嵌入式以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、第 18卷2005年第 6期! ! 收稿日期 :2005-06-25作者簡(jiǎn)介 :周寶林 (1976- , 男 , 內(nèi)蒙古呼和浩特人 , 碩士研究生 , 研究方向?yàn)楣I(yè)監(jiān)控 .嵌入式以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用周寶林 , 林知明 , 余瑛(華東交通大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院 , 江西 南昌330013摘要 :隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展 , 變電站自動(dòng)化技術(shù)正以飛快的速度向前發(fā)展?；谇度胧揭?太網(wǎng)的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)正在成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。簡(jiǎn)要敘述了常規(guī)變電站及其微機(jī)保護(hù)的發(fā)展及其特點(diǎn) , 對(duì) 嵌入式以太網(wǎng)運(yùn)用于變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)以及目前流行的處理器進(jìn)行了探討和闡述 , 介紹

2、了基于 ARM +DSP 雙CPU 的微機(jī)保護(hù)硬件方案和軟件整體方案。關(guān)鍵詞 :變電站自動(dòng)化 ; 微機(jī)保護(hù) ; 以太網(wǎng) ; ARM ; DSP中圖分類號(hào) :TP393.11; TM77文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :1006-6519(200506-0005-04The Application of Embedded Ethernet in SubstationAutomatization SystemZHOU Bao-lin, LIN Zhi-ming , YU Ying (East China Jiaotong University,Nanchang 330013,ChinaAbstract:

3、With the development of micro -electronics technology 、 computer and communication technology,the substation automatization technology also develop quickly.The technology which based on embedded Ethernet is the research hotspot at present.The development and Characteristic of the general substation

4、automatization and its microprocessor-based protection are briefly described, the embedded Ethernet which is applied in the substation microprocessor-based protection system and the popular microprocessor at present are discussed and exporuded , the hardware and software scheme based on AR M+DSP dou

5、ble CPU microprocessor-based protection are pointed out. Key words:substation automatization ; microprocessor-based protection ; ethernet ; AR M ; DSP! ! 常規(guī)的變電站二次系統(tǒng)存在諸多缺陷。 裝置間 相互獨(dú)立、 功能重復(fù)、 選用了大量的硬件設(shè)備、 且設(shè) 備類型龐雜 , 信息記錄和顯示方式落后、 故障率高、 組合過(guò)程中協(xié)調(diào)性差 , 很難做到標(biāo)準(zhǔn)化。另外也增 加了占地面積 , 增加了投資。變電站系統(tǒng)原有的繼 電保護(hù)和自動(dòng)裝置 , 主要是由電磁型繼電

6、器和感應(yīng) 型繼電器構(gòu)成的 , 這兩種繼電器精度差、 動(dòng)作速度 慢、 結(jié)構(gòu)又比較復(fù)雜 , 所以現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被淘汰。 近 年來(lái)各種半導(dǎo)體型 (含集成電路型 和微機(jī)型的繼電 保護(hù)和自動(dòng)裝置不斷涌現(xiàn) , 高智能、 高品質(zhì)的微機(jī) 型保護(hù)裝置已經(jīng)成為現(xiàn)在研究開(kāi)發(fā)的主流。隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展 , 目前的變電站自動(dòng)化技術(shù)正朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展 :(1 分層分布式結(jié)構(gòu)成為潮流 (以太網(wǎng)技術(shù)為這一潮流提供了支持 。(2 軟件、通信技術(shù)的發(fā)展 , 使得站控層功能更 加強(qiáng)大和完善 ; 新型微處理器 , 如 ARM(AdvancedRISC Machines 處理器的應(yīng)用 , 也使間隔層設(shè)備功能

