天地（常州）自动化股份有限公司 娄建华 王 洁



煤矿电力保护装置远程升级系统设计

天地（常州）自动化股份有限公司 娄建华 王 洁

【摘要】针对煤矿电力保护装置软件维护的低效率、高成本问题，通过对TMS320F28335的FLASH在应用编程技术、以太网通信技术的研究，提出了一种基于高速以太网通信的程序远程升级系统，实现了程序的远程维护，提高了产品维护效率，降低了维护成本。

【关键词】电力保护；FLASH；远程升级；以太网通信

1　引言

电力保护装置是隔爆型高低压真空配电开关的核心设备，负责开关的信号测量、继电保护、IO控制以及网络通信等功能。由于安全性等要求，在对电力保护装置进行软件升级等维护工作前，配电开关必须断电，此过程操作繁琐，给维护工作带来了极大不便。目前，电力保护装置的程序维护，大部分为设备开发人员携带仿真器到现场通过JTAG接口进行软件升级的方式[1]，不仅工作量极大，而且效率低下。此外，传统的软件升级方法还有通过串口引导方式[1]，串口通信方式[2]，CAN通信方式[3,4]等。

电力保护装置与一般的测控设备相比，它对软件实时性要求更高，数据运算量更大，因此本电力保护装置的主控芯片采用浮点型数字处理器TMS320F28335，其具有150MHz高速处理能力[1]，片内闪存容量为256K字，并支持在应用编程IAP[5]，为装置软件远程升级提供了基础；同时具备32位浮点处理单元，与以往定点DSP相比，运算速度更快，保证了电力保护装置对大量数据计算的实时性要求。

2　远程升级的实现方法

实现电力保护装置的软件远程升级的主要过程为：首先，上位机软件通过以太网与现场电力监控装置建立TCP/IP连接，并将目标文件完整下载到电力监控装置中。然后，电力监控装置自动识别目标文件，关闭中断，调用FLASH_API函数进行FLASH代码更新工作，更新完成后自动重启装置，最终完成软件远程更新操作。系统结构示意图如图1所示。具体实现包括以下几个步骤：

图1　系统结构示意图

1)生成目标文件。通过修改代码工程属性中的输出选项，选择Creat Flash Imagie：Intel-Hex项，本文编程软件采用CCS5.5版本,不同的软件版本设置会有所区别，保存设置后重新编译程序，即可自动生成.hex文件，无需在进行.out文件转.hex文件的操作步骤。

2)下载目标文件。打开上位机软件，输入用户名和密码，以及目标电力保护装置的IP地址，并以主动方式建立TCP/IP连接。连接成功后，选择需要下载的文件路径并下载。程序下载完毕后会有相关提示，若下载出错，则需再次手动执行。

3)目标文件解析。电力保护装置自动检测是否有代码文件更新，若检测到新代码文件，那么将根据文件后缀名调用文件解析函数，若为.hex文件，则需根据.hex的编码原则，将其转化为bin文件，若为.bin文件，那么直接调用代码更新程序。

4)代码更新。关闭全局中断，由于FLASH操作函数必须在RAM中运行，因此在上电启动时，FLASH相关API函数已经加载到片内RAM中，依此通过FLASH擦除、写、校验等步骤后完成代码更新，更新完成后，重新启动运行新代码。

3　装置相关硬件设计

电力保护装置的远程升级功能相关硬件设计主要包括DM9000AEP以太网通信电路、W25Q32FVSIG片外FLASH存储等电路，如图2所示。电力保护装置通过10/100M以太网通信从上位机分包接收目标代码，并且存储到片外FLASH存储中，最终形成完整文件。采用以太网通信方式的优势在于系统可以实现装置互联、传输速率高、具有硬件CRC校验等。

图2　相关硬件设计电路图

DM9000AEP是48脚LQFP封装的10/100M自适应以太网控制器，它由CMD引脚来区别数据端口和地址端口，数据线和地址线复用，减少了芯片的引脚数量，更有利于PCB布局，支持8位和16位模式，本文采用16位数据总线方式，提高了数据交换的效率。DSP与DM9000AEP的数据交换经过16位数据总线XD[0-15]、读信号线RD、写信号线WE来完成，DM9000AEP的片选CS、命令选择端口CMD分别由DSP的6区片选信号线XZCS6、地址线XA0进行控制，DSP支持自动地址片选输出功能，根据XINTF输出地址的所在范围，自动将该区域的片选端置低，以选中该外设。

上电后，由DSP的DMINT端口对DM9000AEP其进行软复位，DSP与DM9000AEP的数据交换过程为：上电后，DSP首先对其复位处理，然后对其NCR、NSR等通信相关寄存器进行初始化，初始化完成后等待中断。若检测到中断信号，则启动数据读取操作，由于DSP的内存有限，无法一次性接收目标代码，DSP在接收到一包数据后，首先将其通过SPI接口将数据存储到外部FLASH中，然后允许上位机发送下一包，直到目标代码接收完成。

4　系统相关软件设计

4.1电力保护装置软件设计

电力保护装置实现远程升级的相关软件设计主要包括：TCP/IP以太网通信协议、外部FLASH存取操作、目标代码烧写操作等。本文将uip以太网协议栈进行裁剪后移植到DSP中，并对其相关配置参数进行优化，减少其对RAM资源的占用，并编写了DM9000AEP、W25QFVSIG相关驱动函数。为了提高软件的可靠性和容错性，每个驱动函数都必须具有返回值，根据返回值的状态来判断函数执行结果，并且对传入参数的有效性进行判断，确保传入值的合理性，避免出现软件异常运行的情况。

开机后，需将片内FLASH操作支持函数FLASH_API、外部FLASH操作函数等加载到DSP的片内SRAM中，进行代码更新时禁止调用和访问任何片内FLASH区的函数和变量、禁用全局中断。软件运行流程如图3所示。

图3　电力保护装置程序流程图

4.2上位机软件设计

上位机软件设计主要包括：人机交互界面设计、代码文件操作、TCP/IP通信等内容。为了避免误操作，维护人员首先必须输入正确的用户名和密码，才能对电力保护装置进行远程更新，然后对电力保护装置发起连接，连接成功后，选择需要下载的目标文件，文件传输过程实施监控，并给出相关提示。上位机软件如图4所示，并对一台电力保护装置进行了远程更新，更新成功，且耗时短。

图4　上位机软件

5　结论

本文将快速以太网通信技术、FLASH-IAP技术运用到电力保护装置中，成功的实现了从地面控制室对煤矿井下的电力保护装置的远程更新操作，无需工作人员亲自到现场进行繁琐的操作，提高了现场软件维护的执行效率，并且降低了产品维护成本。

参考文献

[1]张雄伟,曹铁永.DSP芯片的原理与开发应用[M].北京:电子工业出版社,2002．

[2]沈军,缪玲娟,张高安.基于串行通信的DSP程序远程更新[J].微计算机信息,2010,08:4-5+58.

[3]陈晓聪,游林儒,黄招彬.基于CAN通讯便携式DSP程序下载器的设计[J].自动化与仪表,2013,09:41-44.

[4]刘憾宇,佘岳,胡凯凯.基于TMS320F2812的以太网-CAN网络远程程序下载的实现[J].大功率变流技术,2009,02:31-34.

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

娄建华（1987—），男，浙江宁海人，助理工程师，硕士研究生，主要从事电力自动化系统相关设备的研发工作。

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

作者简介：