嵌入式以太網的變電站間隔層保護系統(tǒng)研究
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底層驅動模塊：實現(xiàn)CAN總線、RS232、以太網的驅動。接口調用收發(fā)數據。
設備自檢模塊：檢測裝置的插入板、開關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發(fā)配置信息(界面ARM7)。分配存儲數據(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，讀取相應配置信息(來自配置文件)為應用程序提供實時調用接口。
數據映射模塊：根據數據映射信息將配置信息和實際運行數據聯(lián)系起來，形成完整的數據信息結構，供應用程序實時調用。映射存儲數據(定值、事件、錄波)的存儲地址(Flash)。數據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、開關量邏輯、錄波模塊、事件產生模塊等。
61850和MMS通信模塊：運行61850服務，解析節(jié)點的配置信息，按映射標準返回映射數據以及配置信息。
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)，根據不同物理連接和驅動對外連接通信。
根據系統(tǒng)結構和模塊層次，可以看出保護系統(tǒng)具有如下功能：數據采集功能、網絡通信功能、保護平臺功能、保護動作功能、錄波功能、調試功能、人機接口功能、計量功能和自檢功能。
3．2 實時任務優(yōu)先級設計
根據裝置功能設計了系統(tǒng)實時任務，其中有控制邏輯任務、保護邏輯任務、通信任務、數據采集任務、打印任務等。
控制邏輯任務tControlLogic是保護裝置的最終目的，負責根據監(jiān)控結果作出保護動作。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用任務優(yōu)先級100。它有3種觸發(fā)方式：保護邏輯任務發(fā)出的信號量、通信命令或鍵盤操作。
保護邏輯任務tProtectLogic是保護裝置的基本功能，也是控制邏輯的觸發(fā)源之一，占據第二優(yōu)先級105。它由數據采集任務觸發(fā)，隨后進行一次計算判斷過程，并依據判斷結果對開關量輸出和顯示等其他任務發(fā)出觸發(fā)信號量。
通信是微機保護裝置十分重要的任務，對于無人值守變電站，它是監(jiān)控人員獲取電網運行信息的唯一途徑。根據其重要性和對實時性的要求，應設為較高優(yōu)先級以保證其響應速度。VxWorks提供標準網絡套接字(socket)接口，網絡編程十分方便。在深入理解規(guī)約通信流程的基礎上，設計了兩個任務進行通信管理：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，根據命令條目進行相應操作，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調、定值召喚、故障錄波召喚等功能。
數據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tDataMap(優(yōu)先級為112)從雙口RAM中采集數據并結合配置信息進行數據映射，完成數據的分類識別、轉存、釋放信號量、啟動其他任務等工作。
人機交互任務tHMInteraction的優(yōu)先級次于通信任務和數據采集映射任務，定為120。它有3種觸發(fā)源：當保護動作時，由保護任務觸發(fā)而彈出動作信息；鍵盤操作觸發(fā)，查看和修改裝置參數；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，比大部分任務的優(yōu)先級都低。數據采集任務獲得實時值后將報文轉存故障錄波任務tRccord緩沖區(qū)，同時釋放信號量啟動該任務，tRcord任務采用突變量等判據決定是否啟動錄波。故障錄波任務初始化時需要建立較大的循環(huán)緩沖區(qū)用于存放實時數據。應根據系統(tǒng)內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，由它發(fā)起自檢任務，自檢完成后自動結束。
打印任務優(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，不影響任務運行，故以函數調用形式完成，無需創(chuàng)建任務執(zhí)行。
3．3 任務間通信
各個任務間的通信主要發(fā)生在保護平臺任務和61850服務、生產設備公司的協(xié)議、打印任務間；配置信息接收任務相對于其他任務獨立，沒有需要交互的數據。任務間的通信和數據交互有2種途徑；共享數據區(qū)和消息隊列。
3．3．1 共享數據區(qū)
根據不同的數據類型劃分各自的共享數據區(qū)，例如模擬量數據區(qū)、開關量數據區(qū)、矢量數據區(qū)等。每個共享數據區(qū)都分為采集區(qū)、GOO SE數據區(qū)、61850 9-1數據區(qū)、61850 9-2數據區(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型數據信息。從GOOSE數據區(qū)、61850 9-1數據區(qū)、61850 9-2數據區(qū)獲取其他裝置傳來的數據信息。
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數據存儲到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類型數據存儲到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)議傳送給其他網絡，將接收到的9-2類型數據存儲到61850 9-2區(qū)。
3．3．2 消息隊列
根據任務問的通信要求，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、設備公司協(xié)議則從此類隊列中獲取消息；控制隊列的數據流向則相反，61850服務、設備公司協(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，打印任務則從隊列中獲取消息。
結語
智能電網的提出必然要促進數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計和符合國內發(fā)展現(xiàn)狀的硬件設計，為傳統(tǒng)變電站與數字化變電站之間的順利過渡，推進產品編程開發(fā)手段的靈活性、標準化，以及提高產品互換性提供了一種解決方案。經過實際測試，裝置產品滿足運行要求，且在進一步測試和優(yōu)化后記投入市場。本文引用地址：http://m.ptau.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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