FTU的整体设计与实现
10kV柱上ftu设计
辽宁工业大学配电系统及其自动化课程设计（论文）题目： 10kV柱上FTU设计院(系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字)起止时间:课程设计（论文）任务及评语院（系)： 教研室:注：成绩：平时20％ 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名专业班级设计题目10kV 柱上FTU 设计课程设计(论文）任务 该FTU 实时监测一条10kV 输电线路的电流电压以及有功等信息,并自动识别运行状态，故障时及时将故障信息上传给主站,并能接受主站遥控命令将故障区段隔离.设计背景：输电线路电压10kV ，最大输出功率2800kV A ，要监测的柱上开关有2个断路器、1个隔离开关和1个遥控的负荷开关,FTU 实时采集输电线路电流电压以及电气设备运行状态并分析线路状态,故障时及时将故障信息上传给主站，并发出遥控负荷开关的命令。
设计内容： 硬件电路设计：1. 最小系统设计（包括CPU 选择，存储器，晶振电路，复位电路） 2。
电流电压检测电路设计3. 电气设备运行状态检测电路设计4. 电气设备运行状态控制电路设计5. FTU 与主站通信接口设计6。
软件设计（程序流程图和程序编写及电流电压有效值以及故障识别算法确定）进度计划第1天 查阅收集资料 第2天 总体设计方案的确定 第3天 最小系统设计 第4天 电流电压检测电路设计 第5天 电气设备运行状态检测电路设计 第6天 电气设备运行状态控制电路设计 第7天 FTU 与主站通信接口设计 第8天 软件设计第 9 天 设计说明书完成 第10天 答辩指导教师评语及成绩平时： 论文质量: 答辩：总成绩： 指 指导教师签字:年 月 日摘要馈线终端设备(简称FTU），具有遥控、遥信，故障检测功能,并与配电自动化主站通信,提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数,并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电等功能。
FTU的整体设计与实现
FTU的整体设计与实现FTU（Fault-Tolerant Unit，即容错单元）是一种用于容错系统中的重要组件，用于保证系统在面对故障时仍能正常运行。
本文将对FTU的整体设计与实现进行详细探讨。
首先，FTU的整体设计需要考虑实现容错的基本原理和方案。
常见的容错技术包括纠错码、冗余机制、备份机制等。
在FTU中，我们可以采用冗余机制来实现容错。
具体而言，可以使用多个相同的FTU模块，每个模块都连接到同一个系统，并且通过相互之间的冗余备份，实现故障的容错处理。
基于以上思路，FTU的整体设计可以分为两个主要方面，即硬件设计和软件设计。
在硬件方面，FTU需要具备以下几个基本组件：1.传感器和执行器：传感器用于检测系统状态和环境信息，而执行器用于控制系统的动作。
通过传感器和执行器，FTU能够实时监控系统的运行状况，并在发生故障时采取相应的纠正措施。
2.冗余备份机制：为了保证容错功能的实现，FTU中应该存在多个相同的模块，并且它们之间应该通过互联的冗余备份线路进行连接。
这样，在一个FTU模块出现故障时，其他备份模块可以接管其功能，确保系统的正常运行。
3.故障检测与自修复机制：FTU需要具备故障检测机制，以便能够及时发现系统中的故障。
一旦故障被检测到，FTU需要具备自动修复的能力，通过切换到备份模块，或者采取其他故障恢复措施，实现系统的自修复。
在软件方面，FTU需要实现以下关键功能：1.故障检测与恢复算法：FTU需要实现一套精确的故障检测算法，以便能够准确地检测系统中的故障，并根据不同的故障类型采取相应的恢复措施。
常见的故障检测算法包括检测冗余、差错检测等。
2.备份模块的选择与切换算法：当主FTU模块出现故障时，FTU需要根据一定的策略来选择备份模块，并及时进行切换，确保系统的连续运行。
备份模块的选择与切换算法需要考虑多种因素，如备份模块的状态、负载等。
3.系统的自修复算法：当FTU检测到系统中的故障时，它需要自动采取一定措施来修复故障，并保证系统的正常运行。
FTU模块技术方案
FTU模块技术方案1 技术方案1.1 FTU模块总体方案FTU模块采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压，采用配电线损采集模块实现计量功能。
