煤礦電力保護裝置遠程升級系統設計

天地（常州）自動化股份有限公司 婁建華 王 潔

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煤礦電力保護裝置遠程升級系統設計

天地（常州）自動化股份有限公司 婁建華 王 潔

【摘要】針對煤礦電力保護裝置軟件維護的低效率、高成本問題，通過對TMS320F28335的FLASH在應用編程技術、以太網通信技術的研究，提出了一種基于高速以太網通信的程序遠程升級系統，實現了程序的遠程維護，提高了產品維護效率，降低了維護成本。

【關鍵詞】電力保護；FLASH；遠程升級；以太網通信

1　引言

電力保護裝置是隔爆型高低壓真空配電開關的核心設備，負責開關的信號測量、繼電保護、IO控制以及網絡通信等功能。由于安全性等要求，在對電力保護裝置進行軟件升級等維護工作前，配電開關必須斷電，此過程操作繁瑣，給維護工作帶來了極大不便。目前，電力保護裝置的程序維護，大部分為設備開發人員攜帶仿真器到現場通過JTAG接口進行軟件升級的方式[1]，不僅工作量極大，而且效率低下。此外，傳統的軟件升級方法還有通過串口引導方式[1]，串口通信方式[2]，CAN通信方式[3,4]等。

電力保護裝置與一般的測控設備相比，它對軟件實時性要求更高，數據運算量更大，因此本電力保護裝置的主控芯片采用浮點型數字處理器TMS320F28335，其具有150MHz高速處理能力[1]，片內閃存容量為256K字，并支持在應用編程IAP[5]，為裝置軟件遠程升級提供了基礎；同時具備32位浮點處理單元，與以往定點DSP相比，運算速度更快，保證了電力保護裝置對大量數據計算的實時性要求。

2　遠程升級的實現方法

實現電力保護裝置的軟件遠程升級的主要過程為：首先，上位機軟件通過以太網與現場電力監控裝置建立TCP/IP連接，并將目標文件完整下載到電力監控裝置中。然后，電力監控裝置自動識別目標文件，關閉中斷，調用FLASH_API函數進行FLASH代碼更新工作，更新完成后自動重啟裝置，最終完成軟件遠程更新操作。系統結構示意圖如圖1所示。具體實現包括以下幾個步驟：

圖1　系統結構示意圖

1)生成目標文件。通過修改代碼工程屬性中的輸出選項，選擇Creat Flash Imagie：Intel-Hex項，本文編程軟件采用CCS5.5版本,不同的軟件版本設置會有所區別，保存設置后重新編譯程序，即可自動生成.hex文件，無需在進行.out文件轉.hex文件的操作步驟。

2)下載目標文件。打開上位機軟件，輸入用戶名和密碼，以及目標電力保護裝置的IP地址，并以主動方式建立TCP/IP連接。連接成功后，選擇需要下載的文件路徑并下載。程序下載完畢后會有相關提示，若下載出錯，則需再次手動執行。

3)目標文件解析。電力保護裝置自動檢測是否有代碼文件更新，若檢測到新代碼文件，那么將根據文件后綴名調用文件解析函數，若為.hex文件，則需根據.hex的編碼原則，將其轉化為bin文件，若為.bin文件，那么直接調用代碼更新程序。

4)代碼更新。關閉全局中斷，由于FLASH操作函數必須在RAM中運行，因此在上電啟動時，FLASH相關API函數已經加載到片內RAM中，依此通過FLASH擦除、寫、校驗等步驟后完成代碼更新，更新完成后，重新啟動運行新代碼。

3　裝置相關硬件設計

電力保護裝置的遠程升級功能相關硬件設計主要包括DM9000AEP以太網通信電路、W25Q32FVSIG片外FLASH存儲等電路，如圖2所示。電力保護裝置通過10/100M以太網通信從上位機分包接收目標代碼，并且存儲到片外FLASH存儲中，最終形成完整文件。采用以太網通信方式的優勢在于系統可以實現裝置互聯、傳輸速率高、具有硬件CRC校驗等。

