嵌入式以太網(wǎng)的變電站間隔層保護(hù)系統(tǒng)研究
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底層驅(qū)動(dòng)模塊：實(shí)現(xiàn)CAN總線、RS232、以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)。接口調(diào)用收發(fā)數(shù)據(jù)。
設(shè)備自檢模塊：檢測(cè)裝置的插入板、開(kāi)關(guān)量板和模擬量板是否插入，由FPGA檢測(cè)后按雙口RAM的第一個(gè)字判斷，低8位表示開(kāi)關(guān)量板，高8位表示模擬量板。
配置信息下載及存儲(chǔ)分區(qū)：將存儲(chǔ)空間合理分區(qū)，接收和存儲(chǔ)不同的配置信息以及轉(zhuǎn)發(fā)配置信息(界面ARM7)。分配存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(定值、事件、錄波)的存儲(chǔ)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(shí)體，讀取相應(yīng)配置信息(來(lái)自配置文件)為應(yīng)用程序提供實(shí)時(shí)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(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，形成完整的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)，供應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)調(diào)用。映射存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(定值、事件、錄波)的存儲(chǔ)地址(Flash)。數(shù)據(jù)映射模塊中包含了眾多的消息隊(duì)列(使用VxWorks管理消息隊(duì)列)，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)邏輯和其他通信平臺(tái)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(chǔ)，并將需要的配置信息傳送給各個(gè)芯片。
保護(hù)邏輯平臺(tái)：包括模擬量的采集、保護(hù)配置的解析、保護(hù)元件的運(yùn)行、開(kāi)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(yùn)行61850服務(wù)，解析節(jié)點(diǎn)的配置信息，按映射標(biāo)準(zhǔn)返回映射數(shù)據(jù)以及配置信息。
通信協(xié)議封裝模塊：運(yùn)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(dòng)對(duì)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(hù)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(hù)平臺(tái)功能、保護(hù)動(dòng)作功能、錄波功能、調(diào)試功能、人機(jī)接口功能、計(jì)量功能和自檢功能。
3．2 實(shí)時(shí)任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)
根據(jù)裝置功能設(shè)計(jì)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)，其中有控制邏輯任務(wù)、保護(hù)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(hù)裝置的最終目的，負(fù)責(zé)根據(jù)監(jiān)控結(jié)果作出保護(hù)動(dòng)作。一旦被觸發(fā)，將立即執(zhí)行，直接發(fā)出信號(hào)或跳合斷路器。因此給它分配最高應(yīng)用任務(wù)優(yōu)先級(jí)100。它有3種觸發(fā)方式：保護(hù)邏輯任務(wù)發(fā)出的信號(hào)量、通信命令或鍵盤操作。
保護(hù)邏輯任務(wù)tProtectLogic是保護(hù)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(jí)105。它由數(shù)據(jù)采集任務(wù)觸發(fā)，隨后進(jìn)行一次計(jì)算判斷過(guò)程，并依據(jù)判斷結(jié)果對(duì)開(kāi)關(guān)量輸出和顯示等其他任務(wù)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)量。
通信是微機(jī)保護(hù)裝置十分重要的任務(wù)，對(duì)于無(wú)人值守變電站，它是監(jiān)控人員獲取電網(wǎng)運(yùn)行信息的唯一途徑。根據(jù)其重要性和對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，應(yīng)設(shè)為較高優(yōu)先級(jí)以保證其響應(yīng)速度。VxWorks提供標(biāo)準(zhǔn)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(jì)了兩個(gè)任務(wù)進(jìn)行通信管理：tServe(優(yōu)先級(jí)為110)負(fù)責(zé)偵聽(tīng)(listen)、接受(accept)、維護(hù)socket連接，對(duì)通信狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證遠(yuǎn)方通信的可靠性；tProcess(優(yōu)先級(jí)為111)負(fù)責(zé)接收、解析、處理、回復(fù)報(bào)文，根據(jù)命令條目進(jìn)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、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(shí)時(shí)性是保護(hù)及時(shí)動(dòng)作的保障，因此也必須具備較高的優(yōu)先級(jí)。創(chuàng)建任務(wù)tDataMap(優(yōu)先級(jí)為112)從雙口RAM中采集數(shù)據(jù)并結(jié)合配置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)映射，完成數(shù)據(jù)的分類識(shí)別、轉(zhuǎn)存、釋放信號(hào)量、啟動(dòng)其他任務(wù)等工作。