1.2 FTU模块基本组成一二次融合FTU模块采用罩式装置，其重要组成部分为线损采集模块和航空插头接口，且航空插头接口包括：供电电源及线电压输入接口（6芯，1个）、电流输入接口（6芯防开路，1个）、控制信号、零序电压接口（14芯，1个）、以太网接口（1个，备用）。
开关侧采用2根电缆、1个26芯航空插头从开关本体引出零序电压、电流及控制信号，接入到FTU的航空插头；采用2根电缆提供供电电源、线电压信号（采用电磁式PT取电）。
1.3 技术方案优缺点优点：罩式FTU模块体积小，防护等级高，能适应更为严酷的户外运行环境，使用寿命高；缺点：罩式FTU模块的小体积对内部线损模块、电源模块等重要组成部件要求更高，增大了生产工艺难度。
1.4 与相关技术方案对比无对比技术方案。
2 功能要求2.1 计量功能要求（配套用户末端分界开关除外）FTU采用配电线损采集模块实现计量功能，包括：a)正反向有功电量计算和四象限无功电量计算及功率因数计算；b)计量数据冻结功能：包括日冻结数据，功率方向改变时的冻结数据；c)有功电量计算为0.5S级精度，无功电量计算为2级，功率因数分辨率0.01。
2.2测量功能要求采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压。
（1）保护功能要求a)应满足Q/GDW-514《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。
b)分段/联络断路器、分界断路器具备相间故障检测及跳闸功能、相间故障信息上传功能。
c)分段/联络断路器、分界断路器、分界负荷开关具备进出线接地故障的检测及跳闸功能；具备故障录波与通信上传功能，接地故障录波每周波80点以上。
（2）测量/计量/保护精度要求a)保护、测量、计量电压：外置PT线电压额定输入为100V，测量精度≤0.5％；b)保护、测量、计量电流：三相额定电流输入为1A；保护≤3%；测量精度为0.5级；计量精度为0.5S级；c)零序电流：20A/1A；测量精度≤0.5％；d)零序电压：(10kV/√3)/(6.5V/3)；测量精度3P。
FTU模块技术方案设计
FTU模块技术方案1技术方案1.1FTU模块总体方案FTU模块采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压，采用配电线损采集模块实现计量功能。
1.2FTU模块基本组成一二次融合FTU模块采用罩式装置，其重要组成部分为线损采集模块和航空插头接口，且航空插头接口包括：供电电源及线电压输入接口（ 6芯，1个）、电流输入接口（ 6芯防开路，1个）、控制信号、零序电压接口（14芯，1个）、以太网接口（ 1个，备用）。
开关侧采用2根电缆、1个26 芯航空插头从开关本体引出零序电压、电流及控制信号，接入到FTU的航空插头；采用 2根电缆提供供电电源、线电压信号（采用电磁式 PT取电）。
1.3技术方案优缺点优点：罩式FTU模块体积小，防护等级高，能适应更为严酷的户外运行环境，使用寿命高；缺点：罩式FTU模块的小体积对内部线损模块、电源模块等重要组成部件要求更高，增大了生产工艺难度。
1.4与相关技术方案对比无对比技术方案。
2功能要求2.1计量功能要求（配套用户末端分界开关除外）FTU采用配电线损采集模块实现计量功能，包括：a）正反向有功电量计算和四象限无功电量计算及功率因数计算；b）计量数据冻结功能：包括日冻结数据，功率方向改变时的冻结数据；c）有功电量计算为0.5S级精度，无功电量计算为 2级，功率因数分辨率0.01 o2.2测量功能要求采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压。
（1）保护功能要求a）应满足Q/GDW-51《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。
b）分段/联络断路器、分界断路器具备相间故障检测及跳闸功能、相间故障信息上传功能。
c）分段/联络断路器、分界断路器、分界负荷开关具备进出线接地故障的检测及跳闸功能；具备故障录波与通信上传功能，接地故障录波每周波80点以上。
