專利名稱：一種六氟化硫高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六氟化硫(SF6)高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)。該系 統(tǒng)能夠?qū)崟r智能監(jiān)測SF6高壓斷路器電氣狀態(tài)參數(shù)、機械狀態(tài)參數(shù)以及絕緣狀態(tài)參數(shù)，并能 對SF6高壓斷路器狀態(tài)及性能進行綜合評估，實現(xiàn)設(shè)備的健康管理，從而提高電力系統(tǒng)自動 化水平及可靠性，有效預(yù)防電力系統(tǒng)由于SF6高壓斷路器本體故障所引起的災(zāi)害。其中涉 及數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(shù)、智能推理技術(shù)、先進控制技術(shù)和CAN總線通訊技術(shù)。CAN總 線通訊技術(shù)在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中對應(yīng)CAN總線控制器MCP2515和PCI1680U板卡，在系統(tǒng)軟件 結(jié)構(gòu)中對應(yīng)CAN總線通信線程。該系統(tǒng)屬于信號處理與監(jiān)測類技術(shù)領(lǐng)域。 背景技術(shù)：
SF6高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中一種重要的電力設(shè)備，對系統(tǒng)的安全運行異常 重要，其健康狀況近年來逐漸成為電網(wǎng)公司關(guān)注的焦點。國際大電網(wǎng)會議分別在1974 1977年和1988 1991年兩次在世界范圍內(nèi)對63KV及以上的SF6高壓斷路器的可靠性做 了世界性大范圍的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果均表明，SF6高壓斷路器操作機構(gòu)的機械故障和SF6氣體 絕緣故障在所有故障中占有相當(dāng)大的比重，這兩種故障的發(fā)生概率的總和在主要故障中占 51.2%，在次要故障中更是占到了 79%。國內(nèi)對SF6高壓斷路器中各個部件的故障概率的很 多調(diào)查結(jié)果也顯示機械故障和SF6氣體絕緣故障在所有的故障之中占有相當(dāng)大的比重，同 時，通過狀態(tài)監(jiān)測分析了解SF6高壓斷路器觸頭磨損情況對及時更換元件有著重要的意義。 在對SF6高壓斷路器的診斷與檢修中，以往國內(nèi)都采用離線例行試驗與操作對SF6高壓斷路 器進行定期檢修，這種計劃性的預(yù)防檢修盲目性大，不僅費時和費力，而且頻繁的操作及過 度的拆卸檢修會降低SF6高壓斷路器工作的可靠性，甚至在檢修時會引入一些新的故障。2009年中國國家電網(wǎng)公司以奉獻清潔能源、促進經(jīng)濟發(fā)展、服務(wù)社會和諧為基本 使命，提出了立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有 信息化、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。因此，對SF6高壓 斷路器的狀態(tài)實行智能監(jiān)測及實施健康管理，對于提高電力系統(tǒng)自動化水平及可靠性，及 時解決故障問題，避免出現(xiàn)電力事故，挽救財產(chǎn)損失具有重大的意義。目前，SF6高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測主要有以下三種方法。第一種方法是基于單片機的 在線監(jiān)測裝置，這種裝置僅僅監(jiān)測SF6高壓斷路器的部分狀態(tài)參數(shù)，例如，SF6壓力與SFjM 度或合分線圈電流值等；當(dāng)監(jiān)測多個狀態(tài)參數(shù)時，需安裝較多的監(jiān)測設(shè)備，占地空間大，接 線復(fù)雜，且精確度不高，無智能推理及健康管理功能。第二種方法是基于DSP的在線監(jiān)測系 統(tǒng)，這些芯片處理速度比單片機快，分析參量精確，但監(jiān)測量仍單一，上位機管理系統(tǒng)僅儲 存單一狀態(tài)參數(shù)，無法進行多參量信息融合實現(xiàn)智能診斷。第三種方法是基于工控機的方 法，這種方法在一定程度上彌補了前兩種方法監(jiān)測參量不全的缺點，能存儲大部分參量信 息數(shù)據(jù)，但無法進行多參量信息融合實現(xiàn)智能診斷及健康管理，且占地空間大。針對以上問題，提出一種SF6高壓斷路器智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 了 ARM+FPGA+IPC的體系結(jié)構(gòu)，集采集、計量、智能推理、通訊、健康管理功能于一體，實時智能監(jiān)測現(xiàn)場多臺SF6高壓斷路器的電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)參數(shù)，采用先進信號處理 技術(shù)及算法提取特征量，并結(jié)合系統(tǒng)信息實現(xiàn)智能推理及智能控制功能。為提高系統(tǒng)的實 時性和抗干擾能力，采用CAN總線通訊技術(shù)與上位機通信，在上位機實現(xiàn)設(shè)備的健康綜合管理。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供一種3&高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了 ARM+FPGA+IPC (先進RISC機器+可編程邏輯門陣列+工業(yè)控制計算機)的 體系結(jié)構(gòu)，集采集、計量、智能推理、通訊、健康管理功能于一體，實時智能監(jiān)測現(xiàn)場多臺SF6 高壓斷路器的電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)參數(shù)，采用先進信號處理技術(shù)及算法提取特征 量，并結(jié)合系統(tǒng)信息實現(xiàn)智能推理及智能控制功能，并采用CAN總線通訊技術(shù)將監(jiān)測結(jié)果 及智能推理結(jié)果實時傳送到上位機。2、技術(shù)方案本發(fā)明一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，它由硬件 結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩大部分構(gòu)成。該硬件結(jié)構(gòu)分為下位機和上位機兩部分，其之間的關(guān)系是 下位機安裝在現(xiàn)場SF6高壓斷路器機構(gòu)柜臺下，上位機安裝在主控室電力測量柜臺上，它們 之間通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊；硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中，下位機硬件負責(zé)數(shù)據(jù) 的采集、處理及傳輸，下位機硬件部分包括基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元、數(shù)據(jù)采 集單元、智能控制輸出單元、數(shù)據(jù)存儲單元及CAN總線通訊單元；它們之間的邏輯關(guān)系是 基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元控制數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存 儲單元，存儲完畢后，基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進 行處理及智能推理，并將智能推理結(jié)果輸出至智能控制輸出單元，同時，將處理后的數(shù)據(jù)通 過CAN總線通訊單元傳送到上位機。上位機硬件部分由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和CAN總線通 訊單元(PCI1680U板卡)組成，其之間的關(guān)系是PCI1680U板卡插入監(jiān)控中心服務(wù)器單元 PCI插槽中，實現(xiàn)與下位機的通信。上位機硬件負責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接受、控制命令的發(fā)送及人 機接口界面顯示。相應(yīng)的，軟件結(jié)構(gòu)也分為下位機和上位機兩部分。下位機軟件負責(zé)驅(qū)動 下位機的硬件完成電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)及絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，對采集的數(shù)據(jù)采用小波分析、 包絡(luò)分析、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解技術(shù)、模糊推理技術(shù)等先進的信號處理技術(shù)及算法進行特征提取， 計算出SF6高壓斷路器機構(gòu)合分時間、行程、SF6壓力、SF6濕度、合分線圈電流、觸頭磨損量、 振動沖擊時間等參數(shù)，并結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)信息執(zhí)行智能推理功能實現(xiàn)對SF6高壓斷路器的智 能控制及診斷；最后，下位機軟件通過CAN總線通訊單元將監(jiān)測處理結(jié)果發(fā)送到上位機監(jiān) 控中心。上位機軟件負責(zé)驅(qū)動上位機CAN總線通訊單元硬件完成與下位機的數(shù)據(jù)通訊，并 建立人機交互界面和實現(xiàn)監(jiān)測信息的管理，為檢修人員提供信息來源，同時結(jié)合設(shè)備歷史 運行信息，進行智能推理，實現(xiàn)對設(shè)備性能狀態(tài)評估及壽命預(yù)測。