嵌入式操作系统在智能馈线终端的应用研究.pdf

低压电器(2 0 0 8 N 0 2 3)通用低压电器篇配网自动化嵌入式操作系统在智能馈线终端的应用研究谢志远，刘欢，李林(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定0 7 1 0 0 3)摘要：讨论了，嵌入式系统在配电自动化远方终端中的应用情况，并探讨，操作系统；r C O S-1 I 的移植，及应用软件的整体设计思路和主要任务的详细流程。提出r 基谢志远(1 9 6 4 一)，于L P C 2 1 3 8 的智能馈线终端设计方案，该终端可实现故障判断、处理，并快速准确地将蚤，募i：研究方向故障区段定位，智能隔离故障区段并恢复健全区段的供电。为通信与信息系关键词：馈线终端；实时操作系统；嵌入式统。中图分类号：T M7 6交献标识码：A交童编号：1 0 0 1-5 5 3 l(2 0 0 8)2 3-0 0 3 2-0 3A p p l i c a t i o na n dR e s e a r c ho fE m b e d d e dS y s t e mi nF e e d e rT e r m i n a lU n i tX I EZ h i y u a n，L I UH u a n，L IU n(D e p a r t m e n to fE l e c t r o n i ca n dC o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g，N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y，B a o d i n g0 710 0 3，C h i n a)A b s t r a c t：T h ea p p l i c a t i o no fe m b e d d e ds y s t e mi na u t o m a t i o nd i s t r i b u t i o nt e r m i n a lw a sd i s c u s s e d，a l o n gw i t ht h et r a n s p l a n t i n go fp L C O S-I I，t h ed e s i g no ft h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ea n dt h ed e t a i l e df l q 掣e h a r to fm a i nt a s k T h ed e s i g ns c h e m eo ft h ei n t e l l i g e n tf e e d e rt e r m i n a lu n i t(n 1 U)b a s e do nL P C 2 1 3 8W a sp r o p o s e d T h i s 刑c a nj u d g ea n dd i s p o s ef a u l t s，q u i c k l ya c c u r a t e l yl o c a t ea n dt h e ni s o l a t et h ef a u l ts e c t i o n，r e c o v e rt h ep o w e rs u p p l yi nu n f a u h e ds e c t i o n si n t e l l i g e n t l y K e yw o r d s：f e e d e rt e r m i n a lu n i t(r r u)；r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m；e m b e d d e d0引言配电自动化远方终端是配电自动化系统的基础设备，是配电变压器远方终端、馈线远方终端和中压监控单元等几种设备的统称。这几种设备除少数高端功能不同外，其余功能均大致相似，主要包括数据采集与处理、监控、保护和远方通信等。F T r u 是一种实时性很强的嵌入式系统，正常情况下它负责采集相应设备的运行情况，如电压、电流的数值以及开关的分合状态等，并将上述信息通过通信网络传向远方的配电自动化主站，同时还可根据主站下发的命令进行远方操作。在配电网发生故障时，丌u 还要完成故障检测、记录故障参数和微机保护等功能。