（2）测量/计量/保护精度要求a）保护、测量、计量电压：外置PT线电压额定输入为100V,测量精度0.5 %;b)保护、测量、计量电流：三相额定电流输入为1A;保护W 3%测量精度为0.5级；计量精度为0.5S级；c)零序电流：20A/1A;测量精度＜ 0.5 % ;d)零序电压：(10kV/ V3)/(6.5V/3);测量精度 3P。
FTU的硬件结构设计和软件设计
摘要随着对配电网自动化的要求的提高，作为其重要设备的FTU的性能也应提高。
针对当今市面上的终端设备的不足，本文尝试给出一种功能强大、性价比高、可推广性强的FTU装置。
本设计采用当前流行的嵌入式技术和数字信号处理技术来完成核心处理器，采用以ARM9与TMS320LF2407A有机结合的双CPU构架，这种设计稳定、高效、节能，优于以往FTU的核心处理器的设计。
本设计采用当前非常先进以太网通信方式，较以往FTU的通信方式网络化更强，信息传输能力更为强大。
本设计除了在核心处理器和通信方式上有明显优势外，在其他部分亦有改进。
希望这种装置在相当长的时间内都保持优越性。
本文讲述了笔者对馈线自动化的理解，介绍了设计过程，给出了FTU的硬件结构设计和软件设计。
关键词：双CPU，嵌入式，AT91RM9200，TMS320LF2407A，以太网AbstrastAs requirements of the distribution network automation increasing, the major equipment , FTU performance, should also be improved. To the old terminal equipments’deficiencies, this paper tries to give a powerful, cost-effective, strong promotion of FTU device. This kind of FTU uses ARM9 and TMS320LF2407A organic combination of double CPU structure. It is high efficiency, energy saving, stability, better than the previous FTU core processor design. The current design using highly advanced Ethernet communication mode, compared to the previous FTU communication mode of network information transmission ability stronger, more powerful. This design in addition to the core processor and communication mode has obvious advantages,in the other part are improved.Hoping this FTU will be advanced for a long time in the future. This paper mainly introduces the FTU hardware structure and the main algorithm, and gives the hardware circuit.Key words:Double CPU,embedded,AT91RM9200,TMS320LF2407A,Ethernet目录1 绪论 (1)1.1 本课题的研究目的和意义 (1)1.2 本课题的主要研究内容（提纲） (2)1.3 文献综述（国内外研究情况及其发展） (3)1.4 拟解决的关键问题 (4)1.5 研究思路和方法 (5)1.6 本课题的进度安排 (5)2 系统设计及原理 (6)2.1 双CPU构架 (6)2.2 系统结构设计 (6)3 硬件设计 (8)3.1 处理器的设计 (8)3.2 模拟量输入电路的设计 (13)3.3 开关量输入/输出回路的设计 (16)3.4 频率测量电路的设计 (17)3.5 通信单元设计 (18)3.6 电源设计 (21)4 算法设计 (23)4.1 电网参数的计算 (23)4.2 故障判断算法 (24)4.3 FIR滤波算法 (27)5 软件设计 (30)5.1 主程序 (30)5.2 通信中断程序 (32)6 总结与展望 (34)6.1 总结 (34)6.2 展望 (35)参考文献 (36)致谢 (39)附录 (40)附录1 (40)附录2 (63)1 绪论1.1 本课题的研究目的和意义长期以来，我国配电网的建设未得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出，形成了与电网建设不协调的局面。