(1)硬件結(jié)構(gòu)所述基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元是下位機硬件的核心，它控制數(shù)據(jù)采 集單元采集電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)信息，并將采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元；然后，該 單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元中的數(shù)據(jù)完成電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)特征參數(shù)的計算，并結(jié) 合系統(tǒng)信息實現(xiàn)智能推理及智能控制功能，使它具有自動識別SF6高壓斷路器的工作狀態(tài)、 自動調(diào)整SF6高壓斷路器的操作信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對SF6高壓斷路器的元器件和操作進行診斷等能力；最后，所有監(jiān)測結(jié)果通過CAN總線通訊單元向上位機監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送?；贔PGA和ARM的智能控制及處理單元由EP3C25Q240C8N芯片和S3C2440A芯片 構(gòu)成。其之間的關(guān)系是S3C2440A芯片端口 E (GPE) 16個I/O接口及端口 F (GPF) 4個I/O接 口分別與EP3C25Q240C8N芯片20個I/O接口直連實現(xiàn)通信。EP3C25Q240C8N芯片是Altera 公司的Cyclone系列大規(guī)模可編程邏輯器件，具有豐富的可編程和片內(nèi)RAM資源，具有高速 并行處理能力，工作輸入時鐘頻率設(shè)定為50MHz，主要用于對AD采集進行控制和獲取I/O接 口的數(shù)字信息。S3C2440A是ARM 920T內(nèi)核的32位RISC微處理器，工作主頻高達400MHz， 它是下位機部分的核心，負責(zé)控制整個監(jiān)測流程及數(shù)據(jù)處理，并傳送監(jiān)測結(jié)果到上位機監(jiān) 控服務(wù)中心。所述數(shù)據(jù)采集單元由AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/O (輸入輸出接口)接口、數(shù)字信 號調(diào)理電路及模擬信號調(diào)理電路組成，其之間的關(guān)系是數(shù)字傳感器輸出信號經(jīng)過數(shù)字信 號調(diào)理電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果輸出至數(shù)字I/O接口 ；模擬傳感器輸出信號經(jīng)過模擬 信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理和濾波，并將結(jié)果輸出至AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行電壓轉(zhuǎn)換；模 擬量采集和數(shù)字I/O量采集同時進行，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。模擬量數(shù)據(jù)采集是傳感器調(diào)理 后的模擬信號，它包括行程信號、SF6壓力、SF6濕度、溫度、合分線圈電流、振動信號、一次電 流信號等。數(shù)字量數(shù)據(jù)采集是傳感器調(diào)理后的數(shù)字信號，它包括開關(guān)觸頭位置、限位開關(guān)等 狀態(tài)信息。本發(fā)明的采集信號電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，這種采集結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多狀態(tài)多參量信號 的實時采集。其工作原理為基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元不斷從電力系統(tǒng)中 采集某些特定信息，據(jù)此來判別斷路器當(dāng)前的工作狀態(tài)，同時處于操作的準備狀態(tài)。當(dāng)斷路 器不動作時，由ARM內(nèi)部自帶的10位AD采集斷路器的SF6壓力、SF6濕度以及現(xiàn)場溫度，同 時，ARM的I/O接口采集斷路器觸頭信息等，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)存儲單元。當(dāng)斷路器 動作時，F(xiàn)PGA控制AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)行程信號、合分線圈電流、振動信號及一次電流 信號的實時采集，同時，F(xiàn)PGA的I/O接口采集觸頭信息、限位開關(guān)等，最后，將所有監(jiān)測數(shù)據(jù) 保存在數(shù)據(jù)存儲單元。AD7490芯片為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，通過SPI接口方式 與FPGA處理器相連。該數(shù)字信號調(diào)理電路由光藕、貼片電阻、退耦電容、濾波電容及普通穩(wěn) 壓二極管等組成；該模擬信號調(diào)理電路由貼片電阻、取樣電阻、退耦電容、濾波電容、頻率補 償電容及電壓跟隨器等組成；系統(tǒng)所用傳感器包括PT100溫度傳感器、GEMS3100壓力傳感 器、DMP248濕度傳感器、VSM003A電壓傳感器、CSA025A電流傳感器、M353B02加速度傳感器、 LWH-250MM行程傳感器、CHF-*G電流傳感器。所述數(shù)據(jù)存儲單元由SDRAM(同步動態(tài)隨機存取存儲器)和FLASH(閃存)兩種 存儲器組成，它們之間的位置連接關(guān)系是通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲器接口連 接。SDRAM采用2片HY57561620 SDRAM芯片，存儲容量達到64兆位，用來存儲數(shù)據(jù)和實現(xiàn) 上電后的應(yīng)用程序加載。FLASH采用K9F1208 FLASH芯片，存儲容量達到64兆位，用來固化 bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。兩片HY57561620 SDRAM芯片和一片K9F1208FLASH芯片 通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲器接口連接?；贔PGA和ARM的智能控制及處理單 元通過外部存儲器接口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)的讀寫，其存儲操作結(jié)構(gòu)如圖4所示。所述智能控制輸出單元是基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元執(zhí)行邏輯推理 的輸出結(jié)果，它由ARM端口 G (GPG) 10個I/O接口和光電隔離電路組成，其之間的關(guān)系是 ARM端口 G (GPG) 10個I/O接口輸出的數(shù)字信號經(jīng)光電隔離電路將低電壓值轉(zhuǎn)換為SF6高壓斷路器執(zhí)行機構(gòu)控制電路需要的標(biāo)準電壓值。ARM端口 G(GPG) 10個I/O接口電平經(jīng)過光電 隔離電路驅(qū)動控制斷路器動作的繼電器，實現(xiàn)斷路器在零電壓下關(guān)合，在零電流下分斷，從 而提高斷路器的分斷能力。所述CAN總線通訊單元由上位機通信模塊和下位機通信模塊組成，它們之間通過 CAN總線網(wǎng)絡(luò)相連。下位機通信模塊由MCP2515控制器和MCP2551發(fā)送器組成，負責(zé)下位機 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。上位機通信模塊采用PCI 1680U板卡，它負責(zé)接受下位機傳來的數(shù)據(jù) 及發(fā)送上位機控制命令。所述監(jiān)控中心服務(wù)器單元是采用工控機，它用來存儲、顯示并管理監(jiān)測的信息。所述CAN總線通訊單元是PCI1680U板卡，它直接插入工控機PCI插槽中，實現(xiàn)與 下位機的通訊。CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接組網(wǎng)，分別對位于不同地點多臺SF6高壓斷路器 進行監(jiān)測，各個下位機分別向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心服務(wù)器可實現(xiàn)對多 個下位機的遠程配置和數(shù)據(jù)接收。整個裝置的工作過程是當(dāng)?shù)顷懮衔粰C的軟件系統(tǒng)后，上位機首先根據(jù)默認配置 或工作人員的設(shè)定向指定編號的下位機發(fā)送控制參數(shù)，完成對下位機的遠程配置。然后，下 位機中的基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元控制數(shù)據(jù)采集單元，并將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù) 存儲單元中，最后，基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行 信號特征提取和參數(shù)計算，同時，結(jié)合系統(tǒng)信息進行智能推理與智能控制，綜合評估設(shè)備性 能及壽命。(2)軟件結(jié)構(gòu)本發(fā)明的軟件結(jié)構(gòu)也分為下位機和上位機兩個部分所述下位機軟件，它是基于FPGA和ARM芯片的智能控制及處理程序，負責(zé)控制下 位機的硬件實現(xiàn)各傳感器信號采集、信號處理以及CAN總線通訊。它包括兩個部分，一個是 FPGA處理器程序，另一個是ARM處理器程序。其之間的關(guān)系是FPGA處理器程序接受ARM處 理器程序的控制命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，采集完畢后，F(xiàn)PGA處理器程序傳送采集的數(shù)據(jù)給ARM 處理器程序，并在ARM處理器程序中對數(shù)據(jù)進行分析與智能推理。該FPGA處理器程序在 Windows操作系統(tǒng)下，使用QuarusII軟件，采用Verilog語言編寫，F(xiàn)PGA處理器外部時鐘為 50MHz。FPGA處理器程序分為2個處理線程，分別為數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)傳輸線程。