本文设计的智能式馈线自动化系统中，采用P h i l i p s 公司的L P C 2 1 3 8 作为核心处理器，配合C A N 总线完成了智能馈线终端的研究与设计。1I 比C O S 一的移植1 1 移植的前提条件(1)处理器的C 编译器能产生可莆人代码。(2)用C 语言就可以打开和关闭中断。(3)处理器支持中断，并且能产生定时中断(通常在1 0 1 0 0H z)。(4)处理器支持能够容纳一定量数据(跟最大任务数有关)的硬件堆栈。(5)处理器有将堆栈指针和其他C P U 寄存器凄出和存储到堆栈或内存中的指令。+刘欢(1 9 8 2 一)，女，硕士研究生，研究方向为信号与信息处理。李林(1 9 8 2 一)，男，硕士研究生研究方向为机械制造及其自动化。3 2 万方数据配网自动化低压电器(2 8 2 3)通用低压电器篇1 2 移植的内容移植规划；编写L P C 2 1 3 8 启动代码；用#d e f i n e 设置一个常量的值(O S C P U H)；声明1 0 个数据类型(O S C P U H)；用#d e f i n e 声明3 个宏(O S C P U H)；用C 语言编写6 个简单的函数和4 个汇编语言函数(O S C P U _ C C)。1 3 开发工具广州周立功单片机发展有限公司的L P C 2 0 0 0系列E a s y J T A G 仿真器和L P C 2 1 3 8 系列开发板，美国A R M 公司的A R M 核处理器集成开发环境A D S I 2，L P C 2 1 3 8 芯片。2应用软件2 1 整体设计思路根据丌u 应完成的功能将应用软件划分为l o 个用户任务和4 个I S R，按照任务的重要性和是否具有硬实时性来分配优先级，优先级数值越低，任务的优先级越高。所有给任务分配的优先级都是在用户自定义头文件中用宏来定义的。由于保护处理任务需要进行F F T 运算，需大量的局部变量空间，故该任务堆栈非常大，为20 4 8B y t e，其余任务均为1 2 8B)r t e。所有任务的编号、名称和功能描述如表1 所示。2 2 任务的介绍任务其实就是一个简单的无限循环的程序，该程序可认为C P U 完伞只属于它自己。在循环中必须调用延时或等待邮箱消息等函数，以便将C P U 控制权交给其他的任务。3故障区段定位及隔离3 1 故障区段定位设计中把由分段开关划分的线路区段作为一个操作单元【3J，在每个分段开关处装设智能馈线终端，在检测到线路故障时，各f T r u 实时通过网络向同一条线路上的其他刑发出自己检测到的故障信息，经过信息共享便可确定故障区段和恢复供电。如图l 所示，在一条线路的各分段开关处分别装设刑，在线路发生故障后，各F T u 检测到的故障方向可能会不同，但相邻刑之间信息共享便可将故障定位在某一个区段内。假设分段开表l 各任务编号、名称和功能描述编号簧柔优先级堆栈B 任务描述图1 故障区段定位举例关2 和3 之间发生接地故障，订U。和刑：、刑3和F T I U。分别检测到相同方向的故障电流，丌u。根据自身检测到的故障信息刑：共享的故障信息就可以判定故障区域在分段开关1 和分段开关2 之外，刖：根据自身检测的故障信息和兀U，共享的故障信息可以判定故障区域在分段开关2和3 之间，即将故障区段定位在分段开关2 和3之间。这样便可以通过分段开关将故障区域隔离一3 3 万方数据低压电器(2 0 0 8 蚴)通用低压电器篇配网自动化开来，保证非故障区域的正常供电HJ。3 2 屏蔽与隔离利用隔离减少电路之间的电气联系可有效地减少干扰的相互耦合，交流量通过变压器隔离，输入输出开关量等通过光电耦合器、继电器隔离，保证弱电设备与外界没有直接的电气上的联系。3 3 滤波、浪涌抑制滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施，其基本作用是选择有效信号和抑制干扰，在终端的电源线、数据线上加铁氧体磁珠作为吸收型滤波器，可有效抑制电快速瞬变脉冲产生的干扰”1。利用压敏电阻可有效地抑制浪涌，在馈线终端的输入端并联压敏电阻，在遭受感应雷击等产生的浪涌电压时，通过压敏电阻泄流，施加在装置上的电压由于压敏电阻的限制将会很小，达到抑制浪涌的目的。3 4 接地采用正确、合理的接地形式是抑制干扰的主要方法，包括：装置外壳的接大地要求；装置内部的数字地、模拟地、屏蔽地、功率地等。4 结语耵U 实际上是一种非常典型的嵌入式系统，将I 出C O S-1 1 引入该系统中是本产品的一大特色。实测证明，采用斗C O S I I 大大提高了系统的实时性，特别是提高了遥信处理和保护处理等较高优先级任务的响应速度。