FTU硬件详细设计说明书
FTU硬件详细设计说明书产品线：配电终端产品类别：产品型号：产品版本：批准：审核：初审：编写：1.引言 (4)1.1.前言 (4)1.2.文档术语 (4)1.3.参考文档 (4)2.开发环境 (4)3.硬件详细设计 (5)3.1.系统架构 (5)3.2.主板 (5)3.2.1.主板硬件框图 (6)3.2.2.模块1：CPU核心板 (6)3.2.3.模块2：时钟模块 (18)3.2.4.模块3：无线通讯 (19)3.2.5.模块6 以太网接口 (24)3.2.6.RS232/RS485电路 (26)3.2.7.SD卡模块电路 (27)3.2.8.直流量采集模块 (28)B HOST接口 (30)3.3.遥控遥信板 (31)3.3.1.硬件框图 (31)3.3.2.遥信电路模块 (31)3.3.3.遥控电路模块 (33)3.4.遥测板 (34)3.4.1.遥测板框图 (34)3.4.2.遥测电路模块 (34)3.4.3.电源模块 (38)3.4.4. (40)3.4.5.元器件总成本： (40)3.5.硬件测试方法 (40)4.FPGA逻辑设计 (41)4.1.子板逻辑 (41)4.1.1.架构概述 (42)4.2.主板逻辑 (44)5.结构工艺设计 (45)5.1.外观设计................................................................................... 错误!未定义书签。
5.1.1.外形结构........................................................................... 错误!未定义书签。
5.1.2.铭牌................................................................................... 错误!未定义书签。
馈线终端单元FTU的设计
摘要 ： Ｐ Ｃ Ｕ设计采用 Ａ Ｍ Ｒ ９芯片， Ｆ Ｕ处理大量的信号提供 强有力的硬件 支持。软件设计采用 了嵌入 为 ｒ 式实时操作 系统， 以实现对 系统资源的合理利用 提高 系统运行的实时性。文章详细介绍 了该 系统的硬件
０引 言
馈 线终端 单元 Ｆ Ｕ是配 电 网中最基本 的组成 ｒ
Ｓ ９０ Ａ芯片是 双 向三相 电表 集成 电路芯 片 ， Ａ ９４ 它通 过 ＳＩ 口访 问相应 的 ２ ｉ寄存器来有功功率 、 电压和频率 ， Ｃ ３０ 芯片主要 Ｍ Ｐ２８ 用来对信号进行同步采样 ， 对采样后 的数据进行谐 波分析 。开关量输 入输 出采用 光 电隔离措施 ， 避免 了信号遭到其他电信号的干扰。本系统还采用 了
ｔｒ ｉａ ｕ ｉ 刖 ｔ ｄ ａ ｔ ｌｔｏ ｇ ａ．Ｅ ｅｄ ｄｒａ ｔ ｅｏ ｅａ ｎ ｓ ｍ ｓｄｔ ｂ ｔ ｅ ｎ ｌ ｎｔ ｍ （ ｏ ｅ ｌ ｏ ｆ ｉ １ ｍｂｄ ｅ ｌ ｉ ｐ ｒｔ ｇｓ ｔ ｉ ｕｅ ｅ－ ｌ ｌ ｓ ｓ ｎ ｅ ｍ ｉ ｙｅ ｓ ｏ
文章编号 ：６ ２— ３ ８ ２ ０ ）６— ５０— ３ １７ ４ ４ （ ０７ ０ ０ ９ ０
馈 线 终 端 单 元 Ｆ Ｕ 的 设 计 Ｔ
林承华 ， 黄挚雄 林承就。 ，
（ ．中南大学信息科学与工程学院， １ 湖南 长沙 ４０８ ； ． １０３ ２ 福建工程学院电子信息与电气工程 系， 福建 福州 ３０ １； ５０４
ｔ ｒ ｕ ｉ ｚ ｔｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｉ ｒ ｖ ｔ ｅ ｅ ．ｉ ｐ ｒｏ ａ ｃ ． Ｔｈ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｉ ｉ ｌ ｄ ｎ ｅ ｔ ｉｅ ｈ ｒ ｓ ｕ ｃ ａ ｄ ｍｐ ｅ ｈ ｒ ａ ｔｍｅ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｌ ｏ １ ｍ ｅ ａ ｄ ｒ ｄ ｓｇ ｎｃｕ ｉ ｇ ｎ