該ARM 處理器程序在嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編 譯；Linux系統(tǒng)內(nèi)核精簡、高效且穩(wěn)定，能夠充分發(fā)揮硬件的功能，該ARM處理器主時鐘頻率 為400MHz。ARM處理器程序分為4個處理線程，分別為控制線程、數(shù)據(jù)處理線程、CAN總線通 信線程、智能推理線程。各線程間的關(guān)系如下CAN總線通訊線程接收上位機的控制參數(shù)并 傳遞給控制線程，控制線程根據(jù)這些控制參數(shù)配置數(shù)據(jù)采集線程，數(shù)據(jù)采集線程實現(xiàn)對信 號進行采集后，啟動數(shù)據(jù)傳輸線程，F(xiàn)PGA至ARM數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，運行數(shù)據(jù)處理線程及智能 推理線程，最后將處理結(jié)果通過CAN總線通訊線程發(fā)送到上位機，各軟件線程間關(guān)系如圖5 所示。該控制線程負責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置，如絕緣狀態(tài)參數(shù)采集時間間隔、數(shù)據(jù) 采集時序控制、定時數(shù)據(jù)傳輸控制等。下位機的CAN總線通訊線程接收來自上位機的控制 參數(shù)，并把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實現(xiàn)下位機各參數(shù)的配置。該控制線程 在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯。
該數(shù)據(jù)采集線程包括模擬量采集和數(shù)字量采集兩部分，其之間的關(guān)系是模擬量 采集和數(shù)字量采集并行進行。模擬量采集負責(zé)各傳感器信號的采集，把各傳感器輸出的模 擬量通過AD7490芯片和ARM內(nèi)部AD進行換轉(zhuǎn)。其中，模擬量包括SF6壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫 度、振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號。模擬量采集又包括FPGA處理器控制AD7490 芯片采集和ARM內(nèi)部AD定時采集兩部分，其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器 控制AD7490芯片采集；斷路器不動作時，由ARM內(nèi)部AD定時采集。FPGA處理器控制AD7490 芯片采集的模擬量包括振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號；ARM內(nèi)部AD采集包括SF6 壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫度。數(shù)字量采集包括FPGA處理器I/O端口采集和ARM處理器I/O端 口采集兩部分，其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器I/O端口采集；斷路器不動 作時，由ARM處理器I/O端口定時采集。數(shù)字量采集負責(zé)監(jiān)測I/O端口的狀態(tài)，通過I/O端 口狀態(tài)的變化反應(yīng)當(dāng)前SF6高壓斷路器觸頭狀態(tài)信息和限位開關(guān)等信息。該數(shù)據(jù)采集線程 中ARM內(nèi)部AD定時采集及對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言 編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯；該數(shù)據(jù)采集線程中FPGA處理器控制AD7490芯片采集 及對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫。
該數(shù)據(jù)傳輸線程包含ARM處理器接受數(shù)據(jù)和FPGA處理器發(fā)送數(shù)據(jù)兩部分，其之間 的關(guān)系是ARM處理器接受FPGA處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)。該線程負責(zé)ARM處理器與FPGA處理 器的數(shù)據(jù)傳輸，本發(fā)明設(shè)計了一種雙FIFO交替數(shù)據(jù)傳輸方案。在FPGA處理器中定制8K*16 位的雙FIFO結(jié)構(gòu)，ARM控制線程啟動數(shù)據(jù)采集命令后，F(xiàn)PGA處理器控制AD7490芯片進行信 號采集，每次采集的數(shù)據(jù)存滿雙FIFO結(jié)構(gòu)其中之一 FIFO后，F(xiàn)PGA處理器向ARM處理器發(fā) 送中斷數(shù)據(jù)傳輸信號，由ARM處理器讀取FPGA處理器中定制的FIFO中存儲的數(shù)據(jù)，同時， FPGA處理器將采集的數(shù)據(jù)繼續(xù)存放在另外一個空FIFO中，這樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙FIFO交替?zhèn)鬏敚?提高系統(tǒng)實時性，該數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖6所示。該數(shù)據(jù)傳輸線程中ARM處理器接受數(shù)據(jù)程 序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫；該數(shù)據(jù)傳輸線程中FPGA 處理器發(fā)送數(shù)據(jù)程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫。該數(shù)據(jù)處理線程是系統(tǒng)的軟件核心。該線程負責(zé)完成機械狀態(tài)、電氣狀態(tài)、絕緣狀 態(tài)信號的分析與處理，計算SF6高壓斷路器各項狀態(tài)參數(shù)。該部分的軟件處理流程圖如圖 7所示。在SF6高壓斷路器正常運行情況下，對SF6壓力、SFjM度及控制柜溫度進行采集并 分析，將壓力值轉(zhuǎn)換為20°C的壓力值，并設(shè)定閾值，超過閾值范圍，在上位機產(chǎn)生報警信號。 在SF6高壓斷路器動作情況下，對一次電流、合分線圈電流、振動信號、行程信號采集，并采 用先進信號處理技術(shù)對信號進行處理。其中，一次電流用于SF6高壓斷路器磨損觸頭的估 算，SF6高壓斷路器觸頭的絕對電磨損總量一定，根據(jù)不同SF6高壓斷路器的隊-I。曲線，求 得任意大小開斷電流I。的對應(yīng)允許開斷次數(shù)N1，通過各次電磨損量的綜合計算，以可求出 該SF6高壓斷路器的相對電壽命。合分線圈電流波形變化代表了電磁鐵動鐵芯在脫扣或釋 能過程中的動作情況以及合分閘線圈中電阻值的變化情況，基于小波分析方法分析合分線 圈電流參數(shù)可作為診斷SF6高壓斷路器機械操作系統(tǒng)的重要依據(jù)。振動事件辨識是SF6高 壓斷路器振動信號監(jiān)測中的重要內(nèi)容，由正常情況下錄取的指紋波形成標(biāo)準信號，采用先 進的小波分析和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法對信號進行分析和處理，將待測狀態(tài)下振動信號包絡(luò)與 標(biāo)準信號包絡(luò)的特征量進行比較，根據(jù)其偏差大小以及結(jié)合合分線圈電流信號的處理結(jié)果 綜合判斷SF6高壓斷路器健康狀況。分析斷路器動作時行程信號，能提高SF6高壓斷路器動作中的合間速度、分間速度、平均速度、最大速度等信息，速度是體現(xiàn)SF6高壓斷路器性能的一項重要指標(biāo)，速度過小，加大燃弧時間，加速設(shè)備老化；速度過大，增加合分運動的沖擊 力，對機構(gòu)牢固影響大，通過速度的分析可判斷SF6高壓斷路器機構(gòu)的工作性能。該數(shù)據(jù)處 理線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯。該智能推理線程負責(zé)綜合來自感知功能獲取的信息、執(zhí)行功能反饋的信息、系統(tǒng) 的控制信息進行智能推理；智能控制線程綜合這些特征信息，可自動識別斷路器的工作 狀態(tài)、自動調(diào)整斷路器的操作信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對斷路器的元器件和操作進 行診斷；智能控制線程的輸出一方面為執(zhí)行功能提供操作指令，另一方面為系統(tǒng)提供斷 路器工作狀態(tài)信息。該智能推理線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用 arm-linux-gcc編譯器編譯。該CAN總線通訊線程由下位機CAN總線通訊線程和上位機CAN總線通訊線程組 成，其之間的關(guān)系是下位機CAN總線通訊線程與上位機CAN總線通訊線程通過CAN總線 通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。下位機CAN總線通訊線程負責(zé)向上位機發(fā)送斷路器狀態(tài)監(jiān)測的計算結(jié) 果、智能推理結(jié)果及接收上位機發(fā)送到下位機的控制參數(shù)。上位機CAN總線通訊線程負責(zé) 接收下位機發(fā)送到上位機的監(jiān)測數(shù)據(jù)及向下位機發(fā)送系統(tǒng)配置與控制參數(shù)。該下位機CAN 總線通訊線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編 譯；該上位機CAN總線通訊線程在Windows操作系統(tǒng)下，使用Visual C++6. 0軟件，采用C++ 語言編寫。所述上位機軟件，采用VC++6. 0編寫，并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫， 它包括人機交互、CAN總線通訊、數(shù)據(jù)庫和智能推理四部分；其之間的關(guān)系是CAN總線通訊 接受下位機數(shù)據(jù)，并將結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)保存完畢后，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行智能 推理，對故障結(jié)果進行報警提示，從而實現(xiàn)人機交互。