嵌入式以太網(wǎng)的變電站間隔層保護系統(tǒng)研究
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底層驅(qū)動模塊：實現(xiàn)CAN總線、RS232、以太網(wǎng)的驅(qū)動。接口調(diào)用收發(fā)數(shù)據(jù)。
設(shè)備自檢模塊：檢測裝置的插入板、開關(guān)量板和模擬量板是否插入，由FPGA檢測后按雙口RAM的第一個字判斷，低8位表示開關(guān)量板，高8位表示模擬量板。
配置信息下載及存儲分區(qū)：將存儲空間合理分區(qū)，接收和存儲不同的配置信息以及轉(zhuǎn)發(fā)配置信息(界面ARM7)。分配存儲數(shù)據(jù)(定值、事件、錄波)的存儲地址空間(Flash)。
配置信息的解析模塊：創(chuàng)建所有的配置信息實體，讀取相應(yīng)配置信息(來自配置文件)為應(yīng)用程序提供實時調(diào)用接口。
數(shù)據(jù)映射模塊：根據(jù)數(shù)據(jù)映射信息將配置信息和實際運行數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，形成完整的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)，供應(yīng)用程序?qū)崟r調(diào)用。映射存儲數(shù)據(jù)(定值、事件、錄波)的存儲地址(Flash)。數(shù)據(jù)映射模塊中包含了眾多的消息隊列(使用VxWorks管理消息隊列)，從而實現(xiàn)了保護邏輯和其他通信平臺的交互。
配置信息解析模塊：將所有接收到的配置信息分類存儲，并將需要的配置信息傳送給各個芯片。
保護邏輯平臺：包括模擬量的采集、保護配置的解析、保護元件的運行、開關(guān)量邏輯、錄波模塊、事件產(chǎn)生模塊等。
61850和MMS通信模塊：運行61850服務(wù)，解析節(jié)點的配置信息，按映射標準返回映射數(shù)據(jù)以及配置信息。
通信協(xié)議封裝模塊：運行通信協(xié)議程序(除61850通信之外的協(xié)議，如公司協(xié)議)，根據(jù)不同物理連接和驅(qū)動對外連接通信。
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊層次，可以看出保護系統(tǒng)具有如下功能：數(shù)據(jù)采集功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、保護平臺功能、保護動作功能、錄波功能、調(diào)試功能、人機接口功能、計量功能和自檢功能。
3．2 實時任務(wù)優(yōu)先級設(shè)計
根據(jù)裝置功能設(shè)計了系統(tǒng)實時任務(wù)，其中有控制邏輯任務(wù)、保護邏輯任務(wù)、通信任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、打印任務(wù)等。
控制邏輯任務(wù)tControlLogic是保護裝置的最終目的，負責根據(jù)監(jiān)控結(jié)果作出保護動作。一旦被觸發(fā)，將立即執(zhí)行，直接發(fā)出信號或跳合斷路器。因此給它分配最高應(yīng)用任務(wù)優(yōu)先級100。它有3種觸發(fā)方式：保護邏輯任務(wù)發(fā)出的信號量、通信命令或鍵盤操作。
保護邏輯任務(wù)tProtectLogic是保護裝置的基本功能，也是控制邏輯的觸發(fā)源之一，占據(jù)第二優(yōu)先級105。它由數(shù)據(jù)采集任務(wù)觸發(fā)，隨后進行一次計算判斷過程，并依據(jù)判斷結(jié)果對開關(guān)量輸出和顯示等其他任務(wù)發(fā)出觸發(fā)信號量。
通信是微機保護裝置十分重要的任務(wù)，對于無人值守變電站，它是監(jiān)控人員獲取電網(wǎng)運行信息的唯一途徑。根據(jù)其重要性和對實時性的要求，應(yīng)設(shè)為較高優(yōu)先級以保證其響應(yīng)速度。VxWorks提供標準網(wǎng)絡(luò)套接字(socket)接口，網(wǎng)絡(luò)編程十分方便。在深入理解規(guī)約通信流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩個任務(wù)進行通信管理：tServe(優(yōu)先級為110)負責偵聽(listen)、接受(accept)、維護socket連接，對通信狀態(tài)進行實時監(jiān)控，保證遠方通信的可靠性；tProcess(優(yōu)先級為111)負責接收、解析、處理、回復報文，根據(jù)命令條目進行相應(yīng)操作，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、定值召喚、故障錄波召喚等功能。
數(shù)據(jù)采集映射的實時性是保護及時動作的保障，因此也必須具備較高的優(yōu)先級。創(chuàng)建任務(wù)tDataMap(優(yōu)先級為112)從雙口RAM中采集數(shù)據(jù)并結(jié)合配置信息進行數(shù)據(jù)映射，完成數(shù)據(jù)的分類識別、轉(zhuǎn)存、釋放信號量、啟動其他任務(wù)等工作。