配电自动化远动终端FTU交流采样通道地设计
《配电网自动化技术》课程设计任务书目录课程设计任务书 (1)容与要求 (3)设计原理及整体思路 (3)1、交流采样通道的组成 (3)2、交流采样电路部分原理 (4)设计详情 (7)1、器件的选择 (8)2、交流采样算法 (12)3、交流采样流程图 (13)课程设计总结 (13)参考文献 (14)一、容与要求1.FTU （Feeder Terminal Unit ）馈线终端单元是配电自动化系统的重要设备，可以实现馈线段的模拟，信号的测量控制。
在配电自动化系统中得到了广泛的应用。
而交流采样通道是FTU 的重要部分。
2.要求FTU 交流采样通道采样的电气量为：测量2个电压：ab U 、cb U ，输入围交流有效值0～220V. 测量3个电流a I 、b I 、c I ，输入围交流有效值 0～5A. 保护电流bba I ,bbb I 交流有效值0～100A 精度指标为：电压电流的采样精度：±0.5% 有功无功的采样精度: ±1%故障电流检测围：0A ～100A ；故障电流精度：3％ 交流电压：连续工作120%额定电压交流电流：200%连续工作，1000%额定电流，可持续1秒根据以上的电气量和电气量的指标设计FTU交流采样通道电路。
（1）计算性能指标。
（2）设计电路。
（3）根据计算的性能指标，选择元器件。
（4）交流采样算法和程序框图。
（5）撰写课程设计。
二、设计原理及整体思路交流采样是将连续变化量离散化，用一定的算法号进行对离散的时间信分析，计算出所需信息。
可以直接对交流电流、电压波形进行采样，因此，对于被测电量的波形可以进行分析，实时性好。
对于有功功率、无功功率可通过采取的u、i值进行计算求得。
一般处理方法是将连续时间的信号的一个周期T分为N个等分点，每隔T/N 时间进行一次采样，将得到离散时间信号，把这些采样值存放在存储器中，用软件处理可得到参数。
1.交流采样通道的构成及原理图在IED中，交流采样通道由中间电压、电流互感器，滤波器、多路模拟开关、采样保持器，A/D 转换，微处理器，频率跟踪电路等组成。
FTU模块技术方案
FTU模块技术方案1 技术方案1.1 FTU模块总体方案FTU模块采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压，采用配电线损采集模块实现计量功能。
1.2 FTU模块基本组成一二次融合FTU模块采用罩式装置，其重要组成部分为线损采集模块和航空插头接口，且航空插头接口包括：供电电源及线电压输入接口（6芯，1个）、电流输入接口（6芯防开路，1个）、控制信号、零序电压接口（14芯，1个）、以太网接口（1个，备用）。
开关侧采用2根电缆、1个26芯航空插头从开关本体引出零序电压、电流及控制信号，接入到FTU的航空插头；采用2根电缆提供供电电源、线电压信号（采用电磁式PT取电）。
1.3 技术方案优缺点优点：罩式FTU模块体积小，防护等级高，能适应更为严酷的户外运行环境，使用寿命高；缺点：罩式FTU模块的小体积对内部线损模块、电源模块等重要组成部件要求更高，增大了生产工艺难度。
1.4 与相关技术方案对比无对比技术方案。
2 功能要求2.1 计量功能要求（配套用户末端分界开关除外）FTU采用配电线损采集模块实现计量功能，包括：a)正反向有功电量计算和四象限无功电量计算及功率因数计算；b)计量数据冻结功能：包括日冻结数据，功率方向改变时的冻结数据；c)有功电量计算为0.5S级精度，无功电量计算为2级，功率因数分辨率0.01。
2.2测量功能要求采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压。
（1）保护功能要求a)应满足Q/GDW-514《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。
b)分段/联络断路器、分界断路器具备相间故障检测及跳闸功能、相间故障信息上传功能。
c)分段/联络断路器、分界断路器、分界负荷开关具备进出线接地故障的检测及跳闸功能；具备故障录波与通信上传功能，接地故障录波每周波80点以上。
