基于嵌入式实时操作系统的电力系统自动化通用平台的研究

摘要

电力系统的快速发展，对其自动化装置的性能要求越来越高。研制具有高稳定性、可靠性、安全性的电力系统自动化装置，对电力行业和电力系统自动化装置生产厂家具有重要的研究意义和工程应用价值。 目前，电力系统自动化装置硬件设计大多只是针对某种具体的装置进行开发，可复用性差。同时，其软件编程大多采用的传统的流程图线性程序，造成了软件的不易维护、升级换代困难等问题。因此，本文提出一套基于嵌入式实时操作系统的电力系统自动化通用平台的软硬件设计方案。 在硬件设计上，根据电力系统自动化装置一般需要实现的测量、保护、控制、人机交互和通信等功能，从通用性的角度出发，分别设计了中央处理插件、交流输入板插件、开关量输入输出插件、人机接口插件、通信接口插件和电源插件，建立了电力系统自动化装置的通用硬件平台。对于具体的电力系统自动化装置，则只需根据该装置要实现的具体功能，选取不同的插件组合，即可完成基于该硬件平台的装置硬件设计。 在软件设计上，本文首先对比了四种主流的嵌入式实时操作系统，根据开发对实时性和开发成本的要求，选择μC/OS-Ⅱ作为本文的嵌入式实时操作系统，并详细叙述了将μC/OS-Ⅱ移植到TMS320LF2407A的方法。然后分析了μC/OS-Ⅱ硬件／软件体系结构，在此基础上，阐述了基于嵌入式操作系统软件开发的一般流程。并根据此流程，给出了电力系统自动化通用软件平台任务的划分、调度与通信设计方案和基于嵌入式构件思想的常用任务(键盘任务、开关量输入/输出任务、故障判别与处理任务、定时采样任务、通信数据接收与发送任务及显示任务)的设计思路、设计框图和具体实现。 最后，给出了如何将基于嵌入式实时操作系统的电力系统自动化通用平台软硬件设计方案运用于微机线路保护装置的实例。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2电力系统自动化装置国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3论文的结构安排

第2章嵌入式实时操作系统选择及移植

2.1嵌入式实时操作系统概述

2.1.1嵌入式实时操作系统的基本功能

2.1.2嵌入式实时操作系统与一般操作系统的比较

2.2几种通用嵌入式实时操作系统比较与选择

2.2.1嵌入式实时操作系统性能评价标准

2.2.2几种通用嵌入式实时操作系统比较与选择

2.3 μC/OS-Ⅱ在DSP上的移植

2.3.1 OS_CPU.H移植实现

2.3.2 OS_CPU_C.C移植实现

2.3.3 OS_CPU_A.ASM移植实现

2.4本章小结

第3章电力系统自动化装置通用平台硬件设计

3.1硬件总体方案设计

3.2硬件模块化设计

3.2.1中央处理插件

3.2.2交流输入板插件

3.2.3开关量输入/输出插件

3.2.4人机接口插件

3.2.5通信接口插件

3.2.6电源插件

3.2.7辅助开关量输入插件

3.3硬件电磁兼容性设计

3.3.1硬件干扰的来源

3.3.2硬件电磁兼容性改善措施

3.4本章小结

第4章电力系统自动化装置通用平台软件设计

4.1基于嵌入式实时操作系统的软件设计概述

4.2通用平台软件总体设计方案

4.2.1通用平台软件任务划分

4.2.2通用平台软件任务调度与通信设置

4.2.3通用平台软件多任务运行分析

4.3基于嵌入式构件的任务设计

4.3.1嵌入式系统构件思想

4.3.2键盘构件及其任务设计

4.3.3离散量输入/输出构件及其任务设计

4.3.4模拟量输入/输出构件及其任务设计

4.3.5通信构件及其任务设计

4.2.6 LCD构件及其任务设计

4.4本章小结

第5章基于通用平台的微机线路保护装置设计

5.1微机线路保护装置功能需求分析

5.2基于通用平台的微机线路保护装置硬件设计

5.3基于通用平台的微机线路保护装置软件设计

5.3.1线路保护装置软件设计

5.3.2线路保护功能实现

5.4采样算法研究

5.4.1全周波傅里叶算法

5.4.2半周波傅里叶算法

5.4.3改进半周波傅里叶算法

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果