变电站智能电子设备通信和人机交互系统.ppt
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1、变电站智能电子设备通信和人机交互系统报告内容:1.课题的背景与意义 2.新硬件平台的设计方案与实现 3.嵌入式操作系统特点 4.操作系统的移植 5.基于新硬件平台的软件设计 6.小结1.课题的背景与意义 1.1 课题的背景和意义 1.2 微机保护装置的发展 1.3 论文设计的目标和要求 1.4 论文准备情况1.1 课题的背景和意义(1)变电站综合自动化的发展微机装置是构成变电站综合自动化的重要内容,使用高性能的微机装置具有如下优越性:n提高供电质量和电压合格率 n保障变电站安全、可靠运行 n提高电力系统的运行、管理水平 n实现变电站信息共享,可以减少总投资n减少维护工作量,减少值班员劳动,实现
2、减人增效 1.1 课题的背景和意义(2)变电站综合自动化的特点:n由集中式向分散式发展,采用分层分布式结构n建立起了通信网络。变电站综合自动化对微机保护装置的新要求:n 需要具有更强大的通信功能(双网,通信速度快,信息量大)n 需要具有更高的可靠性和抗干扰能力n 需要更加完善的保护功能1.2 微机保护装置的发展目前微机装置存在的问题n目前国内各种微机保护装置在可靠性上或多或少都还存在着一定的问题n故障信息量少n保护相对孤立n没有统一的通讯标准和规范nCPU多为8位和16位微处理器,运算速度较慢,资源较少1.3 论文设计的目标和要求设计一套高性能的微机装置人机交互和通讯系统n适用于多种保护装置n
3、具有较高的可靠性n可以提高通讯的信息量和速度n能够支持电力系统无缝通讯1.4 论文准备情况广泛阅读变电站综合自动化和微机保护的各类文献,掌握国内外微机保护监控综合装置的现状。熟悉嵌入式操作系统uC/OS在新硬件平台上设计了人机交互软件2.硬件平台的设计2.1 硬件平台2.2 通信接口的设计2.3 硬件总体结构设计2.1 硬件平台微处理器是微机保护装置的核心,微处理器性能的好坏在很大程度上决定了微机保护装置性能的优劣。系统的工作频率在一定程度上决定了微处理器的运算速度。32位微处理器可以提供更加丰富的资源,是微处理器未来发展的趋势。2.1.1 LPC2294微处理器的特点采用32位RISC结构A
4、RM7-TDMI核具有可加密特性具有较大的片内存储器(16k字节SRAM和256k字节FLASH)具有丰富的中断源(最多可允许32个中断请求输入)集成了UART、SPI、I2C等串行接口集成了定时器、看门狗、PWM、ADC等具有多个GPIO2.2 通信接口的设计双CAN总线接口n现场总线具有可靠性高、稳定性好抗干扰能力强、通信速率快、造价低、维护方便的的特点。目前,多数变电站都具有现场总线网络。nCAN是一种具有很高可靠性,支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络,是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。它能够检测出产生的任何错误,并且具有很高的位传输速率和抗电磁干扰的特性。nCAN总线接口采用P
5、hilips公司的LPC2294微处理器集成的CAN控制器。2.2 通信接口的设计RS-485总线接口n与变电站中部分设备(如直流屏等)通信。n与其他厂家生产带RS-485接口的智能模块通信。nRS-485总线接口采用MAXIM公司的MAX232芯片实现。2.3 硬件总体结构设计硬件总体结构分为:n主机模块(包含测量单元和保护单元)n人机交互模块n信号和出口模块n开入模块n交流电量转换模块n电源模块2.3 硬件的设计人机交互模块故障指示、键盘处理、液晶显示、各种保护功能的投退以及外部通信。外部通信:双以态网接口、双CAN网接口和RS-485接口2.3 硬件的设计人机交互模块在人机交互模块中,利
6、用LPC2294内部的CAN控制器和Philips公司生产的CAN接口芯片PCA82C250实现CAN通信网络;3 嵌入式简介 3.1 嵌入式微处理器 3.2 操作系统特点 3.3 C/OS-操作系操作系统简统简介介3.1 嵌入式微处理器(1)ARM7TDMI处理器是ARM7处理器系列成员之一,ARM7TDMI含义如下:ARM7:32位整数核的3V兼容的版本;T:16位压缩指令集Thumb;D:在片调试(debug)支持,允许处理器响应调试请求暂停;M:增强型乘法器,产生全64位结果;I:嵌入式ICE硬件提供片上断点和调试点支持。3.1 嵌入式微处理器(2)3.2 嵌入式系统特点 运行在嵌入式
7、硬件平台上,对整个系统及所操作的部件,装置等资源进行同一协调,指挥和控制的系统软件。嵌入式系统应用软件嵌入式操作系统嵌入式系统硬件3.3 C/OS-操作系操作系统简统简介介 源代码全部公开 可移植性 可剪裁 占先式多任务 可确定性 中断管理 稳定性与可靠性。3.3 C/OS-操作系统任务1任务2任务3一般任务系统中,程序循环的周期不确定,通过实时多任务系统对所有任务的调度管理,解决单任务系统中难以处理的实时性差的问题。将系统所要实现的功能细化为儿个核心任务,将系统的几个任务按其优先级从高到低执行。uC/OS-II控制下的任务可以分为休眠态、就绪态、运行态、中断态和挂起态。4 C/OS-的移植