（2）测量/计量/保护精度要求a)保护、测量、计量电压：外置PT线电压额定输入为100V，测量精度≤0.5％；b)保护、测量、计量电流：三相额定电流输入为1A；保护≤3%；测量精度为0.5级；计量精度为0.5S级；c)零序电流：20A/1A；测量精度≤0.5％；d)零序电压：(10kV/√3)/(6.5V/3)；测量精度3P。
FTU模块技术实施方案.doc
.FTU 模块技术方案1技术方案1.1 FTU 模块总体方案FTU 模块采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压，采用配电线损采集模块实现计量功能。
1.2 FTU 模块基本组成一二次融合 FTU模块采用罩式装置，其重要组成部分为线损采集模块和航空插头接口，且航空插头接口包括：供电电源及线电压输入接口（ 6 芯， 1 个）、电流输入接口（ 6 芯防开路， 1 个）、控制信号、零序电压接口（14 芯，1 个）、以太网接口（ 1 个，备用）。
开关侧采用 2 根电缆、 1 个26 芯航空插头从开关本体引出零序电压、电流及控制信号，接入到 FTU的航空插头；采用 2 根电缆提供供电电源、线电压信号（采用电磁式PT 取电）。
1.3 技术方案优缺点优点：罩式 FTU 模块体积小，防护等级高，能适应更为严酷的户外运行环境，使用寿命高；缺点：罩式 FTU 模块的小体积对内部线损模块、电源模块等重要组成部件要求更高，增大了生产工艺难度。
1.4 与相关技术方案对比无对比技术方案。
2功能要求2.1计量功能要求（配套用户末端分界开关除外）FTU采用配电线损采集模块实现计量功能，包括：a)正反向有功电量计算和四象限无功电量计算及功率因数计算；b)计量数据冻结功能：包括日冻结数据，功率方向改变时的冻结数据；c) 有功电量计算为0.5S 级精度，无功电量计算为 2 级，功率因数分辨率0.01 。
2.2测量功能要求采集三相电流、线电压、频率、有功功率、无功功率、零序电流和零序电压。
（1）保护功能要求a)应满足 Q/GDW-514《配电自动化终端子站功能规范》及《配电自动化终端技术规范》相关要求。
b)分段 / 联络断路器、分界断路器具备相间故障检测及跳闸功能、相间故障信息上传功能。
c)分段 / 联络断路器、分界断路器、分界负荷开关具备进出线接地故障的检测及跳闸功能；具备故障录波与通信上传功能，接地故障录波每周波80 点以上。
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1F30主要用途及适用范围iES-F30馈线监控系统，是根据配电网自动化的最新发展需求，汲取计算机技术、数字信号处理技术、电网故障检测技术研究的新成果研制的新型馈线远方终端设备。
它的设计、制造和检验全面采用国际IEC标准和国家有关标准，适用于10KV馈线的监测和控制。
其主要功能包括：信息采集和处理、接受并执行遥控命令、时间纪录及上报、电源失压保护、通信、自诊断自恢复、当地调试、故障识别、隔离和恢复非故障段供电等。
结合一次开关，并与配电小区主站（或配电主站）组网配合，可以完成10KV馈线的故障诊断、故障区段隔离、网络重构和非故障区段的正常供电。
2F30组成iES-F30馈线监控系统采用综合单元通过CANBUS网络互连的分层、分布式网络结构，包括馈线终端单元、多功能电源模块、当地操作模块、通信管理模块、PC机维护软件等。
为使FTU馈线监控系统适用于柱上、环网柜、开闭所等不同环境，我们设计了4种FTU 馈线终端单元即F301、F302、F303和F304，他们是组成馈线监控系统的核心装置，各单元的硬件配置和监控对象有一定的差别，软件功能基本一致，以适用于不同要求的应用场所。
各单元的硬件配置见下表：根据配电系统馈线自动化终端的应用环境及监控对象的差别，为方便用户选配，我们针对不同应用场所推出了以下三种馈线监控系统：●iES-F30A开闭所馈线监控系统●iES-F30B环网柜馈线监控系统●iES-F30C柱上终端馈线监控系统各系统的组成如下表所示：如用户要求与推荐系统有一定差别，可使用馈线终端单元灵活组态，构成新的馈线监控系统，以满足实际要求。
3系统设计3.1 需求分析分析目前FTU的应用场合，主要有开闭所、环网柜、柱上馈线，其中柱上情况一般采集进线侧和出线侧的电压和电流，控制一路负荷开关的通断，采集开关的位置信号和气体压力，及储能闭锁信号等，其特点是工作在户外，风吹日晒，环境恶劣，且断电时要能够对开关进行分合操作。