在满足系统对实时性的整体要求的基础上。弘C O S I I 所采用的基于优先级的调度策略可最大限度地满足最关键的任务，如遥信变位处理的响应时间远少于部颁标准。同时以灿C O S 1 1 作为整个软件体系的基础，非常方便应用软件的模块化设计。各个任务之间除通过斗C O S 一1 I 提供的函数进行通信外，没有其他的联系途径，这种松耦合结构提高了整个软件的可靠性。本文利用A R M 强大的处理能力和丰富的内部资源，实现了基于A R M 的智能馈线终端的设计开发。可实时监测配网正常运行时的状态，在配网发生故障时，可实现故障的智能处理，并通过一系列抗干扰性设计提高了馈线终端的抗干扰能力，保障了馈线终端运行的可靠性。【参考文献】1 任哲，潘树林，房红征嵌入式操作系统基础p L c O s 一和L i n u x M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 6 2 周立功，张华深入浅出A R M 7-L P C 2 1 3 X 2 1 4 X M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 5 3 S T A S Z E S K YDM U s eo fV i r t u a lA g e n t st oE f f e c tI n t e l l i g e n tD i s t r i b u t i o nA u t o m a t i o n C P o w e rE n s l n e e r i n gS o c i e t yG e n e r a lM e e t i n g，2 0 0 6(6)：1 8-2 2 4】王祥，张太勤基于C A N 总线的配电自动化系统研究 J 广西工学院学报，2 0 0 3，1 4(3)：3 7-3 9 5 梁志成，傅静波，李富同，等微机保护装置的电快速瞬变脉冲群抗扰度研究 J 电力系统自动化，2 0 0 3，2 7(1 1)：6 5-6 8 收稿日期：2 0 0 8-0 7 1 4(上接第2 5 页)要明确干扰源、切断耦合途径和降低装置本身的敏感度。防止干扰最重要的是采取抗干扰措施，采用正确、合理的接地形式是抑止干扰的主要方法 5 1。对模拟量输入、开关量输入和输出、数字量输出采用屏蔽与隔离对策。将A D C 放置在内层屏蔽箱内，并使之尽量远离干扰源和与干扰源有联系的部分。通过对主用设备加上备用设备，并根据故障程度进行切换，防止故障进一步扩大，实现了系统-的正常运行。并采取相应的抗干扰措施，使系统运行时的可靠性得到了改善和提高。3 4【参考文献】陈德桂低压电弧故障断路器一种新型低压保护电器 J 低压电器，2 0 0 7(7)：7-9 刘帼巾，陆俭国，赵靖英接触器式继电器的可靠性验证试验抽样方案的研究 J 中国电机工程学报，2 0 0 7，2 7(2 1)：4 3 舶黄伟，查智嵌入式系统在微机继电保护中的应用 J 继电器，2 0 0 7，3 5(1 3)：1 1-1 4 蔡宗平，汤正平，王跃钢，等控制系统故障诊断浅析 J 电光与控制，2 0 0 7，1 4(4)：1 9-2 5，2 6 陶丁炉，苏永辉，许先灶一种智能电动机管理中心 J 低压电器，2 0 0 7(1 1)：5 6-5 9 收稿日期：2 0 0 8 0 4 1 41 J1 J1 J1 J1 Jn心口Hb 万方数据嵌入式操作系统在智能馈线终端的应用研究嵌入式操作系统在智能馈线终端的应用研究作者：谢志远，刘欢，李林，XIE Zhi-yuan，LIU Huan，LI Lin作者单位：华北电力大学,电子与通信工程系,河北,保定,071003刊名：低压电器英文刊名：LOW VOLTAGE APPARATUS年，卷(期)：2008(23)参考文献(5条)参考文献(5条)1.王祥;张太勤 基于CAN总线的配电自动化系统研究期刊论文-广西工学院学报 2003(03)2.STASZESKY D M Use of Virtual Agents to Effect Intelligent Distribution Automation 20063.周立功;张华 深入浅出ARM7-LPC213X/214X 20054.任哲;潘树林;房红征 嵌入式操作系统基础C/OS-和Linux 20065.梁志成;傅静波;李富同 微机保护装置的电快速瞬变脉冲群抗扰度研究期刊论文-电力系统自动化 2003(11)本文链接：http:/