高性能微機(jī)綜合保護(hù) 裝置的設(shè)計

1、變電站智能電子設(shè)備通信和人機(jī)交互系統(tǒng),報告內(nèi)容：,1. 課題的背景與意義 2. 新硬件平臺的設(shè)計方案與實(shí)現(xiàn) 3. 嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn) 4. 操作系統(tǒng)的移植 5. 基于新硬件平臺的軟件設(shè)計 6. 小結(jié),1. 課題的背景與意義,1.1 課題的背景和意義 1.2 微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展 1.3 論文設(shè)計的目標(biāo)和要求 1.4 論文準(zhǔn)備情況,1.1 課題的背景和意義（1）,變電站綜合自動化的發(fā)展微機(jī)裝置是構(gòu)成變電站綜合自動化的

2、重要內(nèi)容，使用高性能的微機(jī)裝置具有如下優(yōu)越性：提高供電質(zhì)量和電壓合格率 保障變電站安全、可靠運(yùn)行 提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平 實(shí)現(xiàn)變電站信息共享，可以減少總投資減少維護(hù)工作量，減少值班員勞動，實(shí)現(xiàn)減人增效,1.1 課題的背景和意義（2）,變電站綜合自動化的特點(diǎn)：由集中式向分散式發(fā)展，采用分層分布式結(jié)構(gòu)建立起了通信網(wǎng)絡(luò)。,變電站綜合自動化對微機(jī)保護(hù)裝置的新要求： 需要具有更強(qiáng)大的通信功能（雙網(wǎng)，通信速度快，信息量大……

3、） 需要具有更高的可靠性和抗干擾能力 需要更加完善的保護(hù)功能,1.2 微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展,目前微機(jī)裝置存在的問題目前國內(nèi)各種微機(jī)保護(hù)裝置在可靠性上或多或少都還存在著一定的問題故障信息量少保護(hù)相對孤立沒有統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范CPU多為8位和16位微處理器，運(yùn)算速度較慢，資源較少,1.3 論文設(shè)計的目標(biāo)和要求,設(shè)計一套高性能的微機(jī)裝置人機(jī)交互和通訊系統(tǒng)適用于多種保護(hù)裝置具有較高的可靠性可以提高通訊的信息量和速度能夠支

4、持電力系統(tǒng)無縫通訊,1.4 論文準(zhǔn)備情況,廣泛閱讀變電站綜合自動化和微機(jī)保護(hù)的各類文獻(xiàn)，掌握國內(nèi)外微機(jī)保護(hù)監(jiān)控綜合裝置的現(xiàn)狀。熟悉嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS在新硬件平臺上設(shè)計了人機(jī)交互軟件,2. 硬件平臺的設(shè)計,2.1 硬件平臺2.2 通信接口的設(shè)計2.3 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,2.1 硬件平臺,微處理器是微機(jī)保護(hù)裝置的核心，微處理器性能的好壞在很大程度上決定了微機(jī)保護(hù)裝置性能的優(yōu)劣 。系統(tǒng)的工作頻率在一定程度上決定了微處理

5、器的運(yùn)算速度。32位微處理器可以提供更加豐富的資源，是微處理器未來發(fā)展的趨勢。,2.1.1 LPC2294微處理器的特點(diǎn),采用32位RISC結(jié)構(gòu)ARM7-TDMI核具有可加密特性具有較大的片內(nèi)存儲器（16k字節(jié)SRAM和256k字節(jié)FLASH）具有豐富的中斷源（最多可允許32個中斷請求輸入）集成了UART、SPI、I2C等串行接口集成了定時器、看門狗、PWM、ADC等具有多個GPIO,2.2 通信接口的設(shè)計,雙CAN總線接

6、口現(xiàn)場總線具有可靠性高、穩(wěn)定性好抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、造價低、維護(hù)方便的的特點(diǎn)。目前，多數(shù)變電站都具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。CAN是一種具有很高可靠性，支持分布式控制和實(shí)時控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤，并且具有很高的位傳輸速率和抗電磁干擾的特性。 CAN總線接口采用Philips公司的LPC2294微處理器集成的CAN控制器。,2.2 通信接口的設(shè)計,RS-485總線接口與變電

7、站中部分設(shè)備（如直流屏等）通信。與其他廠家生產(chǎn)帶RS-485接口的智能模塊通信。RS-485總線接口采用MAXIM公司的MAX232芯片實(shí)現(xiàn)。,2.3 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,硬件總體結(jié)構(gòu)分為：主機(jī)模塊（包含測量單元和保護(hù)單元）人機(jī)交互模塊信號和出口模塊開入模塊交流電量轉(zhuǎn)換模塊電源模塊,,2.3 硬件的設(shè)計,人機(jī)交互模塊故障指示、鍵盤處理、液晶顯示、各種保護(hù)功能的投退以及外部通信。 外部通信：雙以態(tài)網(wǎng)接口、雙

