初始化后，就已建立了UDP連接,。通信開始時，主站定時向弧光保護裝置發(fā)送廣播報文,，裝置通過UDP收到主站的IP地址和端口號后,，主動與主站建立TCP連接。整個鏈路建立后,，主站與裝置利用TCP報文進行信息傳輸,，采用的報文格式如圖4所示。
W5100接收到一幀數(shù)據(jù)后,/INT腳輸出低電平,引起LPC1788的外部中斷,，置位外部中斷標志,。當TCP建立連接，通信正常時,，主程序每隔10 ms調用網(wǎng)絡報文處理程序,。在以太網(wǎng)IEC103報文進行接收的過程中，對接收成功的一串報文首先要進行幀校驗,，先查看報頭0x68,再查看接收數(shù)據(jù)的長度,，最后再看接收序列號和發(fā)送序列號，采用IEC104相似的規(guī)約控制信息,，能夠防止報文丟失和報文重復傳送,。當接收的報文正確無誤時，再通過發(fā)送序列號判斷報文是I格式,、S格式還是U格式,。如果接收的報文是I格式，則按照通用分類服務對報文進行解析,，響應報文,，最后組織相應報文發(fā)給主站。以太網(wǎng)IEC103網(wǎng)絡處理流程如圖5所示,。
本設計中以太網(wǎng)IEC103采用平衡傳輸方式,。通常情況下裝置采用一問一答方式傳輸實時數(shù)據(jù)。當發(fā)生開入量變位,、壓板狀態(tài)改變,、裝置發(fā)生動作、告警等事件時,，裝置會即時將這些變化信息主動上傳到主站,。
主函數(shù)中的W5100直接總線接口方式程序如下:
……
if(Bus_GulTick) //外部中斷,置1
{ Bus_GulTick=0;
Bus_W5100_Interrupt_Process();
}
if(Bus_NetWork.netloop)//10 ms執(zhí)行1次
{
Bus_NetWork.netloop=0;
if(Bus_NetWork.OnLink==DISCONNECTED)
Bus_ProcessAboutUDP(); //UDP
else
Bus_ProcessAboutNet(); //TCP
}
……
建立TCP和UDP連接程序如下：
if(Bus_S0_State==0)
{//建立TCP連接
if(Bus_S0_Mode==TCP_CLIENT)
{
if(Bus_Socket_Connect(0)==W5100_TRUE)
Bus_S0_State=S_INIT;
else
Bus_S0_State=0;
}}
if(Bus_S1_State==0)
{//建立UDP連接
if(Bus_Socket_UDP(1)==W5100_TRUE)
Bus_S1_State=S_INIT|S_CONN;
else
Bus_S1_State=0;
}
4結束語
在弧光保護產(chǎn)品中實現(xiàn)以太網(wǎng)IEC103規(guī)約是廠家面對的問題,。裝置采用LPC1788+兩片W5100實現(xiàn)了IEC103網(wǎng)絡方式。W5100中的兩個端口一個用于UDP,，一個用于TCP,，使得裝置與主站鏈接靈活，通信傳輸可靠,。經(jīng)過現(xiàn)場的運行測試,，實現(xiàn)了弧光保護裝置長期在線、實時監(jiān)測,，滿足了通信要求,，對其他產(chǎn)品實現(xiàn)以太網(wǎng)IEC103具有借鑒意義。
參考文獻
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