基于嵌入式实时操作系统的电力系统自动化通用平台的问题分析

：
』
图 １“Ｃ ／ Ｏ Ｓ －Ｉ ／ 嵌入 式实 时 操作 系统 的体 系结 构 示意 图
ｌ
文滤 ＾Ｉ Ｉ 韩
；
－
｝
ｆ
ａ ＊ ｝
Ｉ 骞
；
ｌ－
…一 一
．
ｉ ｌ 邕
电 ！
嵌入 式实 时操作 系统 主要是 指应 用计算 机技术 ， 集 任务 管理 、 任 务间 同步 通信 、 中断管理 服务 、 实时 时钟服务 等多 种功能于 一体 的计 算机 系统 ， 该系统 可 实 现软 硬件 的剪裁 ， 针 对性 与 目的性较 强 。 将其 应用于 电力 系统 通用 平台开 发 设计中， 可 弥补 传统 电力系 统 自动化装 置开 发 中复 用性 差 ， 升级 换代 困难 等缺 陷， 对 于促 进 电力系 统 的 自动 化 发展意 义 重大 。 电 力系统 自动化通 用平 台软 件设 计 在 以嵌 入式实 时操作 系统为基 础的软件 设计 中， 全 面了解该 嵌入式操 作系 统 体系 结构 的基础上 ， 才能优化 自动 化通 用平 台软件设 计 。 其 中 Ｃ ／ Ｏ Ｓ －Ｉ Ｉ 嵌 入 式实 时操 作系 统 的体 系结构 可见 图１ 由图二 可见 ， 在 该嵌 入 式实 时操作 系统 中 ， 软 件层 处于 系 统顶层 ， 只与 Ｃ ／ Ｏ Ｓ －Ⅱ应 用相 关代码及 其处 理器 无关代 码具 有联系 ， 基 于在 ， 从提 升软件 的 复用 性角 度出发 ， 可 采用构件 化设计 思想进 行通用 平台 的软件设计 。 据此， 在 电 力 系统 自动化通 用平 台的软件 设计 中 ， 首要 步骤即 是在应 用处理器 中移植 入 Ｃ ／ Ｏ ｓ 一Ⅱ， 之后 再结 合系统 功能 实际需 求 ， 对 自动化 操作 平 台系统 的应用 任务 进 行划 分 ， 最后 结合 电力 系统 自动化 装置 的功能 要求 ， 设 置任务 间 的通信 方式 与触 发机 制等 ， 实 施任 务建 立操 作 。 首先 ， 划分 通用平 台系统任 务 。 结合嵌入 式实 时操作系统 需求 ， 在 电力 系统 自动化通 用平 台的任务 划分 中 ， 可 将其任务 划分为 定时 采样 （ 电流 、 电压模 拟量 采样 ， 并经过 数字量 转换 后进 行存 储 ） 、 数据 处理 （ 以 采样 值为依 据 ， 进行相 角与 电压 电流 有效 值 计算 ） 、 故 障识 别与 处理 （ 以装 置整 定值 以及 计算 数 据等 为依 据， 对 其保 护条件进 行判 断 ， 若 满足 ， 则实施 故 障录 波操 作） 、 通信数 据发送 与接 收、 系统 自检任 务等 。 其次， 进行 通信设 置 与任务 调度 。 在 确定 自动化 通用 平 台 的任务之后， 根据强实时任务 、 准实时任务以及非实时任务三个标准 ， 对任务进 行优先级划分， 以便进行合理的调度。 如定时采样 数据处理以及故障处理等为 强实时任 务 ， 在任务 送达 时， 必 须立 即执 行。 准实时任 务如通 信数据 发送与 接收 等在 以下任 务调 用之 前完 成执行 即可 ， 非实时任 务 可延缓 其执 行时 间 。 在 完成
［ 摘 要］ 基于嵌入式实时操作系统的电力系统 自动化通用平台在硬件设计上采用插件式通用平台 ， 并运用构件化设计思想进行软件设计， 具有复用率高 、 可移 植性 好 ， 且便 于系统 的维 护与 运行 ， 对于 促进 电力 系统 的 自动 化 、 网络 化与 智能化 发展 具有 重要意 义 。 本 文以 “Ｃ ／ Ｏ Ｓ —Ｉ ／ 为嵌入 式实 时操作 系统 ， 紧紧 围绕软 硬件 开 发设 计两 方面 论述 以 Ｃ ／ Ｏ Ｓ －Ｉ Ｉ 嵌入 式实 时 操作系 统 为基 础的 电力 系统 自动 化通 用平 台开 发设 计 问题 。 ［ 关键词 ］ 嵌入 式 构件 ， 通 用平 台 。 电力 系统 ； 自动化 中图分类 号 ： Ｔ Ｕ９ ９ ２ ． ３ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） １ ４ — ０ ２ ９ ０ — ０ １
一
，
ｌ
｝
ｌ １
窿 辫 鬟謦 较 件
Ｉ
｝
１ Ｉ 《 壤 童 搓 嘉 ． 棚糊潍丸 肇 出 在 务 ， 真 嘲 ＾ ■ 蚓｝ 舞 ， 剥暂 住 彝 斑 摹 蟪 蕾 曩 任 务 簪 ）
Ｅ
埂蒜
～ 一 ， ¨ 一 ‘
｛
Ｌ
Ｃ
－ ｛
； … ～ … 一
辟
｝静 ｉ
瞎
～
ｊ
