嵌入式系統(tǒng)在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用

引言

隨著電力系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，繼電保護(hù)裝置對軟、硬件提出了更高的要求。目前，微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的處理器一般采用高性能單片機(jī)、數(shù)字信號處理器DSP和可編程邏輯器件PLD等來提高處理器性能。但是，隨著繼電保護(hù)系統(tǒng)向多功能、智能化、可視化及網(wǎng)絡(luò)化方向的發(fā)展，這些芯片已經(jīng)不能完全滿足需求。因此，在設(shè)計(jì)新的微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，有必要選用高性能、低成本的新型處理器。近年來，ARM處理器憑借高性價(jià)比、低功耗等特點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。而此μC/OS-Ⅱ作為一種免費(fèi)的、性能卓越的嵌入式操作系統(tǒng)，為微機(jī)保護(hù)軟件提供了統(tǒng)一的開發(fā)平臺。本文結(jié)合工程實(shí)踐，對上述二者在微機(jī)繼電保護(hù)中的應(yīng)用作些討論。

1 微處理器與實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的選取

1.1 微處理器

微處理器選擇AT91RM9200，它是基于ARM920T內(nèi)核、ARM/Thumb指令集的完整片上系統(tǒng)，工作在180MHz頻率下其運(yùn)算速度可高達(dá)200 MIPS，集成了豐富的應(yīng)用外設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)接口。該處理器包括一個(gè)高速的片上SRAM工作區(qū)和一個(gè)低延遲的外部總線接口(EBI)，其內(nèi)置控制器可用于控制同步DRAM、突發(fā)訪問模式FLAsH存儲器和靜態(tài)存儲器;提供與SmartMedia、Compact Flash和NAND F1ash的接口，集成了USB2.0接口和媒體訪問控制器(MAC)，擴(kuò)展了外部器件應(yīng)用的種類，使開發(fā)出來的產(chǎn)品可以工作在網(wǎng)絡(luò)層，JTAG—ICE接口、UART通道(DBGU)和內(nèi)嵌實(shí)時(shí)跟蹤器提供的功能使受實(shí)時(shí)性限制的應(yīng)用成為可能，適合作為繼電保護(hù)裝置單片機(jī)解決方案的硬件平臺。

1.2 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)選擇此μC/OS-Ⅱ。早期這個(gè)系統(tǒng)叫做μC/OS-Ⅱ，是1992年編寫的嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，后經(jīng)過修改，1999才推出了μC/OS-Ⅱ，它符合RTCA DO-178B標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，有足夠的穩(wěn)定性和安全性。μC/OS-Ⅱ是用C語言和匯編語言編寫的。其中絕大部分代碼都是用C語言編寫的，只有極少部分與處理器相關(guān)的代碼是用匯編語言編寫的，只要稍加修改就可以把它移植到各類的嵌入式處理器上，因此可選擇作為繼電保護(hù)裝置的軟件開發(fā)平臺。

2 保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微機(jī)保護(hù)裝置將待保護(hù)系統(tǒng)送來的電流、電壓信號，經(jīng)電流、電壓互感器變換后產(chǎn)生低電壓信號送入主模板。主模板內(nèi)的AT91RM9200運(yùn)行片內(nèi)的保護(hù)軟件，進(jìn)行信號采樣，完成各種數(shù)值運(yùn)算、分析及處理，從而確定待保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如有故障，則由處理器經(jīng)模板發(fā)出跳閘動作信號，以保護(hù)系統(tǒng)。同時(shí)通過各種通信方式將保護(hù)動作信息送入管理模板和上位機(jī)，記錄和保存數(shù)據(jù)并報(bào)警。硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可分為電流互感器/電壓互感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換單元、開入/開出單元、人機(jī)交互單元、存儲器單元、對外通信單元及電源模塊等，硬件主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1硬件主體結(jié)構(gòu)圖