人機交互功能允許操作人員查看數(shù)據(jù) 庫中設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)及通過CAN總線通訊向下位機傳遞控制參數(shù)實現(xiàn)對設(shè)備進行控 制。上位機軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。該人機交互部分采用大液晶屏顯示，支持鍵盤、鼠標(biāo)及觸 摸屏輸入，它負責(zé)數(shù)據(jù)及波形的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實現(xiàn)工作人員和系統(tǒng)的交 互。該CAN總線通訊部分是PCI1680U，它由工控機負責(zé)驅(qū)動工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 該數(shù)據(jù)庫部分存儲監(jiān)測信息，并實現(xiàn)管理與查詢等功能。該智能推理部分是結(jié)合數(shù)據(jù)庫中 設(shè)備歷史信息采用先進算法進行數(shù)據(jù)分析。上位機軟件的工作流程是在管理人員登陸后 首先和指定編號的下位機進行連接，并向下位機發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對下位機 進行遠程配置；當(dāng)斷路器不動作時，下位機將按照控制參數(shù)定時采集SF6壓力、SF6濕度、溫 度及開關(guān)狀態(tài)信息，通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)將計算結(jié)果發(fā)送到上位機，上位機將接收到的信息 進行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)斷路器動作時，下位機實時采集SF6高壓斷路器機械 狀態(tài)、電氣狀態(tài)信息并將數(shù)據(jù)在ARM處理器中進行快速處理，最后通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 到上位機，上位機將接收到的參數(shù)計算結(jié)果和智能推理結(jié)果進行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù) 庫，同時，結(jié)合SF6高壓斷路器歷史信息，采用設(shè)備評估理論，估算設(shè)備性能及壽命。斷路器 不動作時，下位機可以根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定的時間間隔定時向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，對絕緣參數(shù) 進行監(jiān)測。斷路器動作情況下，下位機能實時智能監(jiān)測設(shè)備的機械狀態(tài)和電氣狀態(tài)信息，并 結(jié)合系統(tǒng)信息進行智能推理，從而實現(xiàn)對SF6高壓斷路器的智能監(jiān)測與健康管理。3、優(yōu)點及功效
本發(fā)明一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其優(yōu)點和有益效果如 下1.系統(tǒng)采用先進處理器和先進信號處理技術(shù)實現(xiàn)對SF6高壓斷路器狀態(tài)的智能監(jiān)控，監(jiān)測參數(shù)全面，系統(tǒng)實時性好；2.系統(tǒng)自動化程度高，能綜合感知功能獲取的信息、執(zhí)行功能反饋的信息及系統(tǒng) 的控制信息進行智能推理，具有可自動識別SF6高壓斷路器的工作狀態(tài)、自動調(diào)整SF6高壓 斷路器的操作信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對SF6高壓斷路器的元器件和操作進行診斷等 能力，實現(xiàn)了對SF6高壓斷路器的狀態(tài)無人實時智能監(jiān)測；3.具備一套完整的健康管理系統(tǒng)，操作方便，能記錄現(xiàn)場多臺SF6高壓斷路器歷史 運行信息，具備智能評估設(shè)備性能和壽命功能。4.系統(tǒng)通CAN總線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可以實現(xiàn)多對一的通訊方式，CAN總線通訊方式數(shù)據(jù) 傳輸速率高，傳輸距離遠，比較適合于電廠、電站等電磁輻射、干擾比較強的場合。5.系統(tǒng)接線簡單，安裝方便，占地空間小，具有高可靠、長壽命、強抗電磁干擾功 能。


圖1本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)方框示意2數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)3采集信號電路結(jié)構(gòu)4數(shù)據(jù)存儲單元結(jié)構(gòu)5線程軟件流程示意6數(shù)據(jù)傳輸單元結(jié)構(gòu)7下位機軟件結(jié)構(gòu)示意8上位機軟件結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式本發(fā)明一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可以分為下 位機和上位機兩大部分。硬件結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。其中下位機由基于FPGA和ARM的智 能控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、智能控制輸出單元、CAN總線通信單元組 成。上位機由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和PCI1680U板卡通訊單元組成。所述基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元由EP3C25Q240C8N芯片和S3C2440A 芯片構(gòu)成。EP3C25Q240C8N芯片是Altera公司的Cyclone系列大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?， 具有豐富的可編程和片內(nèi)RAM資源，具有高速并行處理能力，工作輸入時鐘頻率為50MHz。 S3C2440A是ARM 920T內(nèi)核的32位RISC微處理器，工作主頻高達400MHz，它是下位機 部分的核心，負責(zé)控制整個監(jiān)測流程，具有高速的信號處理能力。EP3C25Q240C8N芯片和 S3C2440A芯片采用核心板形式構(gòu)建，核心板與信號采集板分開且電源單獨供電，供電電壓 為+5V，經(jīng)LMl 117芯片轉(zhuǎn)換為3. 3V工作電壓，核心板長為5. 5cm,寬為3. 4cm,采用6層板布 線方式，核心板雙排插針直插在數(shù)據(jù)采集板插座上。所述數(shù)據(jù)采集單元由AD7490芯片、數(shù)字I/O接口、模擬信號調(diào)理電路及數(shù)字信號調(diào)理電路組成，負責(zé)采集模擬量輸出或數(shù)字量輸出的傳感器信號，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。模擬信號調(diào)理電路對模擬量傳感器輸出的信號進行調(diào)理和濾波；數(shù)字信號調(diào)理電路對數(shù)字量 傳感器輸出的數(shù)字信號進行調(diào)理。AD7490芯片和數(shù)字I/O接口則分別采集調(diào)理后的模擬 信號和數(shù)字信號。AD7490芯片為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采用SPI接口方式與 EP3C25Q240C8N芯片相連，實現(xiàn)對振動、一次電流、行程、合分線圈電流信號采集，采樣時間 為360ms，每通道的采樣頻率為25Hz，AD7490芯片參考電壓設(shè)置為2. 5V，配置控制寄存器為 雙邊工作模式，即電壓測量范圍為0 5V。數(shù)字I/O接口采用EP3C25Q240C8N芯片上的10 個數(shù)字I/O接口及S3C2440A芯片上的15個數(shù)字I/O接口分別經(jīng)過信號調(diào)理的數(shù)字傳感器 輸出的信號，實現(xiàn)對開關(guān)觸頭等信息的采集，采集信號電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。數(shù)據(jù)采集單 元集成在數(shù)據(jù)采集板上，采集板長為17. 5cm，寬為11. 5cm，采用4層板布線方式，數(shù)據(jù)采集 板左側(cè)留出核心板雙排插座位置。采集板單獨供電，供電的電壓等級為+5V、士 12V、士 15V。 該數(shù)字信號調(diào)理電路由光藕、貼片電阻、退耦電容、濾波電容及普通穩(wěn)壓二極管等組成；該 模擬信號調(diào)理電路由貼片電阻、取樣電阻、退耦電容、濾波電容、頻率補償電容及電壓跟隨 器等組成；系統(tǒng)所用傳感器包括PT100溫度傳感器、GEMS3100壓力傳感器、DMP248濕度傳 感器。VSM003A電壓傳感器、CSA025A電流傳感器、BZ1183加速度傳感器、LWH-250MM行程 傳感器、CHF-*G電流傳感器。所述數(shù)據(jù)存儲單元由SDRAM (同步動態(tài)隨機存取存儲器)和FLASH (閃存)兩種存 儲器組成。SDRAM采用2片HY57561620 SDRAM芯片，存儲容量達到64兆位，用來存儲數(shù)據(jù) 和實現(xiàn)上電后的應(yīng)用程序加載。FLASH采用K9F1208 FLASH芯片，存儲容量達到64兆位， 用來固化bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。兩片HY57561620 SDRAM芯片和一片K9F1208 FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲器接口連接?；贏RM的控制及處理單元 通過外部存儲器接口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)的讀寫。