Self-detection Method of Intelligent Circuit Breaker Reset and Restart System
-
摘要:
文章涉及电力系统中低压智能断路器,其主要用于400 V电压等级的配电网络，该方法包括向多台智能断路器发送复位功能关闭指令，对各智能断路器进行全功能测试，得到测试结果，基于测试结果，对智能断路器的运行程序进行仿真，查找死机原因，并修复智能断路器的运行程序。其次用每个功能单独开启的方式结合模拟死机方法来验证复位重启系统的每一项功能的有效性，这样可最大限度减少和避免MCU因BUG死机或复位系统失效导致死机的现象，保证设备长期稳定运行。
Abstract:This paper relates to a low-voltage intelligent circuit breaker in the power system, which is mainly used in the distribution network with a voltage level of 400 V. The method comprises the following steps: sending a reset function closing instruction to a plurality of intelligent circuit breakers; Perform a full-function test on each intelligent circuit breaker to obtain a test result; The test results include the intelligent circuit breaker whose running program crashed during the full-function test and the position where the running program of the intelligent circuit breaker crashed; Based on the test results, the running program of intelligent circuit breaker is simulated, the cause of the crash is found, and the running program of intelligent circuit breaker is repaired. Secondly, the effectiveness of each function of the reset and restart system is verified by combining the method of opening each function separately with the method of simulating the crash. This can minimize and avoid the phenomenon of MCU crash caused by BUG crash or reset system failure, and ensure the long-term stable operation of the equipment.
-
国家电网有限公司对配电网的投资逐渐加大，本文涉及电力系统中低压智能断路器，其主要用于400 V电压等级的配电网络，集电子式塑壳断路器、剩余电流保护器于一体，具有保护功能、计量、拓扑识别等关键功能。并将这些信息及时传给智能配电台区物联网系统，实现计量检测、线损检测、及时运维的智能化管理[1-2]。
1. 智能断路器设备遇到的问题
软件上常遇到运行异常（包括死机）现象：程序跑飞、缓存溢出、进入死循环、中断标志未清等导致死机的问题，此时如果内部软件监控失效、监控芯片失效、电源异常监视失效，设备会长期处于死机状态。本方案综合提出了一个方法，可彻底解决此问题。
2. 解决方法
首先测试设备软件上导致死机的BUG，关闭所有内部软件监控、监控芯片和电源监控电路，仿真器刷程序后断开仿真器，进行全功能测试、EMC测试，这样死机后不会复位重启，连上仿真器仿真，可知道程序死机到什么位置，便于查找和发现死机问题；其次用每个功能单独开启的方式结合模拟死机方法来验证复位重启系统的每一项功能的有效性。这样可最大限度减少和避免MCU因BUG死机或复位系统失效导致死机的现象，内外兼修方保设备正常运行。
3. 关闭复位系统找BUG
首先要最大限度的测试智能断路器设备软件上导致死机的BUG，关闭复位系统，包括关闭内部软件监控、监控芯片、关闭软件写复位寄存器来复位和电源硬件监控电路，确保设备死机后不会复位，保持死机状态。
程序上关闭内部软件监控功能，硬件上设计的看门狗（芯片CAT706）电源（DC 3.3 V）由MCU的I/O口组成的控制电路控制继电器 ，看门狗的复位引脚通过继电器的常闭接点连接MCU的复位引脚，此时控制电路控制继电器的接点是断开状态，使看门狗（芯片CAT706）不能复位MCU；电源监控芯片（电压小于2.8 V会复位设备MCU），由MCU的I/O口组成的控制电路控制继电器，复位引脚通过继电器的常闭接点连接MCU的复位引脚，此时控制电路控制继电器的接点是断开状态，使得电源监控芯片不能复位MCU[3]，如图1和图2所示。
仿真器刷程序，刷数十台设备（数量越多越好），进行全功能测试（用台体进行批量测试），测试程序中涉及到的所有功能，看看会不会有死机现象，这样死机后不会复位重启，连上仿真器仿真，可知道程序死机到什么位置，便于查找和发现死机问题。