人機交互任務(wù)tHMInteraction的優(yōu)先級次于通信任務(wù)和數(shù)據(jù)采集映射任務(wù)，定為120。它有3種觸發(fā)源：當保護動作時，由保護任務(wù)觸發(fā)而彈出動作信息；鍵盤操作觸發(fā)，查看和修改裝置參數(shù)；定時觸發(fā)，每隔一個固定時間執(zhí)行一次。
故障錄波功能要求錄波可靠、不遺漏、不錯錄，對于實時性要求并不高，定義其優(yōu)先級為140，比大部分任務(wù)的優(yōu)先級都低。數(shù)據(jù)采集任務(wù)獲得實時值后將報文轉(zhuǎn)存故障錄波任務(wù)tRccord緩沖區(qū)，同時釋放信號量啟動該任務(wù)，tRcord任務(wù)采用突變量等判據(jù)決定是否啟動錄波。故障錄波任務(wù)初始化時需要建立較大的循環(huán)緩沖區(qū)用于存放實時數(shù)據(jù)。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況適當配置該緩沖區(qū)的大小。波形文件以COMTR ADE格式保存于本地Flash文件系統(tǒng)中，空閑時供后臺召取。
自檢是微機保護裝置的必備功能，CPU空閑時應(yīng)該循環(huán)檢測裝置各部分是否運行正常。實際上，裝置很多功能都需要循環(huán)執(zhí)行，如看門狗維護、電表讀取、裝置對時等。所以創(chuàng)建一個循環(huán)執(zhí)行任務(wù)，由它發(fā)起自檢任務(wù)，自檢完成后自動結(jié)束。
打印任務(wù)優(yōu)先級最低，當需要打印時由鍵盤觸發(fā)。
其他部分功能執(zhí)行時間很短，不影響任務(wù)運行，故以函數(shù)調(diào)用形式完成，無需創(chuàng)建任務(wù)執(zhí)行。
3．3 任務(wù)間通信
各個任務(wù)間的通信主要發(fā)生在保護平臺任務(wù)和61850服務(wù)、生產(chǎn)設(shè)備公司的協(xié)議、打印任務(wù)間；配置信息接收任務(wù)相對于其他任務(wù)獨立，沒有需要交互的數(shù)據(jù)。任務(wù)間的通信和數(shù)據(jù)交互有2種途徑；共享數(shù)據(jù)區(qū)和消息隊列。
3．3．1 共享數(shù)據(jù)區(qū)
根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型劃分各自的共享數(shù)據(jù)區(qū)，例如模擬量數(shù)據(jù)區(qū)、開關(guān)量數(shù)據(jù)區(qū)、矢量數(shù)據(jù)區(qū)等。每個共享數(shù)據(jù)區(qū)都分為采集區(qū)、GOO SE數(shù)據(jù)區(qū)、61850 9-1數(shù)據(jù)區(qū)、61850 9-2數(shù)據(jù)區(qū)4個部分。
保護平臺向采集區(qū)存儲該裝置采集到的模擬或開關(guān)型數(shù)據(jù)信息。從GOOSE數(shù)據(jù)區(qū)、61850 9-1數(shù)據(jù)區(qū)、61850 9-2數(shù)據(jù)區(qū)獲取其他裝置傳來的數(shù)據(jù)信息。
GOOSE通信模塊將采集區(qū)的信息通過GOOSE協(xié)議傳送給其他裝置，將接收到的GOOSE數(shù)據(jù)存儲到GOOSE區(qū)。
61850 9-1通信模塊將采集區(qū)的信息通過61850 9-1協(xié)議傳送給其他裝置，將接收到的9-1類型數(shù)據(jù)存儲到61850 9-1區(qū)。
61850 9-2通信模塊將采集區(qū)的信息通過61850 9-2協(xié)議傳送給其他網(wǎng)絡(luò)，將接收到的9-2類型數(shù)據(jù)存儲到61850 9-2區(qū)。
3．3．2 消息隊列
根據(jù)任務(wù)問的通信要求，共定義了4個消息隊列：事件隊列、錄波隊列、操作隊列、打印隊列。事件隊列和錄波隊列是保護平臺向隊列中發(fā)送消息，61850服務(wù)、設(shè)備公司協(xié)議則從此類隊列中獲取消息；控制隊列的數(shù)據(jù)流向則相反，61850服務(wù)、設(shè)備公司協(xié)議向隊列中發(fā)送消息，保護平臺則從隊列中獲取消息；打印隊列是保護平臺和公司協(xié)議向隊列中發(fā)送消息，打印任務(wù)則從隊列中獲取消息。
結(jié)語
智能電網(wǎng)的提出必然要促進數(shù)字化變電站的快速發(fā)展和實現(xiàn)，在這個過程中，IEC 61850標準將在變電站的各個層面逐步全面實現(xiàn)。本文中高可靠、高穩(wěn)定、強實時性的良好的軟件設(shè)計和符合國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的硬件設(shè)計，為傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站之間的順利過渡，推進產(chǎn)品編程開發(fā)手段的靈活性、標準化，以及提高產(chǎn)品互換性提供了一種解決方案。經(jīng)過實際測試，裝置產(chǎn)品滿足運行要求，且在進一步測試和優(yōu)化后記投入市場。本文引用地址：http://2s4d.com/article/149066.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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