7、進(jìn)一步增強(qiáng) , 并相互滲透 ; 智能開(kāi)關(guān)、 光電式互感 器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn) , 將使智能化的一次設(shè)備 應(yīng)用于過(guò)程層。(3 從單純的屏幕數(shù)據(jù)監(jiān)視到多媒體監(jiān)視。(4 嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) , 以太網(wǎng)以其方便、 通用、 成本低廉、 實(shí)時(shí)、 不受干 擾等優(yōu)點(diǎn)正在成為目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要 通訊手段。 (美國(guó)已經(jīng)有公司投入了基于以太網(wǎng)的 變電站自動(dòng)化系統(tǒng) (5 GPS 技術(shù)的廣泛投入將使傳統(tǒng)的監(jiān)控功能改變?cè)械拿婷?, 成為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制的工具 , 它 可以統(tǒng)一全網(wǎng)時(shí)鐘 , 實(shí)現(xiàn)同步采樣和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。1變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)測(cè)控保護(hù)的 意義變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性主要是相對(duì)于常

8、華 中 電 力5-華 中 電 力2005年第 6期 第 18卷規(guī)變電站的二次系統(tǒng)提出的。 變電站綜合自動(dòng)化系 統(tǒng)可以采集比較齊全的數(shù)據(jù)和信息 , 利用計(jì)算機(jī)的 高速計(jì)算能力和邏輯判斷功能 , 可方便地監(jiān)視和控 制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。 變電站綜合自 動(dòng)化系統(tǒng)可以利用軟件實(shí)現(xiàn)在線自檢。 考慮到電力 系統(tǒng)各種故障的復(fù)雜性 , 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)必須具 備很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力 , 在軟件程序的指揮 下 , 微機(jī)系統(tǒng)可以在線實(shí)時(shí)地對(duì)硬件電路中各個(gè)環(huán) 節(jié)進(jìn)行自檢 , 并在故障時(shí)做出及時(shí)的反應(yīng) 1。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng) 與監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立又要相互協(xié)調(diào) , 也就是在運(yùn)行 中 ,

9、繼電保護(hù)的動(dòng)作行為只與保護(hù)裝置有關(guān) , 不依 賴于監(jiān)控系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié) , 以保證其他環(huán)節(jié)不影響 保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行。 同時(shí)保護(hù)環(huán)節(jié)又要與監(jiān)控系 統(tǒng)保持密切的通訊聯(lián)系 , 向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供保 護(hù)動(dòng)作信息或者保護(hù)定值信息。 它是變電站自動(dòng)化 系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié) , 主要包括輸電線路保護(hù)、 電力變 壓器保護(hù)、 母線保護(hù)、 電容器保護(hù)、 小電流接地系統(tǒng) 自動(dòng)選線、 自動(dòng)重合閘等。由于微機(jī)保護(hù)的特殊重 要性 , 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)絕不能降低保護(hù)的可靠性。 現(xiàn)有的模擬式保護(hù)系統(tǒng)在性能上很難有重大的突 破 , 因此采用先進(jìn)的微機(jī)保護(hù)技術(shù)已成為當(dāng)今變電 站自動(dòng)化系統(tǒng)的主流。 微機(jī)保護(hù)利用數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù) , 實(shí)

10、現(xiàn)了傳統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備通過(guò)硬件連接完成 的復(fù)雜的邏輯判斷和計(jì)算等功能 , 將硬件的復(fù)雜部 分留在了大規(guī)模集成電路芯片內(nèi) , 保護(hù)功能均由程 序軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) , 使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可維護(hù)的硬件環(huán)節(jié) 大量減少。 微機(jī)保護(hù)的智能化也使微機(jī)保護(hù)的調(diào)試 工作簡(jiǎn)單易行 , 有的制造單位已研制出與微機(jī)保護(hù) 配套的智能化調(diào)試儀器 , 利用這些智能儀器可以仿 真出現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù) , 這無(wú)疑會(huì)加快變電站微機(jī)保 護(hù)子系統(tǒng)的研發(fā)和投入使用時(shí)間。2工業(yè)以太網(wǎng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 的意義及應(yīng)用模式變電站現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)多采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式 , 隨著科技的發(fā)展 , 現(xiàn)場(chǎng)總線用于變電站的通訊網(wǎng)絡(luò) 體現(xiàn)出了很多的不足 , (1 開(kāi)放性