4. 开启复位系统验证其有效性
4.1 复位重启系统有效性的验证方法概括
智能断路器设备复位重启系统包括：软控复位命令（写寄存器，执行后马上复位）、内部软件监控（计时复位时间4 s）、监控芯片（硬件定时复位时间2 s）、VCC电源监视复位电路见图3。
每台智能断路器设备带有蓝牙通信模块，蓝牙通信模块与主芯片MCU用串口UART进行连接交互。
测试台体也用蓝牙模块，可通过地址区分，与待测的批量智能断路器设备链接通信，每次给N个智能断路器设备下发一种命令来验证一种复位重启功能，验证完毕返回结果后再下发另一种命令，直到把整个复位重启系统验证完毕[4]，见图4。
4.2 如何判断各项复位重启功能，具体操作步骤
4.2.1 验证软控复位（写复位寄存器）功能，蓝牙命令码0x0A
流程：有N台待测设备，已不同的地址数据区分。测试台体给设备1下发命令码0x0A，设备1收到命令后先回复确认帧，测试台体收到设备1的确认帧后，会给下一台发送此命令，直到发送完。
收到此命令的设备，会仅开启软控复位（写复位寄存器）功能，关闭复位重启系统中的其他功能。然后程序执行顺序：关闭总中断，点亮死机灯，写复位寄存器，运行while(1)；
按照上述执行后，正常情况设备会复位重启，死机灯也会处于熄灭状态。
每台设备判定结果：死机灯常亮，写复位寄存器功能无效；死机灯由亮到灭，写复位寄存器功能正常；
注：“关闭总中断”意思是执行此语句命令，能关闭程序中所有优先级的中断。
4.2.2 验证内部软件监控（计时复位时间4 s）功能，蓝牙命令码0x0B
流程：有N台待测设备，已不同的地址数据区分。测试台体给设备1下发命令码0x0B，设备1收到命令后先回复确认帧，测试台体收到设备1的确认帧后，会给下一台发送此命令，直到发送完。
收到此命令的设备，会仅开启内部软件监控（计时复位时间4 s）功能，关闭复位重启系统中的其他功能。然后程序执行顺序：关闭总中断，点亮死机灯，运行while(1)；
按照上述执行后，在不输入监控信号情况下 4 s后设备会复位重启，死机灯处于熄灭状态。
每台设备判定结果：死机灯常亮，内部软件监控功能无效；死机灯由亮到灭，内部软件监控功能正常；
4.2.3 验证监控芯片（硬件定时复位时间2 s）功能，蓝牙命令码0x0C
流程：有N台待测设备，已不同的地址数据区分。测试台体给设备1下发命令码0x0C，设备1收到命令后先回复确认帧，测试台体收到设备1的确认帧后，会给下一台发送此命令，直到发送完。
收到此命令的设备，会仅开启监控芯片（硬件定时复位时间2 s）功能，关闭复位重启系统中的其他功能。然后程序执行顺序：关闭总中断，点亮死机灯，运行while(1)。
按照上述执行后，在停止输入监控信号情况下 2 s后设备会复位重启，死机灯处于熄灭状态。
每台设备判定结果：死机灯常亮，监控芯片功能无效；死机灯由亮到灭，监控芯片功能正常。
4.2.4 验证VCC电源（3.3 V）监视复位电路功能--蓝牙命令码0x0D
3.3 V电源（针对主芯片MCU电源）监视复位电路的验证功能。当VCC电压小于2.8 V时。输出复位信号（低电平）到MCU的复位引脚使MCU复位。
具体步骤：由台体控制标准直流源输出，多个插针连接到每个设备的VCC电源接口来提供电源。
流程：有N台待测设备，已不同的地址数据区分。测试台体给设备1下发命令码0x0D，设备1收到命令后先回复确认帧，测试台体收到设备1的确认帧后，会给下一台发送此命令，直到发送完。
收到此命令的设备，会仅VCC电源（3.3 V）监视复位电路功能，关闭复位重启系统中的其他功能。然后程序执行顺序：关闭总中断，点亮死机灯，运行while(1)。
输出电源变化进行测试：
由2.8 V以上突降到2.8～2.0 V之间，步长值0.2 V/1 s： 判定结果，死机灯常亮，此功能无效；死机灯由亮到灭，电源监控功能正常。
由2.8 V以上缓降到2.8～2 V之间，步长值0.02 V/1 s： 判定结果，死机灯常亮，此功能无效；死机灯由亮到灭，电源监控功能正常。
由2.8 V以下突升到2.8 V以上，步长值0.2 V/1 s： 判定结果，运行灯不闪烁，此功能无效；运行灯开始闪烁，电源监控功能正常。
由2.8 V以下缓升到2.8 V以上，步长值0.02 V/1 s：判定结果，运行灯不闪烁，此功能无效；运行灯开始闪烁，电源监控功能正常。
4.3 记录每项结果，判断整体效果。
每台都记录4.2.1、4.2.2、4.2.3、4.2.4每项结果，都正常时，才算合格。
5. 结束语
软件上常遇到运行异常（包括死机）现象：程序跑飞、缓存溢出、进入死循环、中断标志未清等导致死机的问题，此时如果内部软件监控失效、监控芯片失效、电源异常监视失效，设备会长期处于死机状态，本方案综合提出的方法，查找软件死机原因，并修复智能断路器的运行程序；用每个功能单独开启的方式结合模拟死机方法来验证复位重启系统的每一项功能的有效性。这样可最大限度减少和避免MCU因BUG死机或复位系统失效导致死机的现象，保证设备长期稳定运行。
-
[1] 杨永标,周立秋,丁孝华,等. 智能配用电园区技术集成方案. 电力系统自动化,2012,36(10):74-78. [2] 熊兰,何友忠,宋道军,等. 输变电线路在线监测设备供电电源的设计[J]. 高电压技术,2010,36(9):2252−2257. [3] 吴纳磊,李英春,等. 一种微能源管理策略在架空设备的应用. 农村电气化,2021(5):42-46. [4] 苏大威,李云鹏,等. 配用电统一数据采集与信息支撑平台架构设计. 电力自动化设备,2014(9):166-172.
下载:
计量
- 文章访问数: 14
- HTML全文浏览量: 5
- PDF下载量: 2