數(shù)據(jù)存儲單元與EP3C25Q240C8N芯 片和S3C2440A芯片共存于核心板上，數(shù)據(jù)存儲單元結(jié)構(gòu)如圖4所示。所述智能控制輸出單元是基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元執(zhí)行邏輯推理 的輸出結(jié)果，它由ARM端口 G(GPG)中10個I/O接口和光電隔離電路組成，其之間的關(guān)系是 ARM端口 G 10個I/O接口輸出的數(shù)字信號經(jīng)光電隔離電路將低電壓值轉(zhuǎn)換為控制SF6高壓 斷路器執(zhí)行機構(gòu)控制電路需要的標(biāo)準電壓值。ARM端口 G 10個I/O接口電平經(jīng)過光電隔離 電路驅(qū)動控制斷路器動作的繼電器，實現(xiàn)斷路器在零電壓下關(guān)合，在零電流下分斷，從而提 高斷路器的分斷能力，智能控制輸出單元和對應(yīng)的調(diào)理電路位于信號采集板上。所述上位機監(jiān)控中心服務(wù)器單元采用工控機實現(xiàn)，工控機選用4U機架式一體化 工作機(AWS-4U-084)，放置于控制室電力配電采集柜臺上，負責(zé)存儲、顯示和管理監(jiān)測數(shù) 據(jù)。監(jiān)控中心工作人員可以通過上位機軟件進行人機交互實現(xiàn)對監(jiān)測參數(shù)的分析和管理。所述CAN總線通訊單元由上位機通信線程和下位機通信線程組成，它們之間通過 CAN總線網(wǎng)絡(luò)相連。下位機通信線程采用MCP2515控制器和MCP2551發(fā)送器組成，負責(zé)下位 機數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。上位機采用研華科技公司產(chǎn)品PCI1680U板卡，該板卡直接插入工控 機PCI插槽中，它負責(zé)接受下位機傳來的數(shù)據(jù)及發(fā)送上位機控制命令；上位機和下位機通 信線程間采用CAN總線通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸。CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接組 網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸線采用雙絞線。在現(xiàn)場各需要檢測狀態(tài)的斷路器機構(gòu)柜下，安裝下位機，利用 CAN總線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可分別對位于不同地點的多個SF6高壓斷路器進行監(jiān)測，各個下位機分別向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)。整個裝置的工作過程是當(dāng)?shù)顷懮衔粰C的軟件系統(tǒng)后，上位機首先根據(jù)默認配置或工作人員的設(shè)定向指定編號的下位機發(fā)送信號采集時間間隔等控制參數(shù)，完成對下位機 的遠程配置。然后，下位機中的基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元控制模擬量數(shù)據(jù)采 集單元和數(shù)字量數(shù)據(jù)采集單元，并將采集的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲單元中?；贔PGA和ARM 的智能控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行信號特征提取、參數(shù)計算和結(jié)合系統(tǒng) 信息進行智能推理，評估設(shè)備性能及壽命。本發(fā)明一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為下位機 和上位機兩個部分。 下位機程序是基于FPGA和ARM芯片的智能控制及處理程序，負責(zé)控制下位機的硬 件實現(xiàn)傳感器信號采集、信號處理以及CAN總線通訊。下位機軟件程序包括兩個部分，一個 是FPGA處理器程序，另一個是基于ARM處理器程序。該FPGA處理器程序采用在Windows 操作系統(tǒng)下，使用QuarusII軟件，Verilog語言編寫，F(xiàn)PGA處理器外部時鐘為50MHz。FPGA 處理器程序分為2個處理線程，分別為數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)傳輸線程。該ARM處理器程序在 嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯；Linux系 統(tǒng)內(nèi)核精簡、高效且穩(wěn)定，能夠充分發(fā)揮硬件的功能，該ARM處理器主時鐘頻率為400MHz。 ARM程序分為4個處理線程，分別為控制線程、數(shù)據(jù)處理線程、CAN總線通信線程，智能推理 線程。各線程間的關(guān)系如下CAN總線通訊線程接收上位機的控制參數(shù)并傳遞給控制線程， 控制線程根據(jù)這些控制參數(shù)配置數(shù)據(jù)采集線程，數(shù)據(jù)采集線程實現(xiàn)對信號進行采集后，啟 動數(shù)據(jù)傳輸線程，F(xiàn)PGA至ARM數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，運行數(shù)據(jù)處理線程及智能推理線程，最后將 處理結(jié)果通過CAN通訊線程發(fā)送給上位機。各軟件線程間關(guān)系如圖5所示。所述控制線程負責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置，如絕緣參數(shù)采集時間間隔、電氣設(shè) 備的添加與減少、維修記錄操作、數(shù)據(jù)傳輸方式控制、數(shù)據(jù)采集時序控制等。上位機程序可 以通過CAN總線通訊線程向下位機傳遞控制參數(shù)，下位機的CAN總線通訊線程接收來自上 位機的控制參數(shù)，并把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實現(xiàn)下位機參數(shù)的配置。該 控制線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯。該數(shù)據(jù)采集線程包括模擬量采集和數(shù)字量采集兩部分，其之間的關(guān)系是模擬量 采集和數(shù)字量采集并行進行。模擬量采集負責(zé)各傳感器信號的采集，把各傳感器輸出的模 擬量通過AD7490芯片和ARM內(nèi)部AD進行換轉(zhuǎn)。其中，模擬量包括SF6壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫 度、振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號。模擬量采集又包括FPGA處理器控制AD7490 芯片采集和ARM內(nèi)部AD定時采集兩部分，其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器 控制AD7490芯片采集；斷路器不動作時，由ARM內(nèi)部AD定時采集。FPGA處理器控制AD7490 芯片采集的模擬量包括振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號；ARM內(nèi)部AD采集包括SF6 壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫度。數(shù)字量采集包括FPGA處理器I/O端口采集和ARM處理器I/O端 口采集兩部分；其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器I/O端口采集；斷路器不動 作時，由ARM I/O端口定時采集。數(shù)字量采集負責(zé)監(jiān)測I/O端口的狀態(tài)，通過I/O端口狀態(tài) 的變化反應(yīng)當(dāng)前SF6高壓斷路器觸頭狀態(tài)信息和限位開關(guān)等信息。該數(shù)據(jù)采集線程中ARM 內(nèi)部AD定時采集及對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫， 用arm-linux-gcc編譯器編譯；該數(shù)據(jù)采集線程中FPGA處理器控制AD7490芯片采集及對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫。該數(shù)據(jù)傳輸線程包含ARM處理器接受數(shù)據(jù)和FPGA處理器發(fā)送數(shù)據(jù)兩部分，其之間 的關(guān)系是ARM處理器接受FPGA處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)。該線程負責(zé)ARM處理器與FPGA處理 器的數(shù)據(jù)傳輸，本發(fā)明設(shè)計了一種雙FIFO交替數(shù)據(jù)傳輸方式。在FPGA處理器中定制8K*16 位的雙FIFO結(jié)構(gòu)，ARM控制線程啟動數(shù)據(jù)采集命令后，F(xiàn)PGA處理器控制AD7490芯片進行信 號采集，每次采集的數(shù)據(jù)存滿雙FIFO結(jié)構(gòu)其中之一 FIFO后，F(xiàn)PGA處理器向ARM處理器發(fā) 送中斷數(shù)據(jù)傳輸信號，由ARM處理器讀取FPGA處理器中定制的FIFO中存儲的數(shù)據(jù)，同時， FPGA處理器將采集的數(shù)據(jù)繼續(xù)存放在另外一個空FIFO中，這樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙FIFO交替?zhèn)鬏敚?提高系統(tǒng)實時性，該數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖6所示。該數(shù)據(jù)傳輸線程中ARM處理器接受數(shù)據(jù)程 序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫；該數(shù)據(jù)傳輸線程中FPGA 處理器發(fā)送數(shù)據(jù)程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫。