11、和靈活性不強(qiáng) , 數(shù) 據(jù)傳輸速度慢 , 成本高。 (2 不同類型的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè) 備均有專用的通訊協(xié)議 , 不能相互兼容 , 無(wú)法協(xié)同 工作也無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫集成。 (3 數(shù)據(jù)采集、 處 理、 控制、 轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)都由通訊控制器來(lái)完成 , 然而 隨著變電站智能化的提高 , 需傳輸?shù)男畔⒘吭絹?lái)越 大 , 采用現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊機(jī)制勢(shì)必成為信息傳輸?shù)?瓶頸。所以基于更高級(jí)別的微處理器 , 和傳輸數(shù)據(jù)速 度更快的工業(yè)以太網(wǎng)的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù) , 就 順理成章地成為現(xiàn)在變電站建設(shè)中的熱點(diǎn)。2.1嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)顧名思義 , 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)就是在微處理器 或者微控制器上利用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。 一般

12、來(lái)說(shuō) , 應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為三層 :信息層、 控制層和設(shè)備層。 在信息層 , 控制網(wǎng)絡(luò)幾乎 無(wú)一例外地采用以太網(wǎng) , 而在控制層和設(shè)備層一般 采用不同的現(xiàn)場(chǎng)總線或其他專用網(wǎng)絡(luò)。目前 , 以太 網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設(shè)備層 , 幾乎所有的 PLC 和遠(yuǎn)程 I/O 供應(yīng)商都能提供支持 TCP/IP 的以太網(wǎng) 接口產(chǎn)品。采用以太網(wǎng)架構(gòu)以后 , 控制器的位置也 可以突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制 , 可以位于現(xiàn)場(chǎng) , 也 可以位于中央控制室 , 目前控制器甚至遠(yuǎn)程 I/O 支 持以太網(wǎng)的功能越來(lái)越強(qiáng) , 在有些控制器和遠(yuǎn)程 I/O 模塊中已經(jīng)集成了 WEB 服務(wù)器 , 從而允許信 息層的用戶也可以和

13、控制層的用戶一樣直接獲取 控制器和遠(yuǎn)程 I/O 模塊中的當(dāng)前狀態(tài)值。嵌入式以 太網(wǎng)和傳統(tǒng) 的以太網(wǎng)在 物 理 上 都 支 持 IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn) , 邏輯上基本都采用 TCP/IP 協(xié)議族。 然而他們 之間的區(qū)別也很大 , 傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是為辦公室設(shè)計(jì) 的 , 一般都是 PC 機(jī)或者工作站 ; 而嵌入式以太網(wǎng) 是基于微控制器和微處理器的軟硬件環(huán)境的 , 它把 TCP/IP 協(xié)議嵌入到操作系統(tǒng)中。反過(guò)來(lái)說(shuō) , 傳統(tǒng)以 太網(wǎng)和嵌入式以太網(wǎng)在物理和通訊協(xié)議上互相兼 容 , 因此它們之間能夠相互通訊。2.2嵌入式以太網(wǎng)的三種信息傳輸模式這三種模式分別是單播 , 廣播和分組廣播模式 2。 單播模式就是

