雙高嵌入式工控機平臺在工業(yè)電力系統(tǒng)中的應用

保證高度可靠性，提高運行性能，同時還能靈活應用和便于擴展是電力系統(tǒng)微機監(jiān)控設計的關鍵。在傳統(tǒng)的設計中，主要采用兩種平臺：專用結構平臺和通用工控平臺。前者主要采用8051，80C196等單片機作主CPU，以RS—485，CAN和LonWorks作為數(shù)據(jù)通信網絡，大多采用單板或自定義的小總線，有較強的針對性，系統(tǒng)結構緊湊，整體性能和可靠性較高，但存在著通用性、可擴充性以及系統(tǒng)升級等方面的不足。后者通常采用目前廣泛使用的STD總線工控機、工業(yè)PC和PC104等總線，結構通用性、可擴充性較好，也易于系統(tǒng)的升級，但是由于采用通用結構，使系統(tǒng)有較多的冗余，總線的“金手指”、過多的插件和扁平電纜也降低了系統(tǒng)的可靠性。

為此，北京康拓工業(yè)電腦公司開發(fā)出能滿足高可靠性、高性能，又有較好通用性和可擴充性，適合電力系統(tǒng)的工控機平臺。整個系統(tǒng)采用模塊化插件結構，模板之間通過可靠的并行總線互聯(lián);系統(tǒng)包括以80X86和LonWorks網絡為核心的主控板及高性能、功能獨立的智能I/O。目前已在一些保護監(jiān)控方面開始應用。

1　模塊化插件結構

從“開放式系統(tǒng)結構和組合設計方法”的思想來看，系統(tǒng)的設計仍采用模塊化的插件結構，模板之間采用總線結構連接是一種較好的方法，利于系統(tǒng)的擴展和升級。

1.1　插件結構

電力系統(tǒng)中信號線與I/O模板的連接一般采用繞接的方式，如歐式48芯繞接頭;同時要求I/O接口從模板后端引出,前模板主要是人機接口，如液晶接口和小鍵盤接口，使用通用的STD或PC總線結構的工控機都很難滿足此要求。因此插件結構的設計，采用標準VME雙高尺寸，機箱是6U高度，上半部分是I/O總線，直接給出繞接方式的接口，下半部分是數(shù)據(jù)、地址和控制三總線(見圖1)。

圖1　模板結構框圖

1.2　總線

采用插件結構的系統(tǒng)，廣泛使用標準并行底板總線。它能以簡單的硬件支持高速數(shù)據(jù)傳輸和處理，并使整個系統(tǒng)具備較高的兼容性及靈活的配置。

采用96芯歐式針孔結構。實踐證明，插針方式比“金手指”方式接觸更可靠，特別是在對可靠性要求較高的惡劣環(huán)境中，插針整個包在插座里，與外界環(huán)境隔離，更能抵御惡劣環(huán)境的影響。

信號采用標準ISA定義。ISA是最適合80X86的總線。對于采用80X86的系統(tǒng)，只需加上總線驅動芯片就可基本滿足目前ISA的要求，同時也可以最大限度地利用目前與80X86配套的芯片，顯然這些芯片的價格也比較適宜。1.3　功能的獨立性

模塊之間通過總線互聯(lián)，模板和總線之間通過總線驅動芯片將三總線和板外總線隔離，減少模板間的干擾。

整個系統(tǒng)可分為事務性模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊。事務性模塊由80X86和LonWorks網絡主控CPU完成：處理網絡操作，協(xié)議轉換;人機接口(如小鍵盤、液晶顯示);利用模板上的大規(guī)模非易失存儲單元，保存數(shù)據(jù)采集處理模塊上的數(shù)據(jù)；利用板上的日歷鐘、串行口等完成其他事務性操作；還可操作一些開關量輸入和輸出，以彌補數(shù)據(jù)采集處理模塊的開入、開出的不足。數(shù)據(jù)采集處理模塊主要是以DSP為核心的智能A/D，它肩負著模擬量的采集、處理及一些重要的出口控制功能。一個系統(tǒng)中可以有多塊數(shù)據(jù)采集處理模塊。因此事務性處理模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊以及由事務性處理模塊控制的開入/開出，可有效實現(xiàn)一個系統(tǒng)內的分散控制和集中管理。

系統(tǒng)功能的獨立性也標志著系統(tǒng)整體可靠性的提高。主CPU的功能獨立，智能A/D的功能獨立，所有的數(shù)據(jù)轉換通過雙口RAM實現(xiàn)，任何一者的非災難性的失效(如電源與地由于芯片擊穿而短路)，都不會造成其他模板失效。每個模塊獨立運行，使模板之間可以互相監(jiān)督。

功能的獨立性可根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模靈活配置，事務性處理較少的系統(tǒng)可以V40為主控模塊，事務性處理較多的可采用386EX，甚至是ST公司486PC。同樣數(shù)據(jù)采集處理模塊可選擇16路、32路、64路，甚至更多路模擬量輸入，可采用高性能如TMS320C32，低性能如TMS320F206，甚至是80C196。在所有同一類型的模塊中，除主CPU不同外，力求其他硬件功能模塊都保持一致，這樣可以使軟件在主控模塊中匯編級兼容，在其他模塊中C語言級兼容，方便用戶系統(tǒng)的移植。

2　智能通信

根據(jù)電力系統(tǒng)運行的特點，采用無中心控制模式，使控制節(jié)點盡量靠近被控設備。變電站層和單元層可以都使用統(tǒng)一的LonWorks網絡，采用相同的通信協(xié)議。