所述信號處理線程是裝置的軟件核心。該線程負責(zé)完成機械、電氣、絕緣信號的處 理與分析，計算SF6高壓斷路器各項狀態(tài)參數(shù)，該軟件的流程圖如圖7所示。在斷路器不動 作時，每個6小時自動采集SF6壓力、SF6濕度及控制柜溫度，并進行信號處理，同時將壓力 值轉(zhuǎn)換為20°C的壓力值。對SF6壓力與SF6濕度分別設(shè)定報警閾值，超過閾值范圍，在上位 機產(chǎn)生報警信號。在斷路器動作時，采集一次電流、合分閘線圈電流、振動信號及行程信號， 并進行信號處理，采集時間為360ms，每通道的采集頻率為25KHz。其中，一次電流采集用于 SF6高壓斷路器磨損觸頭的估算，分析斷路器的剩余壽命；合分線圈電流波形變化代表了電 磁鐵動鐵芯在脫扣或釋能過程中的動作情況以及合分閘線圈中電阻值的變化情況，基于小 波分析方法分析合分線圈電流參數(shù)可作為診斷SF6高壓斷路器機械操作系統(tǒng)的重要依據(jù)。 振動事件辨識是SF6高壓斷路器振動信號監(jiān)測中的重要內(nèi)容，由正常情況下錄取的指紋波 形成標(biāo)準信號，采用先進的小波分析和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法對振動信號進行分析和處理，將 待測狀態(tài)下振動信號包絡(luò)與標(biāo)準信號包絡(luò)比較，提取信號特征量，根據(jù)其特征量偏差大小 以及結(jié)合合分線圈電流信號的特征提取結(jié)果，采用智能推理技術(shù)評估SF6高壓斷路器健康 狀況。分析斷路器動作時行程信號，能提取動作中的合間速度、分間速度、平均速度、最大速 度等信息。速度是體現(xiàn)SF6高壓斷路器性能的一項重要指標(biāo)，速度過小，加大燃弧時間，增 加觸頭磨損量，易引起設(shè)備故障；速度過大，增加合分運動的沖擊力，對機構(gòu)牢固性影響大。 該信號處理線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編 譯。所述智能推理線程負責(zé)綜合來自感知功能獲取的信息、執(zhí)行功能反饋的信息，系 統(tǒng)的控制信息進行智能推理；具有可自動識別斷路器的工作狀態(tài)、自動調(diào)整斷路器的操作 信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對斷路器的元器件和操作進行診斷等能力。該智能推理線程 在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯。該CAN總線通訊線程由下位機CAN總線通訊線程和上位機CAN總線通訊線程組 成，其之間的關(guān)系是下位機CAN總線通訊線程與上位機CAN總線通訊線程通過CAN總線 通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。下位機CAN總線通訊線程負責(zé)向上位機發(fā)送斷路器狀態(tài)監(jiān)測的計算結(jié) 果、智能推理結(jié)果及接收上位機發(fā)送到下位機的控制參數(shù)。上位機CAN總線通訊線程負責(zé) 接收下位機發(fā)送到上位機的監(jiān)測數(shù)據(jù)及向下位機發(fā)送系統(tǒng)配置與控制參數(shù)。該下位機CAN 總線通訊線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯；該上位機CAN總線通訊線程在Windows操作系統(tǒng)下，使用Visual C++6. O軟件，采用C++
語言編寫。 上位機軟件在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下，采用VC++6. 0編寫并利用SQL Server2000開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫，上位機軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。該人機交互部分采用大液晶顯示，支持 鍵盤、鼠標(biāo)及觸摸屏輸入，它負責(zé)數(shù)據(jù)及波形的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實現(xiàn)工作人 員和裝置的交互。工控機負責(zé)驅(qū)動CAN通訊單元工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)庫部 分存儲監(jiān)測信息，并實現(xiàn)管理與查詢等功能。上位機軟件的工作流程是在管理人員登陸后 首先和指定編號的下位機進行連接，并向下位機發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對下位機 進行遠程配置；在斷路器不動作時，下位機根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定對絕緣狀態(tài)進行監(jiān)測，定時通 過CAN總線網(wǎng)絡(luò)向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。在默認設(shè)置情況下，下位機每隔6小時向上位機發(fā)送 一次SF6壓力、SF6濕度及現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值，產(chǎn)生報警信息，提示值班人員 進行處理，同時上位機把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，為以后查看數(shù)據(jù)及波形曲線提供數(shù)據(jù)來源。當(dāng) 斷路器動作時，下位機實時采集斷路器機械、電氣狀態(tài)信息并將數(shù)據(jù)在ARM處理器中進行 快速處理并執(zhí)行智能推理功能，最后通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機。上位機將接收到的 計算結(jié)果進行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫，同時，結(jié)合斷路器的歷史信息，執(zhí)行智能推理功 能，估算設(shè)備性能及壽命，從而實現(xiàn)對設(shè)備的智能監(jiān)測與健康管理。
權(quán)利要求
一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征在于它由硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩大部分構(gòu)成；該硬件結(jié)構(gòu)分為下位機和上位機兩部分，其之間的關(guān)系是下位機安裝在現(xiàn)場SF6高壓斷路器機構(gòu)柜臺下，上位機安裝在主控室電力測量柜臺上，它們之間通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊；其中，下位機硬件負責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸，下位機硬件部分包括基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、智能控制輸出單元、數(shù)據(jù)存儲單元及CAN總線通訊單元；它們之間的邏輯關(guān)系是基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元控制數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，存儲完畢后，基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行處理及智能推理，并將智能推理結(jié)果輸出至智能控制輸出單元，同時，將處理后的數(shù)據(jù)通過CAN總線通訊單元傳送到上位機；上位機硬件部分由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和CAN總線通訊單元即PCI1680U板卡組成，其之間的關(guān)系是PCI1680U板卡插入監(jiān)控中心服務(wù)器單元PCI插槽中，實現(xiàn)與下位機的通信；上位機硬件負責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接受、控制命令的發(fā)送及人機接口界面顯示；相應(yīng)的，軟件結(jié)構(gòu)也分為下位機和上位機兩部分；下位機軟件負責(zé)驅(qū)動下位機的硬件完成電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)及絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，對采集的數(shù)據(jù)采用小波分析、包絡(luò)分析、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解技術(shù)、模糊推理技術(shù)等先進的信號處理技術(shù)及算法進行特征提取，計算出SF6高壓斷路器機構(gòu)合分時間、行程、SF6壓力、SF6濕度、合分線圈電流、觸頭磨損量和振動沖擊時間參數(shù)，并結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)信息執(zhí)行智能推理功能實現(xiàn)對SF6高壓斷路器的智能控制及診斷；最后，下位機軟件通過CAN總線通訊單元將監(jiān)測處理結(jié)果發(fā)送到上位機監(jiān)控中心；上位機軟件負責(zé)驅(qū)動上位機CAN總線通訊單元硬件完成與下位機的數(shù)據(jù)通訊，并建立人機交互界面和實現(xiàn)監(jiān)測信息的管理，為檢修人員提供信息來源，同時結(jié)合設(shè)備歷史運行信息，進行智能推理，實現(xiàn)對設(shè)備性能狀態(tài)評估及壽命預(yù)測；所述基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元是下位機硬件的核心，它控制數(shù)據(jù)采集單元采集電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)信息，并將采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