8、CAN網(wǎng)接口和RS-485接口,2.3 硬件的設(shè)計,人機(jī)交互模塊在人機(jī)交互模塊中，利用LPC2294內(nèi)部的CAN控制器和Philips公司生產(chǎn)的CAN接口芯片PCA82C250實(shí)現(xiàn)CAN通信網(wǎng)絡(luò)；,3 嵌入式簡介,· 3.1 嵌入式微處理器 3.2 操作系統(tǒng)特點(diǎn) 3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介,3.1 嵌入式微處理器(1),ARM7TDMI處理器是ARM7處理器系列成員之一，ARM7TDMI含義

9、如下：ARM7：32位整數(shù)核的3V兼容的版本；T：16位壓縮指令集Thumb；D：在片調(diào)試（debug）支持，允許處理器響應(yīng)調(diào)試請求暫停；M：增強(qiáng)型乘法器，產(chǎn)生全64位結(jié)果；I：嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持。,3.1 嵌入式微處理器(2),,,3.2 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn),運(yùn)行在嵌入式硬件平臺上，對整個系統(tǒng)及所操作的部件，裝置等資源進(jìn)行同一協(xié)調(diào)，指揮和控制的系統(tǒng)軟件。,3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介,·

10、源代碼全部公開 · 可移植性 ·可剪裁 ·占先式多任務(wù) ·可確定性 ·中斷管理 ·穩(wěn)定性與可靠性。,。,3.3 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng),任務(wù)1,任務(wù)2,任務(wù)3,,,,,一般任務(wù)系統(tǒng)中，程序循環(huán)的周期不確定， 通過實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)對所有任務(wù)的調(diào)度管理，解決單任務(wù)系統(tǒng)中難以處理的實(shí)時性差的問題。將系統(tǒng)所要

11、實(shí)現(xiàn)的功能細(xì)化為兒個核心任務(wù)，將系統(tǒng)的幾個任務(wù)按其優(yōu)先級從高到低執(zhí)行。uC/OS-II控制下的任務(wù)可以分為休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、中斷態(tài)和掛起態(tài)。,4 μC/OS-Ⅱ的移植,4.1 嵌入式系統(tǒng)移植問題 4.2 移植μC/OS-II步驟,4.1　移植條件,① 對目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)要有很深的了解；② 對OS原理要有較深入的了解；③ 對所使用的編譯器要有較深入的了解；④ 對需要移植的操作系統(tǒng)要有相當(dāng)?shù)牧私?；?對具體使用的芯片也要有

12、一定的了解。,4.2 移植問題,可重入函數(shù) void Swap(int *x, int *y) Swap（）{Temp = *x;*x = *y;*y = temp;} 任務(wù)堆棧的設(shè)計,,,,4.2 移植μC/OS-II步驟,OS_CPU.H（C語言頭文件）、 OS_CPU.C（C程序源文件） OS_CPU_A.ASM（匯編程序源文件）,4.2.1 OS_CPU.H,與編譯器無關(guān)的數(shù)據(jù)類型typedef

13、unsigned charINT8U；typedef signed char INT8S；…定義堆棧增長方向,4.2.1 OS_CPU.C,1、任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()2 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()3、……Hook()函數(shù),4.2.2 OS_CPU.S,1、OSSTartHighRdy()　運(yùn)行多任務(wù)起動前優(yōu)先級最高的任務(wù)2、

14、OSIntCtxSw() 任務(wù)級任務(wù)切換,5.1 移植后多任務(wù)函數(shù)總體設(shè)計,系統(tǒng)API函數(shù)編寫 通信協(xié)議的移植任務(wù)和中斷設(shè)計,,5.1.1 系統(tǒng)API函數(shù)編寫,按鍵控制 ZLG7290液晶顯示,,5.1.2 系統(tǒng)API函數(shù)編寫,外設(shè)驅(qū)動 UART、CAN總線控制器、I2C總線控制器及以太網(wǎng)控制芯片,5.2.1 μC/OS-II任務(wù)管理,μC/OS-II可以管理多達(dá)64個任務(wù) μC/OS-II操作系統(tǒng)中每

15、個任務(wù)均為一個無限循環(huán)　　　建立　掛起　就緒　運(yùn)行 μC/OS-II實(shí)時內(nèi)核提供多任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)間通信和同步等重要服務(wù)。,5.2.2具體任務(wù)劃分和管理,,5.3 modbus協(xié)議,,RTU方式主方發(fā)送報文,RTU方式從方應(yīng)答報文,,5. 小結(jié),把實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ和CAN現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在微機(jī)保護(hù)裝置的通信中，實(shí)現(xiàn)了異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、兼容多種通信協(xié)議的通信功能。多種通信接口 合理分配了各任務(wù)的優(yōu)先級、占用的硬件資源