雙高嵌入式工控機(jī)平臺(tái)在工業(yè)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

保證高度可靠性，提高運(yùn)行性能，同時(shí)還能靈活應(yīng)用和便于擴(kuò)展是電力系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要采用兩種平臺(tái)：專用結(jié)構(gòu)平臺(tái)和通用工控平臺(tái)。前者主要采用8051，80C196等單片機(jī)作主CPU，以RS—485，CAN和LonWorks作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，大多采用單板或自定義的小總線，有較強(qiáng)的針對(duì)性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，整體性能和可靠性較高，但存在著通用性、可擴(kuò)充性以及系統(tǒng)升級(jí)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(jī)、工業(yè)PC和PC104等總線，結(jié)構(gòu)通用性、可擴(kuò)充性較好，也易于系統(tǒng)的升級(jí)，但是由于采用通用結(jié)構(gòu)，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(kuò)充性，適合電力系統(tǒng)的工控機(jī)平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化插件結(jié)構(gòu)，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(wǎng)絡(luò)為核心的主控板及高性能、功能獨(dú)立的智能I/O。目前已在一些保護(hù)監(jiān)控方面開始應(yīng)用。

1　模塊化插件結(jié)構(gòu)

從“開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組合設(shè)計(jì)方法”的思想來(lái)看，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍采用模塊化的插件結(jié)構(gòu)，模板之間采用總線結(jié)構(gòu)連接是一種較好的方法，利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級(jí)。

1.1　插件結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)中信號(hào)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(shí)要求I/O接口從模板后端引出,前模板主要是人機(jī)接口，如液晶接口和小鍵盤接口，使用通用的STD或PC總線結(jié)構(gòu)的工控機(jī)都很難滿足此要求。因此插件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)VME雙高尺寸，機(jī)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(jié)構(gòu)框圖

1.2　總線

采用插件結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，廣泛使用標(biāo)準(zhǔn)并行底板總線。它能以簡(jiǎn)單的硬件支持高速數(shù)據(jù)傳輸和處理，并使整個(gè)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(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，插針方式比“金手指”方式接觸更可靠，特別是在對(duì)可靠性要求較高的惡劣環(huán)境中，插針整個(gè)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(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)ISA定義。ISA是最適合80X86的總線。對(duì)于采用80X86的系統(tǒng)，只需加上總線驅(qū)動(dòng)芯片就可基本滿足目前ISA的要求，同時(shí)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(jià)格也比較適宜。1.3　功能的獨(dú)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(qū)動(dòng)芯片將三總線和板外總線隔離，減少模板間的干擾。

整個(gè)系統(tǒng)可分為事務(wù)性模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊。事務(wù)性模塊由80X86和LonWorks網(wǎng)絡(luò)主控CPU完成：處理網(wǎng)絡(luò)操作，協(xié)議轉(zhuǎn)換;人機(jī)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(chǔ)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(wù)性操作；還可操作一些開關(guān)量輸入和輸出，以彌補(bǔ)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(fù)著模擬量的采集、處理及一些重要的出口控制功能。一個(gè)系統(tǒng)中可以有多塊數(shù)據(jù)采集處理模塊。因此事務(wù)性處理模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊以及由事務(wù)性處理模塊控制的開入/開出，可有效實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的分散控制和集中管理。

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

功能的獨(dú)立性可根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模靈活配置，事務(wù)性處理較少的系統(tǒng)可以V40為主控模塊，事務(wù)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(jí)兼容，在其他模塊中C語(yǔ)言級(jí)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(yùn)行的特點(diǎn)，采用無(wú)中心控制模式，使控制節(jié)點(diǎn)盡量靠近被控設(shè)備。變電站層和單元層可以都使用統(tǒng)一的LonWorks網(wǎng)絡(luò)，采用相同的通信協(xié)議。