元；然后，該單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元中的數(shù)據(jù)完成電氣狀態(tài)、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)特征參數(shù)的計算，并結(jié)合系統(tǒng)信息實現(xiàn)智能推理及智能控制功能，使它具有自動識別SF6高壓斷路器的工作狀態(tài)、自動調(diào)整SF6高壓斷路器的操作信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對SF6高壓斷路器的元器件和操作進行診斷等能力；最后，所有監(jiān)測結(jié)果通過CAN總線通訊單元向上位機監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送；基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元由EP3C25Q240C8N芯片和S3C2440A芯片構(gòu)成，其之間的關(guān)系是S3C2440A芯片端口E(GPE)16個I/O接口及端口F(GPF)4個I/O接口分別與EP3C25Q240C8N芯片20個I/O接口直連實現(xiàn)通信；EP3C25Q240C8N芯片是Altera公司的Cyclone系列大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，工作輸入時鐘頻率設(shè)定為50MHz，用于對AD采集進行控制和獲取I/O接口的數(shù)字信息；S3C2440A是ARM 920T內(nèi)核的32位RISC微處理器，工作主頻高達400MHz，它是下位機部分的核心，負責(zé)控制整個監(jiān)測流程及數(shù)據(jù)處理，并傳送監(jiān)測結(jié)果到上位機監(jiān)控服務(wù)中心；所述數(shù)據(jù)采集單元由AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/O即輸入輸出接口、數(shù)字信號調(diào)理電路及模擬信號調(diào)理電路組成，其之間的關(guān)系是數(shù)字傳感器輸出信號經(jīng)過數(shù)字信號調(diào)理電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果輸出至數(shù)字I/O接口；模擬傳感器輸出信號經(jīng)過模擬信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理和濾波，并將結(jié)果輸出至AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行電壓轉(zhuǎn)換；模擬量采集和數(shù)字I/O量采集同時進行，模擬量數(shù)據(jù)采集是傳感器調(diào)理后的模擬信號，它包括行程信號、SF6壓力、SF6濕度、溫度、合分線圈電流、振動信號和一次電流信號；數(shù)字量數(shù)據(jù)采集是傳感器調(diào)理后的數(shù)字信號，它包括開關(guān)觸頭位置、限位開關(guān)狀態(tài)信息；這種采集結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多狀態(tài)多參量信號的實時采集；AD7490模數(shù)轉(zhuǎn)換器為16路12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，通過SPI接口方式與FPGA處理器相連；該數(shù)字信號調(diào)理電路由光藕、貼片電阻、退耦電容、濾波電容及普通穩(wěn)壓二極管組成；該模擬信號調(diào)理電路由貼片電阻、取樣電阻、退耦電容、濾波電容、頻率補償電容及電壓跟隨器組成；所述數(shù)據(jù)存儲單元由SDRAM即同步動態(tài)隨機存取存儲器和FLASH即閃存兩種存儲器組成，它們之間的位置連接關(guān)系是通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲器接口連接；SDRAM采用2片HY57561620 SDRAM芯片，存儲容量64兆位，用來存儲數(shù)據(jù)和實現(xiàn)上電后的應(yīng)用程序加載；FLASH采用K9F1208 FLASH芯片，存儲容量64兆位，用來固化bootloader引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序；兩片HY57561620 SDRAM芯片和一片K9F1208 FLASH芯片通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與外部存儲器接口連接；基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元通過外部存儲器接口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲單元數(shù)據(jù)的讀寫；所述智能控制輸出單元是基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元執(zhí)行邏輯推理的輸出結(jié)果，它由ARM端口G即GPG10個I/O接口和光電隔離電路組成，其之間的關(guān)系是ARM端口G即GPG10個I/O接口輸出的數(shù)字信號經(jīng)光電隔離電路將低電壓值轉(zhuǎn)換為SF6高壓斷路器執(zhí)行機構(gòu)控制電路需要的標(biāo)準電壓值；ARM端口G即GPG10個I/O接口電平經(jīng)過光電隔離電路驅(qū)動控制斷路器動作的繼電器，實現(xiàn)斷路器在零電壓下關(guān)合，在零電流下分斷，從而提高斷路器的分斷能力；所述CAN總線通訊單元由上位機通信模塊和下位機通信模塊組成，它們之間通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)相連；下位機通信模塊由MCP2515控制器和MCP2551發(fā)送器組成，負責(zé)下位機數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受；上位機通信模塊是PCI 1680U板卡，它負責(zé)接受下位機傳來的數(shù)據(jù)及發(fā)送上位機控制命令；所述監(jiān)控中心服務(wù)器單元是采用工控機，它用來存儲、顯示并管理監(jiān)測的信息；所述CAN總線通訊單元是PCI1680U板卡，它直接插入工控機PCI插槽中，實現(xiàn)與下位機的通訊；CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接組網(wǎng)，分別對位于不同地點多臺SF6高壓斷路器進行監(jiān)測，各個下位機分別向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心服務(wù)器可實現(xiàn)對多個下位機的遠程配置和數(shù)據(jù)接收；所述下位機軟件，它是基于FPGA和ARM芯片的智能控制及處理程序，負責(zé)控制下位機的硬件實現(xiàn)各傳感器信號采集、信號處理以及CAN總線通訊；它包括兩個部分，一個是FPGA處理器程序，另一個是ARM處理器程序，其之間的關(guān)系是FPGA處理器程序接受ARM處理器程序的控制命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，采集完畢后，F(xiàn)PGA處理器程序傳送采集的數(shù)據(jù)給ARM處理器程序，并在ARM處理器程序中對數(shù)據(jù)進行分析與智能推理；該FPGA處理器程序在Windows操作系統(tǒng)下，使用QuarusII軟件，采用Verilog語言編寫，F(xiàn)PGA處理器外部時鐘為50MHz；FPGA處理器程序分為2個處理線程，分別為數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)傳輸線程；該ARM處理器程序在嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯，主時鐘頻率為400MHz；ARM處理器程序分為4個處理線程，分別為控制線程、數(shù)據(jù)處理線程、CAN總線通信線程、智能推理線程；各線程間的關(guān)系如下CAN總線通訊線程接收上位機的控制參數(shù)并傳遞給控制線程，控制線程根據(jù)這些控制參數(shù)配置數(shù)據(jù)采集線程，數(shù)據(jù)采集線程實現(xiàn)對信號進行采集后，啟動數(shù)據(jù)傳輸線程，F(xiàn)PGA至ARM數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，運行數(shù)據(jù)處理線程及智能推理線程，最后將處理結(jié)果通過CAN總線通訊線程發(fā)送到上位機；所述上位機軟件，采用VC++6.0編寫，并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫，它包括人機交互、CAN總線通訊、數(shù)據(jù)庫和智能推理四部分；其之間的關(guān)系是CAN總線通訊接受下位機數(shù)據(jù)，并將結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)保存完畢后，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行智能推理，對故障結(jié)果進行報警提示，從而實現(xiàn)人機交互；人機交互功能允許操作人員查看數(shù)據(jù)庫中設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)及通過CAN總線通訊向下位機傳遞控制參數(shù)實現(xiàn)對設(shè)備進行控制；該人機交互部分采用大液晶屏顯示，支持鍵盤、鼠標(biāo)及觸摸屏輸入，它負責(zé)數(shù)據(jù)及波形的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實現(xiàn)工作人員和系統(tǒng)的交互；該CAN總線通訊部分是PCI1680U，它由工控機負責(zé)驅(qū)動工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；該數(shù)據(jù)庫存儲監(jiān)測信息，并實現(xiàn)管理與查詢功能；該智能推理是結(jié)合數(shù)據(jù)庫中設(shè)備歷史信息采用先進算法進行數(shù)據(jù)分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該控制線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器 