环网柜一般位于城市馈线环网处，特点是多个开关位于一个环网柜内。
开闭所或开关站的特点是多个出线交流量需要采集，多个开关需要控制。
3.2 实现方案鉴于配网监控终端设备的多样性，根据《配电网自动系统远方终端 DL/T 721-2000》对三种电网自动化系统远方终端设备的要求，考虑到生产、施工、维护的易操作性、系统组态的灵活性，iES-F30馈线监控系统的体系结构采用综合单元通过控制局域网互联的分布式系统结构。
将馈线开关监控终端、环网开关监控终端、开闭所监控终端的基本功能加以抽象，设计能满足其基本功能的综合单元。
包括具有测控和线路故障监测功能的子单元和具有网络管理功能、通讯管理功能、测控和线路故障监测功能的主单元。
一个FTU系统由控制局域网互联的1-8个综合单元、电源系统、维护软件、当地操作、接线端子和机柜等组成。
进而组成：1．一个主单元的方式，监控（1-15个交流量）。
2．一个主单元通过网络连接1-7个子单元的方式（监控1-120个交流量）。
3．小区主站通过网络连接（1-8）单元的方式。
馈线开关监控终端和环网开关监控终端通过方式1、2实现；开闭所监控终端通过方式2、3实现。
4单元硬件设计4.1 概述综合单元由核心处理板和接线板组成。
核心处理板采用HOST+DSP的双CPU结构。
HOST采用XA S3 CPU，以CMX-RTOS 做软件平台，完成系统管理、遥信、遥脉及遥控功能、通讯及转发功能。
DSP采用ADSP2185，完成实时性要求较高的交流采集与故障信号（相间短路、单相接地）捕捉。
接线板主要包括输入电路、二次电源、出口电路等。
根据不同的监控对象，综合单元可配置不同的接线板以满足线路不同的需求。
另外，考虑到现场的复杂性，每个综合单元设置了一组扩展总线，便于根据用户的特殊需求进行系统扩充。
原理框图见下图：其中左边虚线框内为接线板，右边虚线框内为核心处理板。
4.2 核心处理板4.2.1CPUCPU采用PHILIPS公司的16位51XA系列中的XA-S3，主要完成硬件初始化，DSP 的软件下载及所有的并发通信和数字I/O口处理。
PHILIPS XA-S3微处理器是51XA系列的高集成度嵌入式系统成员。
利用此技术，F30X馈线终端单元配置了一个实时多任务操作系统CMX-RTOS和一个经现场应用考验的，稳定的软件应用库。
本系统中XA-S3工作频率为29.4912MHz，拥有16位外部数据总线和16M字节寻址空间。
其组成部分包括：两个串行通信口、5通道16位PCA、1K片内RAM、8通道8位高速AD、中断控制器、3个标准定时/计数器。
4.2.2DSPDSP采用AD公司高集成度的16位定点单片数字信号处理器ADSP-2185，29.4912MHz 主振频率，33MIPS；片内80KB存储器，可配置成48K的程序区和32K数据区；内置一个DMA接口和两个双缓冲串行接口，DMA接口用于和主CPU之间的数据传输，串行口用于从串行A/D转换器读取采样数据。
FPGA中的少量逻辑电路和一对八进制锁存器完成它的外部接口。
DSP的运行程序代码储存于主电路的闪烁存储器，在系统上电初始化时，由主CPU通过DSP的DMA口载入。
DSP通过切换多路选择开关来使某一输入信号进入A/D转换器，获得的采样数据作为原始数据进行电量计算和故障判断；电量计算包括电压、电流的有效值，零序电压、零序电流，有功功率、无功功率、视在功率，功率因数、相角、电流方向等；故障判断主要进行相间短路、中性点故障和小电流接地故障判断。
示意图如下所示：4.2.3存储器存储器由512K字节的静态读写存储器（SRAM）和512K字节电可擦除的闪烁存储器（FLASH）组成。
SRAM是主CPU的工作内存，闪烁存储器是掉电可保持的存储器，保存主CPU运行程序、DSP运行程序及各类参数。
使用中，可根据需要使用维护机下载各类程序到FLASH中。
4.2.4FPGA单元使用了一片大规模现场可编程逻辑阵列FPGA，来完成各种复杂的逻辑运算，由于其利用软件编程实现各种分离逻辑器件的功能，不仅缩小了系统体积节省空间，同时还使得系统运行更加可靠和稳定。
FPGA完成的功能主要有主CPU和DSP之间的接口控制、模拟输入量的多路选择和开关定时转换等。
4.2.5串口单元可提供6个通信口：两个串行口集成于控制板上的XA-S3芯片内，另外四个由扩展板上的ST16C654提供。