14、除了目的地址外 , 其他的節(jié)點(diǎn)都不 接收來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的信息 , 是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模 式 ; 廣播模式是除了源節(jié)點(diǎn)本身外其他節(jié)點(diǎn)都能 收到來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的信息 , 包括和源節(jié)點(diǎn)并列的單 元 ; 分組廣播模式是指把目的節(jié)點(diǎn)分成地址組 , 只 有組內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)能收到源節(jié)點(diǎn)的信息。顯而易 見(jiàn) , 采用單播模式時(shí) , 如果源節(jié)點(diǎn)要向 N 個(gè)目的節(jié) 點(diǎn)發(fā)同一個(gè)信息 , 則同一信息需要重復(fù)發(fā)送 N 遍 , 顯然傳輸效率很低。采用廣播模式發(fā)送信息時(shí) , 一 個(gè)信息只需發(fā)一遍 , 但是無(wú)論信息是否與自己有 關(guān) , 各節(jié)點(diǎn)都要收到信息 , 造成各個(gè)單元的 CPU 負(fù) 擔(dān)加重 , 是對(duì)資源的一種浪費(fèi) , 這就是人們所說(shuō)

15、的 “ 廣播風(fēng)暴” , 容易發(fā)生信息擁塞 , 其造成的后果有 時(shí)候是災(zāi)難性的。而分組廣播有效地避免了廣播6 -第 18卷 2005年第 6期風(fēng)暴 , 目的節(jié)點(diǎn)分組以后 , 只有和信息有關(guān)地節(jié)點(diǎn)才接 收 到 信 息 , 同 時(shí) 網(wǎng) 絡(luò) 流 量 也 沒(méi) 有 增 加 , 所 以分 組 廣 播 地 傳 輸 數(shù) 據(jù) 模 式 不 失 為 一 種 值 得 推 廣地模式。通訊是變電站綜合自動(dòng)化的關(guān)鍵 , 現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus Control System FCS 從上世紀(jì) 80年代產(chǎn)生以來(lái) , 以其全數(shù)字通訊、 開(kāi)放性、 可互操作性、 全分散性、 高可靠性的特點(diǎn) , 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)和儀器 儀表的發(fā)展產(chǎn)生

16、了很大的影響 , 并一度成了自動(dòng)化 領(lǐng) 域 研 究 的 熱 點(diǎn) 。 然 而 , 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 無(wú) 法 統(tǒng) 一 , IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)就包括 8種類型地現(xiàn) 場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) , 在這里不再一一列舉 , 在介質(zhì)訪問(wèn)控 制上 IEC61158中的 8種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線采用完全 不同地控制協(xié)議 , 所以形成了多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存的 局面 , 由于商業(yè)利益等因素 , 要實(shí)現(xiàn)不同總線產(chǎn)品 之間的連接非常困難。這不但使 FCS 的各種優(yōu)點(diǎn) 難以體現(xiàn) , 而且給用戶帶來(lái)很大的不便。而以太網(wǎng) 不受此限制 , 在網(wǎng)上增加功能模塊非常方便 , 尤其 使隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表智能化的提高 , 數(shù)據(jù)的傳輸 量越來(lái)越大

17、, 甚至是 WEB 網(wǎng)頁(yè) , 音頻、 視頻信號(hào)等。 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽絹?lái)越重要 , 而現(xiàn)在以太網(wǎng)的傳 輸速度已經(jīng)達(dá)到千兆甚至萬(wàn)兆。 由于以太網(wǎng)最初是 為實(shí)時(shí)性要求不高的辦公室而設(shè)計(jì)的 , 它采用基于 CSMA/CD(帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng) 的傳輸協(xié)議 , 也 就是說(shuō)只有在網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候才發(fā)送數(shù)據(jù) , 這樣以 太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性和可靠性就受到人們的懷疑。 但是正 如前文所說(shuō)以太網(wǎng)具有很高的傳輸速度 , 高速性可 充分彌補(bǔ)這一不足 , 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)表明 , 在網(wǎng)絡(luò) 負(fù)荷小于最大理論負(fù)荷 36%的時(shí)候 , 實(shí)時(shí)性和準(zhǔn) 確性是可以保障的。2.3以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化的模式 以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化