人機(jī)交互任務(wù)tHMInteraction的優(yōu)先級(jí)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(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，由保護(hù)任務(wù)觸發(fā)而彈出動(dòng)作信息；鍵盤操作觸發(fā)，查看和修改裝置參數(shù)；定時(shí)觸發(fā)，每隔一個(gè)固定時(shí)間執(zhí)行一次。
故障錄波功能要求錄波可靠、不遺漏、不錯(cuò)錄，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求并不高，定義其優(yōu)先級(jí)為140，比大部分任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都低。數(shù)據(jù)采集任務(wù)獲得實(shí)時(shí)值后將報(bào)文轉(zhuǎn)存故障錄波任務(wù)tRccord緩沖區(qū)，同時(shí)釋放信號(hào)量啟動(dòng)該任務(wù)，tRcord任務(wù)采用突變量等判據(jù)決定是否啟動(dòng)錄波。故障錄波任務(wù)初始化時(shí)需要建立較大的循環(huán)緩沖區(qū)用于存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的使用情況適當(dāng)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(shí)供后臺(tái)召取。
自檢是微機(jī)保護(hù)裝置的必備功能，CPU空閑時(shí)應(yīng)該循環(huán)檢測(cè)裝置各部分是否運(yùn)行正常。實(shí)際上，裝置很多功能都需要循環(huán)執(zhí)行，如看門狗維護(hù)、電表讀取、裝置對(duì)時(shí)等。所以創(chuàng)建一個(gè)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(dòng)結(jié)束。
打印任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低，當(dāng)需要打印時(shí)由鍵盤觸發(fā)。
其他部分功能執(zhí)行時(shí)間很短，不影響任務(wù)運(yùn)行，故以函數(shù)調(diào)用形式完成，無(wú)需創(chuàng)建任務(wù)執(zhí)行。
3．3 任務(wù)間通信
各個(gè)任務(wù)間的通信主要發(fā)生在保護(hù)平臺(tái)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(duì)于其他任務(wù)獨(dú)立，沒(méi)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(duì)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(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)區(qū)、矢量數(shù)據(jù)區(qū)等。每個(gè)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(gè)部分。
保護(hù)平臺(tái)向采集區(qū)存儲(chǔ)該裝置采集到的模擬或開(kāi)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(lái)的數(shù)據(jù)信息。
GOOSE通信模塊將采集區(qū)的信息通過(guò)GOOSE協(xié)議傳送給其他裝置，將接收到的GOOSE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到GOOSE區(qū)。
61850 9-1通信模塊將采集區(qū)的信息通過(guò)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(chǔ)到61850 9-1區(qū)。
61850 9-2通信模塊將采集區(qū)的信息通過(guò)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(chǔ)到61850 9-2區(qū)。
3．3．2 消息隊(duì)列
根據(jù)任務(wù)問(wèn)的通信要求，共定義了4個(gè)消息隊(duì)列：事件隊(duì)列、錄波隊(duì)列、操作隊(duì)列、打印隊(duì)列。事件隊(duì)列和錄波隊(duì)列是保護(hù)平臺(tái)向隊(duì)列中發(fā)送消息，61850服務(wù)、設(shè)備公司協(xié)議則從此類隊(duì)列中獲取消息；控制隊(duì)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(duì)列中發(fā)送消息，保護(hù)平臺(tái)則從隊(duì)列中獲取消息；打印隊(duì)列是保護(hù)平臺(tái)和公司協(xié)議向隊(duì)列中發(fā)送消息，打印任務(wù)則從隊(duì)列中獲取消息。
結(jié)語(yǔ)
智能電網(wǎng)的提出必然要促進(jìn)數(shù)字化變電站的快速發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程中，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將在變電站的各個(gè)層面逐步全面實(shí)現(xiàn)。本文中高可靠、高穩(wěn)定、強(qiáng)實(shí)時(shí)性的良好的軟件設(shè)計(jì)和符合國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的硬件設(shè)計(jì)，為傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站之間的順利過(guò)渡，推進(jìn)產(chǎn)品編程開(kāi)發(fā)手段的靈活性、標(biāo)準(zhǔn)化，以及提高產(chǎn)品互換性提供了一種解決方案。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，裝置產(chǎn)品滿足運(yùn)行要求，且在進(jìn)一步測(cè)試和優(yōu)化后記投入市場(chǎng)。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/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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