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      双高嵌入式工控机平台在电力系统中的应用

      作者: 发布于:2020/4/24 22:57:20 点击量:

      保证高度可靠性,提高运行性能,同时还能灵活应用和便于扩展是电力系统微机监控设计的关键。在传统的设计中,主要采用两种平台:专用结构平台和通用工控平台。

      前者主要采用8051,80C196等单片机作主CPU,以RS—485,CAN和LonWorks作为数据通信网络,大多采用单板或自定义的小总线,有较强的针对性,系统结构紧凑,整体性能和可靠性较高,但存在着通用性、可扩充性以及系统升级等方面的不足。

      后者通常采用目前广泛使用的STD总线工控机、工业PC和PC104等总线,结构通用性、可扩充性较好,也易于系统的升级,但是由于采用通用结构,使系统有较多的冗余,总线的“金手指”、过多的插件和扁平电缆也降低了系统的可靠性。

      为此,有某工业电脑公司开发出能满足高可靠性、高性能,又有较好通用性和可扩充性,适合电力系统的工控机平台。整个系统采用??榛寮峁?,模板之间通过可靠的并行总线互联;系统包括以80X86和LonWorks网络为核心的主控板及高性能、功能独立的智能I/O。目前已在一些?;ぜ嗫胤矫婵加τ?。

      ??榛寮峁?/p>

      从“开放式系统结构和组合设计方法”的思想来看,系统的设计仍采用??榛牟寮峁?,模板之间采用总线结构连接是一种较好的方法,利于系统的扩展和升级。

      插件结构

      电力系统中信号线与I/O模板的连接一般采用绕接的方式,如欧式48芯绕接头;同时要求I/O接口从模板后端引出,前模板主要是人机接口,如液晶接口和小键盘接口,使用通用的STD或PC总线结构的工控机都很难满足此要求。因此插件结构的设计,采用标准VME双高尺寸,机箱是6U高度,上半部分是I/O 总线,直接给出绕接方式的接口,下半部分是数据、地址和控制三总线。

      总线

      采用插件结构的系统,广泛使用标准并行底板总线。它能以简单的硬件支持高速数据传输和处理,并使整个系统具备较高的兼容性及灵活的配置。

      采用96芯欧式针孔结构。实践证明,插针方式比“金手指”方式接触更可靠,特别是在对可靠性要求较高的恶劣环境中,插针整个包在插座里,与外界环境隔离,更能抵御恶劣环境的影响。

      信号采用标准ISA定义。ISA是最适合80X86的总线。对于采用80X86的系统,只需加上总线驱动芯片就可基本满足目前ISA的要求,同时也可以最大限度地利用目前与80X86配套的芯片,显然这些芯片的价格也比较适宜。

      功能的独立性

      ??橹渫ü芟呋チ?,模板和总线之间通过总线驱动芯片将三总线和板外总线隔离,减少模板间的干扰。

      整个系统可分为事务性??楹褪莶杉砟??。事务性??橛?0X86和LonWorks网络主控CPU完成:处理网络操作,协议转换;人机接口(如小键盘、液晶显示);利用模板上的大规模非易失存储单元,保存数据采集处理??樯系氖?利用板上的日历钟、串行口等完成其他事务性操作;还可操作一些开关量输入和输出,以弥补数据采集处理??榈目?、开出的不足。数据采集处理??橹饕且訢SP为核心的智能A/D,它肩负着模拟量的采集、处理及一些重要的出口控制功能。一个系统中可以有多块数据采集处理???。因此事务性处理??楹褪莶杉砟?橐约坝墒挛裥源砟?榭刂频目?开出,可有效实现一个系统内的分散控制和集中管理。

      系统功能的独立性也标志着系统整体可靠性的提高。主CPU的功能独立,智能A/D的功能独立,所有的数据转换通过双口RAM实现,任何一者的非灾难性的失效(如电源与地由于芯片击穿而短路),都不会造成其他模板失效。每个??槎懒⒃诵?,使模板之间可以互相监督。

      功能的独立性可根据系统的规模灵活配置,事务性处理较少的系统可以V40为主控???,事务性处理较多的可采用386EX,甚至是ST公司486PC。同样数据采集处理??榭裳≡?6路、32路、64路,甚至更多路模拟量输入,可采用高性能如TMS320C32,低性能如TMS320F206,甚至是 80C196。在所有同一类型的??橹?,除主CPU不同外,力求其他硬件功能??槎急3忠恢?,这样可以使软件在主控??橹谢惚嗉都嫒?,在其他??橹蠧语言级兼容,方便用户系统的移植。

      智能通信

      根据电力系统运行的特点,采用无中心控制模式,使控制节点尽量靠近被控设备。变电站层和单元层可以都使用统一的LonWorks网络,采用相同的通信协议。

      变电站层包括全站(网)性的用于本站监控的监控主机、系统和用于网络维护的工程师站,一般装在控制室中。单元层的设备一般放在现场,按照分布式系统的原则,各单元之间没有电路连接,可以通过网络对等(peer to peer)交换数据。当一个单元的监控、?;ど璞赋鱿止收匣蛞斐?,可以仅停下该单元设备进行检查处理,不影响其它单元。

      LonWorks技术,符合ISO的7层开放网络协议,有效地解决互操作性问题。作为现场总线,在变电站自动化系统中得到了较好的应用。

      以80X86为核心的主控???/p>

      80年代以来,相继推出以80X86为核心的PC机,广泛地应用于工业控制、办公自动化、商业、家庭等领域,也相应地在电力系统中得到了应用。

      V40(uPD70208)是一种高性能的CMOS、全静态嵌入式8位微处理器芯片(相当于80188)。V40集成了许多外围器件,在软件上完全和 8088 CPU兼容。386EX是Intel公司1994年推出的、适合工业控制32位高性能的嵌入式CPU。采用CMOS工艺和静态器件设计,完全符合工业现场的低功耗、高可靠性、能够在恶劣环境中使用的要求。

      除了上述CPU,主控??榛拱ㄗ芟卟糠?、系统复位、电源管理等。总线匹配、总线驱动和总线隔离主要完成总线对主控??榈母衾?,同时保证三总线驱动芯片的个数只与系统??榈母鍪泄?。系统的复位可以根据需求采用复位输出或输入。采用输出方式时,主控CPU能够对其他模板进行复位;如果采用输入方式,系统有一个总的电平监测和看门狗复位输出,对系统其他??榻懈次豢刂?。

      大容量只读电子盘,用于存储用户程序;大容量可读写的电子盘,采用M—System公司的DOC2000,最大空间可达100 MB,作为大规模的数据保存;高可靠可读非易失存储器,采用高可靠E2PROM,用于存储定值。

      主CPU??榛拱绽?、液晶控制和小键盘控制,可方便地实现人机接口。

      数字信号处理器DSP

      DSP与目前通用的CPU不同,是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器??焖俚闹噶钪芷?、哈佛结构、流水操作、专用的乘法器、特殊的DSP指令,再加上集成电路优化设计,可使DSP的指令周期达200 ns。

      DSP具有相当强大的处理能力,在相同的主频下,甚至比目前最先进的个人计算机要快10倍~50倍。DSP不再单纯作为数据采集,还同时肩负以往由主 CPU完成的主要运算功能。采用DSP为核心的智能A/D,完全可以独立完成电力系统中一个独立的功能???,例如在?;ぶ?,可以直接通过DSP发出?;ざ?,不必上传到主CPU,可以大大加快系统的反应时间。因此智能A/D同时具有开关量输入/输出的功能。


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