18、系統(tǒng)的有兩 種模式 :一種是混合連接方式 (以太網(wǎng)和其他總線 混 合 連 接 , 幾 個(gè) 智 能 節(jié) 點(diǎn) (IED 通 過(guò) RS485、 MODBUS 或其他的現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起 , 然后再 通過(guò)以太網(wǎng)接口連到以太網(wǎng)上 ; 另一種是從高層到 底層都采用統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議 , 這是一種 完全的以太網(wǎng)解決方案 , 每個(gè)測(cè)控保護(hù)單元都具備 以太網(wǎng)接口 , 都直接連到以太網(wǎng)上。前一種連接方 式只是一種過(guò)渡型的連接方式。根據(jù) IEC61850制 定的標(biāo)準(zhǔn) , 變電站層、 間隔層和過(guò)程層之間的通訊 方式全部采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)方式 (TCP/IP , 取代了當(dāng) 前系統(tǒng)中使用的各種現(xiàn)場(chǎng)總線 (如 :Lonw

19、orks 、 CAN 、 Profibus 、 SMI 以及 RS485總線等 , 如圖 1所示。圖 1基于以太網(wǎng)的變電站整體框圖這種模式是工業(yè)以太網(wǎng)在變電站綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)中的完全的解決方案 , 系統(tǒng)的高層到底層都采 用統(tǒng)一的以太網(wǎng)通訊協(xié)議 , 每個(gè) IED 都配備了以太 網(wǎng)接口并作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)直接連到以太網(wǎng)上。 因?yàn)檎?個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是統(tǒng)一的協(xié)議 , 所以管理者可以對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)的任一個(gè)設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn) , 而不用知道這種訪問(wèn)是 如何進(jìn)行的。圖示的過(guò)程層主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集 , 并提 供 I/O 接口。具體有電流互感器、 電壓互感器和其 他傳感器 , 以及一些斷路器、 隔離開(kāi)關(guān)等。 間隔層主 要是一些

20、基于微處理器的保護(hù)和測(cè)控單元。 變電站 層主要包括總控工作站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)和一些公共 設(shè)備 , 同時(shí)負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心交換信息。也可以 把系統(tǒng)連到 Internet 實(shí)現(xiàn)真正地控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化 , 在任何時(shí)間、 地點(diǎn)都能方便地監(jiān)控各個(gè)節(jié)點(diǎn)。所以 說(shuō)基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)乃 至其他的工業(yè)控制系統(tǒng)將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。 3基于以太網(wǎng)的微機(jī)保護(hù)硬件和軟件技術(shù) 方案3.1基于 ARM+DSP 的保護(hù)裝置硬件電路設(shè)計(jì) 以前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的微機(jī)保護(hù)裝置很多 , 雖然在設(shè) 計(jì)上很多都使用雙 CPU 結(jié)構(gòu) , 但是其 CPU 基本上 還是采用傳統(tǒng)的 MCS-51、 96系列單片機(jī)芯片。而 這些芯片雖然控

21、制性能都比較好 , 但卻不擅長(zhǎng)數(shù)字 信號(hào)的處理 , 特別是處理電力系統(tǒng)中復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn) 算時(shí) , 往往耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。 還有在對(duì)輸入信號(hào)的采樣上 , 每周波的采樣點(diǎn)較少而且大多采用模擬濾波的方 法 , 不可避免地造成一定的誤差。所以當(dāng)前變電站 系統(tǒng)所選用的 CPU 都是高性能的 CPU, 但是其中 絕大部分都有一個(gè) DSP(Digital Signal Processor 芯 片 , DSP 主要功能是執(zhí)行與保護(hù)相關(guān)的采樣、計(jì)算 和邏輯判斷。另一個(gè) CPU 主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和通 訊 , 比如現(xiàn)在比較熱門的 ARM 處理器。由于人機(jī) 交互的設(shè)備如液晶顯示器等速度比較慢 , 如果只用 一個(gè)高速 CPU 來(lái)