8、4.1 4.1 嵌入式系统移植问题嵌入式系统移植问题 4.2 4.2 移植移植C/OS-II步骤步骤 4.14.1移植条件移植条件 对目标体系结构要有很深的了解;对OS原理要有较深入的了解;对所使用的编译器要有较深入的了解;对需要移植的操作系统要有相当的了解;对具体使用的芯片也要有一定的了解。4.2 4.2 移植问题移植问题 可重入函数 void Swap(int*x,int*y)Swap()Temp=*x;*x=*y;*y=temp;任务堆栈的设计 4.2 4.2 移植移植C/OS-II步骤步骤OS_CPU.H(C语言头文件)、OS_CPU.C(C程序源文件)OS_CPU_A.ASM(汇编程
9、序源文件)4.2.1 OS_CPU.H与编译器无关的数据类型typedef unsigned char INT8U;typedef signed char INT8S;定义堆栈增长方向 4.2.1 OS_CPU.C1、任务堆栈初始化函数OSTaskStkInit()2 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()3、Hook()函数4.2.2 OS_CPU.S1、OSSTartHighRdy()运行多任务起动前优先级最高的任务2、OSIntCtxSw()任务级任务切换5.1 移植后多任务函数总体设计系统API函数编写 通信协议的移植任务和中断设计5.1.1 系统
10、API函数编写 按键控制按键控制 ZLG7290液晶显示液晶显示 5.1.2 系统API函数编写 外设驱动外设驱动 UART、CAN总线控制器、I2C总线控制器及以太网控制芯片 5.2.1 C/OS-II任务管理任务管理 C/OS-II可以管理多达64个任务 C/OS-II操作系统中每个任务均为一个无限循环建立挂起就绪运行 C/OS-II实时内核提供多任务管理、时间管理、任务间通信和同步等重要服务。具体任务划分和管理具体任务划分和管理编号任务名称优先级堆栈容量任务描述任务描述1按键响应864字节完成按键响应2装置内部通信10128字节处理与保护和监控模块通信数据3告警/保护信息处理12128字
11、节显示和保存告警/保护信息4RS485对外通信14512字节接收/发送RS485对外通信数据5CAN总线通信16512字节处理CAN总线通信数据6以太网通信1-618-231024字节处理以太网通信数据7液晶显示24128字节循环显示实时电量8空闲任务(非系统)26128字节在空闲状态下维持必需工作5.3 modbus协议RTU方式主方发送报文从方地址功能码数据起始地址数据量冗余校验BYTEBYTEMSBLSBMSBLSBMSBLSBRTU方式从方应答报文从方地址功能码字节量数据1数据n冗余校验BYTEBYTEBYTEMSBLSBMSBLSBMSBLSB功能码MODBUS协议的定义微机保护装置
12、的重定义0 x01读取内部数字量保持线圈状态读取保护配置状态和自检信息0 x02读取外部数字量线圈、继电器状态读取开入量状态0 x03读取内部模拟量保持寄存器内容读取保护定值数据0 x04读取外部输入模拟量存储器内容读取交流电量数据0 x05设置单一内部数字量保持线圈状态修改保护配置0 x06设置单一内部模拟量保持存储器内容修改保护定值0 x07读取内部特定线圈状态读取特定地址数据0 x08通信系统自诊断测试通信自诊断测试0 x0F设置一组内部数字量保持线圈状态修改一组保护配置0 x10设置一组内部模拟量保持存储器内容修改一组保护定值5.小结把实时操作系统C/OS-和CAN现场总线技术应用在微
13、机保护装置的通信中,实现了异种网络互联、兼容多种通信协议的通信功能。多种通信接口 合理分配了各任务的优先级、占用的硬件资源和系统资源 系统的软件设计与硬件相结合,充分发挥了硬件平台的高性能 6 菜单设计共有共有4级菜单,级菜单,12种不同界面,首先开机自检种不同界面,首先开机自检 感谢KUc3*3#zuN9!8qxuI9SmJJDzuNU6XzSvOd4TDq*AHQ#Tl-QC26LPjOaHxOnQ7%TcGP#ObNj!NA7nYCvvmEeJZtVGv1DqRri4+B*gWU2575Wss#E2QP1EnxK!12(i4wFzmZXUPAxV$wi(4-g(eq-Y!%8LT*$om
14、j7921t8yD-T0TV(WuCvDdjDNpWxv1ZS1W212ocM-*wmXYM3hDUJl5(rPBnCiPl#Z1j8juq$arhAANF-hTVpeW+-q4%jqi#rDOqPFBgt9UkU23usQ!bydWAx54&$TF2Yf(NTBp%9oXP&73X!FRuptJ)47aMEsxR(60s#psk$xHrS%4za!LLEnxIWhoUUXrpanqSm1vz&ZppNu5w3fnXFC4VBDIY*dqqs0ZT#9(o8r-ODl+RVf#+PFuN9XRjWHGuQt0rWHAgxYQrBtTl&RLd-s%C*XijxQ9k5QYE90+QKp-7CQ
15、OtT)&Lk%!Cp9k!E*TNlp%m0j94TJ$Wpk8dKf(Ufxj8BZnFX4gln8Yl1CCyzj-sRSZtPi12pGj)g*jVBgLOD1uhr7(Rive$dgSwhodnK$pfmBl-gBE0OTNherKXBo#ewlZTQbG9R9)6kmL1ZfsYs81s4&E(!1N&BxM&KL&0p!4YW8fTDU9jUvw(KCLsQ-dvU6N)eYR3*#64SNojO-L0ztnGQw*T3VI#byz2AAo4B-KJ$-(J45e8F7duGD)*N%2oUGHdbmM2UoLSrCiQYjH5loq$Ux)W2k1lo!BkNk5ex1WaP-
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