編譯；該控制線程負責(zé)完成程序基本參數(shù)的設(shè)置即絕緣狀態(tài)參數(shù)采集時間間隔、數(shù)據(jù)采集 時序控制、定時數(shù)據(jù)傳輸控制；下位機的CAN總線通訊線程接收來自上位機的控制參數(shù)，并 把控制參數(shù)傳遞給控制線程，由控制線程來實現(xiàn)下位機各參數(shù)的配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該數(shù)據(jù)采集線程包括模擬量采集和數(shù)字量采集兩部分，其之間的關(guān)系是模擬量采 集和數(shù)字量采集并行進行；模擬量采集負責(zé)各傳感器信號的采集，把各傳感器輸出的模擬 量通過AD7490芯片和ARM內(nèi)部AD進行換轉(zhuǎn)；其中，模擬量包括SF6壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫 度、振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號；模擬量采集又包括FPGA處理器控制AD7490 芯片采集和ARM內(nèi)部AD定時采集兩部分，其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器 控制AD7490芯片采集；斷路器不動作時，由ARM內(nèi)部AD定時采集；FPGA處理器控制AD7490 芯片采集的模擬量包括振動、一次電流、合分線圈電流、行程信號；ARM內(nèi)部AD采集包括SF6 壓力、SF6濕度、現(xiàn)場溫度；數(shù)字量采集包括FPGA處理器I/O端口采集和ARM處理器I/O端 口采集兩部分，其之間的關(guān)系是斷路器動作時，由FPGA處理器I/O端口采集；斷路器不動 作時，由ARM處理器I/O端口定時采集；數(shù)字量采集負責(zé)監(jiān)測I/O端口的狀態(tài)，通過I/O端 口狀態(tài)的變化反應(yīng)當(dāng)前SF6高壓斷路器觸頭狀態(tài)信息和限位開關(guān)信息；該數(shù)據(jù)采集線程中 ARM內(nèi)部AD定時采集及對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編 寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯；該數(shù)據(jù)采集線程中FPGA處理器控制AD7490芯片采集及 對應(yīng)的數(shù)字量采集程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該數(shù)據(jù)傳輸線程包含ARM處理器接受數(shù)據(jù)和FPGA處理器發(fā)送數(shù)據(jù)兩部分，其之間的 關(guān)系是ARM處理器接受FPGA處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)；該線程負責(zé)ARM處理器與FPGA處理器的 數(shù)據(jù)傳輸，在FPGA處理器中定制8K*16位的雙FIFO結(jié)構(gòu)，ARM控制線程啟動數(shù)據(jù)采集命令 后，F(xiàn)PGA處理器控制AD7490芯片進行信號采集，每次采集的數(shù)據(jù)存滿雙FIFO結(jié)構(gòu)其中之 一 FIFO后，F(xiàn)PGA處理器向ARM處理器發(fā)送中斷數(shù)據(jù)傳輸信號，由ARM處理器讀取FPGA處 理器中定制的FIFO中存儲的數(shù)據(jù)，同時，F(xiàn)PGA處理器將采集的數(shù)據(jù)繼續(xù)存放在另外一個空FIFO中，這樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙FIFO交替?zhèn)鬏?，提高系統(tǒng)實時性；該數(shù)據(jù)傳輸線程中ARM處理器 接受數(shù)據(jù)程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語言編寫；該數(shù)據(jù)傳輸 線程中FPGA處理器發(fā)送數(shù)據(jù)程序在Windows操作系統(tǒng)下，采用QuarusII軟件，Verilog語g編與。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該數(shù)據(jù)處理線程是負責(zé)完成機械狀態(tài)、電氣狀態(tài)、絕緣狀態(tài)信號的分析與處理，計算 SF6高壓斷路器各項狀態(tài)參數(shù)；在SF6高壓斷路器正常運行情況下，對SF6壓力、SF6濕度及 控制柜溫度進行采集并分析，將壓力值轉(zhuǎn)換為20°C的壓力值，并設(shè)定閾值，超過閾值范圍， 在上位機產(chǎn)生報警信號；在SF6高壓斷路器動作情況下，對一次電流、合分線圈電流、振動信 號、行程信號采集，并采用信號處理技術(shù)對信號進行處理；其中，一次電流用于SF6高壓斷路 器磨損觸頭的估算，SF6高壓斷路器觸頭的絕對電磨損總量一定，根據(jù)不同SF6高壓斷路器 的隊-I。曲線，求得任意大小開斷電流I。的對應(yīng)允許開斷次數(shù)N1，通過各次電磨損量的綜合 計算，即可求出該SF6高壓斷路器的相對電壽命；合分線圈電流波形變化代表了電磁鐵動鐵 芯在脫扣、釋能過程中的動作情況以及合分閘線圈中電阻值的變化情況，基于小波分析方 法分析合分線圈電流參數(shù)可作為診斷SF6高壓斷路器機械操作系統(tǒng)的重要依據(jù)；振動事件 辨識是SF6高壓斷路器振動信號監(jiān)測中的重要內(nèi)容，由正常情況下錄取的指紋波形成標(biāo)準 信號，采用小波分析和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法對信號進行分析和處理，將待測狀態(tài)下振動信號 包絡(luò)與標(biāo)準信號包絡(luò)的特征量進行比較，根據(jù)其偏差大小以及結(jié)合合分線圈電流信號的處 理結(jié)果綜合判斷SF6高壓斷路器健康狀況；分析斷路器動作時行程信號，能提高SF6高壓斷 路器動作中的合間速度、分間速度、平均速度、最大速度信息，速度是體現(xiàn)SF6高壓斷路器性 能的一項重要指標(biāo)，速度過小，加大燃弧時間，加速設(shè)備老化；速度過大，增加合分運動的沖 擊力，對機構(gòu)牢固影響大，通過速度的分析可判斷SF6高壓斷路器機構(gòu)的工作性能；該數(shù)據(jù) 處理線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該智能推理線程負責(zé)綜合來自感知功能獲取的信息、執(zhí)行功能反饋的信息、系統(tǒng)的控 制信息進行智能推理；智能控制線程綜合這些特征信息，可自動識別斷路器的工作狀態(tài)、自 動調(diào)整斷路器的操作信息、自動記錄關(guān)鍵信息、自動對斷路器的元器件和操作進行診斷；智 能控制線程的輸出一方面為執(zhí)行功能提供操作指令，另一方面為系統(tǒng)提供斷路器工作狀態(tài) 信息；該智能推理線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編 譯器編譯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SF6高壓斷路器狀態(tài)智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)，其特征 在于該CAN總線通訊線程由下位機CAN總線通訊線程利上位機CAN總線通訊線程組成，其 之間的關(guān)系是下位機CAN總線通訊線程與上位機CAN總線通訊線程通過CAN總線通訊網(wǎng) 絡(luò)實現(xiàn)通信；下位機CAN總線通訊線程負責(zé)向上位機發(fā)送斷路器狀態(tài)監(jiān)測的計算結(jié)果、智 能推理結(jié)果及接收上位機發(fā)送到下位機的控制參數(shù)；上位機CAN總線通訊線程負責(zé)接收下 位機發(fā)送到上位機的監(jiān)測數(shù)據(jù)及向下位機發(fā)送系統(tǒng)配置與控制參數(shù)；該下位機CAN總線通 訊線程在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，采用C語言編寫，用arm-linux-gcc編譯器編譯；該上 位機CAN總線通訊線程在Windows操作系統(tǒng)下，使用Visual C++ 6. O軟件，采用C++語言 編與。
全文摘要
一種SF6高壓斷路器智能監(jiān)測與健康管理系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成該硬件分為下位機和上位機；下位機硬件包括基于FPGA和ARM的智能控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、智能控制輸出單元、CAN總線通訊單元；上位機硬件由監(jiān)控中心服務(wù)器單元和PCI 1680U板卡組成，上位機和下位機通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊。該軟件也分為下位機和上位機；下位機軟件負責(zé)驅(qū)動下位機硬件完成機械、電氣、絕緣狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和特征提取，結(jié)合系統(tǒng)信息實現(xiàn)智能推理及智能控制，驅(qū)動CAN總線通訊單元將處理后的結(jié)果一起發(fā)送到上位機；上位機軟件負責(zé)驅(qū)動上位機PCI 1680U板卡完成通訊，并實現(xiàn)人機交互界面和智能化監(jiān)測信息管理。它實現(xiàn)了對SF6高壓斷路器狀態(tài)及性能的全面監(jiān)測。
文檔編號G05B19/418GK101825894SQ20101016733
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者胡曉光, 黃建 申請人:北京航空航天大學(xué)