串口扩充板上采用了可编程的通讯接口芯片，接口电平转换通过软件编程即可实现，简化了外围设计，提高了性价比。
4.2.6CANBUSCANBUS的实现由PHILIPS公司的SJA1000来完成，SJA1000 是适用于汽车和一般工业环境控制器局域网（CAN）的独立控制器，具有完成CAN通信协议所要求的全部特性，经过简单总线连接的SJA1000可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。
4.3 接线板4.3.1遥信、遥脉输入数字输入电路最多可以监视24路干接点输入的状态量，所有输入均经过光电隔离转换成逻辑信号，FPGA的逻辑电路自动检测输入接点状态的变化，并向主CPU申请中断，由主CPU读出FPGA逻辑电路锁存的变位信息，以进一步处理防跳、报警和通信。
4.3.2交直流输入单元最多可外接15个交流模拟量和4个直流模拟量的输入，交流模拟量中PT、CT随意分组，所有的交流模拟输入量都经变压器隔离，直流模拟输入量使用光MOS开关经过飞电容实现隔离（原理如下图所示），然后滤波，再经过多路转换器选择输入16位高速A/D 转换器转换为数字量，以串行数据流的形式送入DSP进行处理。
4.3.3遥控输出单元最大设计为8个常开继电器接点输出，接点额定值为10A@24Vdc、10A@220Vdc，通过当地/远方接线端子（L/R）选择接通或断开内部+5V继电器供电电源，以便在检修调试时闭锁继电器接点输出回路或进行手动操作。
CPU通过读取返校寄存器，检查校对继电器输出控制过程中硬件控制电路及继电器状态是否正确。
4.3.4电源为有效保证馈线终端单元电源部分可靠工作，采用了二级电源设计。
第一级在单元外为AC/DC，为单元提供所需的直流24V电源；第二级为DC/DC在单元内，提供单元上的器件所需的工作电压。
单元的主供电源是浮地的直流电源。
除了浪涌抑制电路以外，所有电路都与大地隔离，所有电源输出都与原边输入隔离，总功耗小于10W。
板上DC/DC转换器产生以下电压输出：+5Vdc，为内部逻辑电路供电+15Vdc和-15Vdc，为内部模拟电路供电隔离的+5Vdc，为通讯提供隔离电源4.4 关键技术4.4.1顺序采样交流测量技术单元采用了独具特色的顺序交流采样测量技术，即利用一个采样保持电路和ADC模数转换器对所有输入的交流信号进行逐一采样，通过数字信号处理的方法对采样数据进行补偿，从而解决同一回路中相关电压电流值同步问题。
这样大大简化了交流采样的输入电路，使硬件功能软件化。
不仅降低了成本，保证了测量的准确度和长期稳定性，还实现了过去很难实现的交流输入量任意配置组成回路的问题。
4.4.2EMC抗干扰技术单元通过应用飞电容直流隔离测量技术、采用二次电源、滤波及输入输出回路的屏蔽与隔离的办法，阻塞串、共模干扰的耦合通道；采用优化设计的四层印制板，提高了敏感回路的抗干扰能力；各个模板的输入回路均设计了防过压、防过流装置；控制输出采用多层防护、校验和时效检查等措施，网络接口设计了隔离保护和故障自动切除装置；通讯口设计了限流、隔离设备；整机合理设计接地泄放回路。
上述完善的防护体系彻底解决了单元的电气独立性设计问题。
实现了系统中的每一个单元与其输入输出通道、系统网络、电源系统等的完全电气隔离。
使系统的抗静电、辐射电磁场、高频、快速瞬变脉冲串、浪涌能力均达到电磁兼容性4级（严酷级）标准。
5单元软件设计5.1 软件平台iES-F30馈线监控系统采用了CMX嵌入式操作系统。
实时多任务操作系统（RTOS）的应用是嵌入式软件系统发展的必然趋势，iES-F30馈线监控系统采用的实时多任务内核为微控制器软件系统引入了任务管理、时间管理、信息管理。
实时多任务内核既是整个软件体系的管理系统，同时又为上层应用程序提供服务；实时多任务内核作为软件体系的平台，改变了传统单片机编程的思路，能够保证各种任务的并行实时处理和动态切换，提高了CPU的利用效率和任务的实时性。
程序的编写也由于实时多任务的应用可以更好的实现模块化程序结构，减小了任务模块间的耦合，提高了内聚性，可以提高程序运行的稳定性和可靠性。
抢占式实时多任务内核，充分利用了PHILPS 公司功能强大的P51XA 微控制器提供的多任务支持特性，P51XA 微控制器提供两种工作模式：系统模式和用户模式，两种模式下使用不同的堆栈指针，可以大大减少RAM 堆栈空间的占用。