22、完成顯示功能 , 勢(shì)必要加入等待嵌入式以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用7 -華 中 電 力2005年第 6期 第 18卷周期 , 會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的速度 , 所以有必要采用 高性能的雙 CPU 方案。本文選用的 主 CPU 是帶以太 網(wǎng) 接 口 的 ARM 處理器 , 主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)通信、 數(shù)據(jù)記錄、 人機(jī)交互控 制等 ; DSP 作為協(xié)處理器 , 負(fù)責(zé)完成開(kāi)關(guān)量和模擬 量的采集、 計(jì)算 , 故障判斷 , 告警、 跳閘信號(hào)的發(fā)出、 故障報(bào)告的生成等功能。兩者通過(guò)雙口 RAM 實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)交換。 外擴(kuò)外圍存儲(chǔ)電路、 開(kāi)關(guān)量采集電路、 交 流信號(hào)采集電路、 開(kāi)關(guān)量輸出電路 (跳閘和告警開(kāi) 出回路 、

23、人機(jī)接口電路 (液晶顯示、 觸摸屏 及電源 等。其基本的系統(tǒng)原理如圖 2。圖 2基于以太網(wǎng)的雙 CPU 微機(jī)保護(hù)硬件原理圖 開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出接口主要是發(fā)出跳閘信號(hào)、 接收本地和后臺(tái)機(jī)的報(bào)警信號(hào) , 壓板投送信號(hào)以及 閉鎖信號(hào)等。人機(jī)對(duì)話接口回路主要有顯示、 信號(hào) 燈、 鍵盤、 音響報(bào)警等。 以太網(wǎng)接口回路是本系統(tǒng)中 非常重要的環(huán)節(jié) , 主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自上位機(jī)的控制 命令 , 與上位機(jī)和各子系統(tǒng)之間交換信息。由于微機(jī)保護(hù)需要采集大量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì) 算 , 特別是 FFT 運(yùn)算 , 對(duì) CPU 的運(yùn)算能力提出了很 高的要求 , 而 DSP 在計(jì)算方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) , 所以 采用它與通訊功能強(qiáng)的

24、ARM 結(jié)合使用 , 就不會(huì)造 成由于任務(wù)多而發(fā)生沖突的現(xiàn)象 , 采用兩個(gè) CPU 分別擔(dān)任不同的任務(wù) , 再通過(guò)一定的硬件和軟件的 協(xié)調(diào) , 可以很大幅度地提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力以 及故障判斷和處理能力。3.2軟件總體方案嵌入式以太網(wǎng)是和嵌入式技術(shù)緊密聯(lián)系在一 起的 , 它是基于具體應(yīng)用的微處理器和實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng) (RTOS 的 , 在 32位微處理器上實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議 棧是很容易的 , 因?yàn)檫@樣高性能的處理器可以方便 地 嵌 入 RTOS(如 :uC-OS 或 LINUX 等 , 這 些 操 作 系統(tǒng)本身就固化了 TCP/IP 協(xié)議族 , 當(dāng)然也可以自 己編寫(xiě)協(xié)議棧 , 去除冗余 , 然后嵌入到 RTOS 中。 多 年來(lái) , 嵌入式系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用 , 但是大部分 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)是不用嵌入式操作系統(tǒng)的 , 原因首 先是沒(méi)有必要 , 比如一些小型的家電產(chǎn)品 , 或者一 些小的智能儀器 , 在硬件上它們只需要簡(jiǎn)單的一塊 電路板、 幾個(gè)按鍵、 指示燈 等 , 軟件上只 是一個(gè)程 序 , 并不需要多任務(wù)的操作系統(tǒng)的支持。再者就是 硬件條件不允許 , 一些 4位或 8位的單片機(jī)內(nèi)存少 得可憐 , 又怎么能容得下操作系統(tǒng)呢 ?本 文 闡 述 的 軟 件 方 案 分 為 三 個(gè) 部 分 :(1 uClinux 操作系統(tǒng)的裁