圖2　相關硬件設計電路圖

DM9000AEP是48腳LQFP封裝的10/100M自適應以太網控制器，它由CMD引腳來區別數據端口和地址端口，數據線和地址線復用，減少了芯片的引腳數量，更有利于PCB布局，支持8位和16位模式，本文采用16位數據總線方式，提高了數據交換的效率。DSP與DM9000AEP的數據交換經過16位數據總線XD[0-15]、讀信號線RD、寫信號線WE來完成，DM9000AEP的片選CS、命令選擇端口CMD分別由DSP的6區片選信號線XZCS6、地址線XA0進行控制，DSP支持自動地址片選輸出功能，根據XINTF輸出地址的所在范圍，自動將該區域的片選端置低，以選中該外設。

上電后，由DSP的DMINT端口對DM9000AEP其進行軟復位，DSP與DM9000AEP的數據交換過程為：上電后，DSP首先對其復位處理，然后對其NCR、NSR等通信相關寄存器進行初始化，初始化完成后等待中斷。若檢測到中斷信號，則啟動數據讀取操作，由于DSP的內存有限，無法一次性接收目標代碼，DSP在接收到一包數據后，首先將其通過SPI接口將數據存儲到外部FLASH中，然后允許上位機發送下一包，直到目標代碼接收完成。

4　系統相關軟件設計

4.1電力保護裝置軟件設計

電力保護裝置實現遠程升級的相關軟件設計主要包括：TCP/IP以太網通信協議、外部FLASH存取操作、目標代碼燒寫操作等。本文將uip以太網協議棧進行裁剪后移植到DSP中，并對其相關配置參數進行優化，減少其對RAM資源的占用，并編寫了DM9000AEP、W25QFVSIG相關驅動函數。為了提高軟件的可靠性和容錯性，每個驅動函數都必須具有返回值，根據返回值的狀態來判斷函數執行結果，并且對傳入參數的有效性進行判斷，確保傳入值的合理性，避免出現軟件異常運行的情況。

開機后，需將片內FLASH操作支持函數FLASH_API、外部FLASH操作函數等加載到DSP的片內SRAM中，進行代碼更新時禁止調用和訪問任何片內FLASH區的函數和變量、禁用全局中斷。軟件運行流程如圖3所示。

圖3　電力保護裝置程序流程圖

4.2上位機軟件設計

上位機軟件設計主要包括：人機交互界面設計、代碼文件操作、TCP/IP通信等內容。為了避免誤操作，維護人員首先必須輸入正確的用戶名和密碼，才能對電力保護裝置進行遠程更新，然后對電力保護裝置發起連接，連接成功后，選擇需要下載的目標文件，文件傳輸過程實施監控，并給出相關提示。上位機軟件如圖4所示，并對一臺電力保護裝置進行了遠程更新，更新成功，且耗時短。

圖4　上位機軟件

5　結論

本文將快速以太網通信技術、FLASH-IAP技術運用到電力保護裝置中，成功的實現了從地面控制室對煤礦井下的電力保護裝置的遠程更新操作，無需工作人員親自到現場進行繁瑣的操作，提高了現場軟件維護的執行效率，并且降低了產品維護成本。

參考文獻

[1]張雄偉,曹鐵永.DSP芯片的原理與開發應用[M].北京:電子工業出版社,2002．

[2]沈軍,繆玲娟,張高安.基于串行通信的DSP程序遠程更新[J].微計算機信息,2010,08:4-5+58.

[3]陳曉聰,游林儒,黃招彬.基于CAN通訊便攜式DSP程序下載器的設計[J].自動化與儀表,2013,09:41-44.

[4]劉憾宇,佘岳,胡凱凱.基于TMS320F2812的以太網-CAN網絡遠程程序下載的實現[J].大功率變流技術,2009,02:31-34.

[5]TMS320F28335,28334,28332 Flash APIs:Texas Instruments Incorporated[Z].2008．

婁建華（1987—），男，浙江寧海人，助理工程師，碩士研究生，主要從事電力自動化系統相關設備的研發工作。

A Design of Remote Upgrade System for Power Protection Device in Coal Mine

Lou Jianhua,Wang Jie
（Tiandi(Changzhou)Automation Co.,Ltd.,Changzhou 213015,China）

Abstract:In view of the problem of low efficiency,high cost in coal mine power protection device software maintenance,this paper has a study on TMS320F28335 FLASH in application programming technology and ethernet communication technology,it proposes a remote program upgrade system based on high-speed ethernet communication,which realizes remote program maintenance,improves the efficiency of the product maintenance and reduces maintenance costs.

Keywords:power protection;FLASH;remote upgrade;ethernet communication

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