任务 调度 之后 ， 再进 行多 任务 运行 即可 。 二、 电力 系统 自动化 通 用平 台硬 件设 计 保护与 控制 装置 （ 如智 能脱 扣器 、 母差 保护 装置 以及 电容器 保护 装置 等 ） 、 自动 化装置 （ 如 自动重合 闸装置 、 电压 无功控 制装置 等 ） 是 电力 系统 自动 化装 置 两大 主要 类型 。 就这 些 电力系 统 自动 化装 置 的功能 而言 ， 定 时采样 电力 系统 的 电流 与 电压 的模 拟量 ， 采集断 路器 等工作 状态 进行 ， 是 实现这 些 电力 自动化 装 置保 护 与控制 、 通信、 测量 等功 能的先 决条 件 。 因此 ， 在 以嵌入 式 实时操 作系 统 为基 础 的硬件 设计 中 ， 针对 电力 系统 自动化装 置 的功能 ， 立 足于 其通 用性 的特 点， 应用 插件式通 用平 台 ， 为 电力系统 提供稳 定性 强的硬件 开 发平台 ， 并根据 自 动化装置的实际功能需求 ， 优化插件组合。 就其功能而言， 在 自动化通用平台的 硬件 开发 中， 主要 设计有 通信插 件 、 交流输入 板插件 、 人 机接 口插件 以及 中央 处 理插 件 等几大 插件 单元 ， 同 时为全 面提升 电力 系统 的扩展 性 ， 可 加设开 关量 输 入（ 输出） 插件。 电力 系统 自动化通 用平 台的 核心便 是 中央处理插 件 ， 主要 由Ｃ Ｐ Ｕ、 铁 电储 存器 、 双 口Ｒ Ａ Ｍ、 无 线通 信 电路 等几 部分组 成 。 该 插件 主要依 据ｓ Ｐ Ｉ 传输 的交 流 插件及其他插件数据， 对整个电力系统通用平台的行为调节控制。 双ＨＲＡ Ｍ提 供 了可单独控 制的两 个独立 口， 它 们各 自具 有独资 的Ｉ ／ ０ 引脚与地 址 ， 可实 现异 步 读写 ， 加 之芯片 使能 可 自动 降 低功耗 ， 从 而确 保 电力 系统 自动 化装 置每 一端 口的 片上 电路均 可实 现功 耗降低 。 电力 系 统 自动 化 装置 从一 次 电力 电流互 感 器获 得 的 电压 以及 电流都 是 Ｄ Ｓ Ｐ 无法 识别 的模 拟景 ， 基 于此 ， 唯 有 以交流 输入板 为 载体实 现模 拟量 到数 字 量 的 转换 ， 以便于 Ｄ ｓ Ｐ 识别 （ 见 图２ ） 。 由图１ 可见 ， 电流电压 的模 拟量 信号 ， 以隔离变 换 电路为主要 载体进 行小 幅 值 交流 电流电压信 号 的转 换 ， 并在 隔离 输入 采集系 统、 电力系 统之后 ， 对模 拟量 信 号变 换与高 频 滤波 ， 经Ａ／ Ｄ 转换器 转化 为数 字量 ， 通 过Ｄ ｓ Ｐ 板将 处理之 后 的 数 字量 以Ｓ Ｐ Ｉ 为 载体 ， 传 输 给 中央处理 插件 。 除此 之 外 ， 通过 及通 信插 件设 置 ， 实 现 系统 的Ｇ Ｐ ｓ ｉ 苗 信 功能 ， 并 对ＲＴ Ｕ连 接 以及 计算 机实 施监控 ， 并 与人 机接 口一 同实现 人机 交互 。 部分 电力 系统 自动 化 装置 具有相 对 较大 的开关 输入量 ， 基于此， 在 设计 中 ， 还需 考虑其 扩展 性 ， 设 计 开 关量输入 端 口 ， 扩展供 电范 围 。 另外 ， 电力 系统 短路 故 障、 变 电站遭 雷 击 等 次 系统干 扰 、 二次 回路干 扰 以及杂散 电容 电磁 波反射 、 电位差 干扰 等是 电力 系统 自动化 装置 主要 的干扰 源 ， 严重 影响 着 电力 系统 自动 化装置 的 正常运 行 。 基 于此 ， 在 电力系统 自动化通 用平 台的硬 件设计 中 ， 可 根据实 际 ， 应进行合 理地 机箱 结构 、 接地 、 电路板 设计 ， 如 选用背 后插 件式 机箱结 构 ， 可实 现对 嵌入 式机 箱 结 构的任 意扩 充与组 合 ， 并运 用金 属板将 机箱 与各 插件进 行 隔离 ， 避免 干扰 耦合。 综上 可 见 ， 本文 分析 的 以 ｕ Ｃ ／ Ｏ Ｓ －１ １ 嵌入 式实 时 操作系 统 为基础 的 电力 系统 自动化通用平台分别运用插件式通用平台设计思想以及构件式设计思想 进行平 台系统 的硬件 与软件设 计 ， 突破 了传统 自动 化装置 硬件开 发通用 应用 任 务重 用性差 、 可维护 性 以及扩展 性差 等缺 陷 ， 不但 利于 电力 系统 自动化 装置 开 发质 量提升 ， 成 本 减少 ， 还便 于系 统的调 式 、 维护 与操 作 ， 利于 系统程 序稳 定性 与可移 植性 、 重用率 提高 ， 对于促 进 电力系统 自动化 发展具有 重要 的实践意 义 。 参考 文献 【 １ 】 蒋 建春 ， 臧 丽斌 ， 冯 辉 宗等 ． 基 于Ｏ Ｓ Ｅ Ｋ ／ Ｖ ＤＸ 规 范 的实 时操 作 系统 移 植研 究［ Ｊ 】 ． 计 �
应 用 技术
Ｉ ■
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
基 于 嵌 入 式实 时 操 作 系统 的 电 力 系统 自动化 通 用平 台 的
问题 分 析
余兴东 汤 强 陈继 军
（ 国 网池 州供 电公 司 ２ ４ ７ １ ０ ０ ）