基于嵌入操作系统的总线式断路器智能控制器的研制

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1、万方数据文章编号：1006—3269(2008)02一o004一04基于嵌入操作系统的总线式断路器智能控制器的研制刘青松，王瑞明(嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴314001)摘要：针对智能断路器控制器的技术要求，提出了基于DSP和us／0孓Ⅱ嵌入式操作系统的总线式低压断路器智能控制器的设计思路和实现方案，介绍了嵌入式系统的硬件和软件，阐述了Profibus—DP总线接口模块的设计及us／0孓Ⅱ在TMS320LF2407A芯片上的移植．现场试验表明，该控制器可靠性高，试验结果达到预期的设计要求．关键词：us／0§Ⅱ；嵌入式；断路嚣；智能控制器中图分类号：TM561文献标识码：A低压断

2、路器作为配电系统中的重要电器元件之一，其作用是保护电气配电网络和工业设备免受短路、过载和接地等故障的损坏．传统断路器的检测和保护功能由电磁元件完成，其动作时间长，保护精度低，整定困难．随着科技的进步，供配电系统对断路器提出了更高的要求：对于单台断路器，要求其自动化、智能化、模块化，对于多台断路器，要求断路器之间能实现联网通信、集中监控等功能，因此应用现场总线式控制系统已成为断路器发展的主流方向[1]．目前，我国正致力于开发第四代智能断路器，其主要特征是在智能化的基础上具备现场总线的可通信特点[2]．智能控制器作为低压断路器的核心部件，应具有对电网的多种检测功能和保护功能，还应具有利

3、用总线通信功能实现对电力系统电能质量的监控，如可记录电网波形，分析有效值的变化趋势，以观察影响电力质量中网络上的电气侵扰[3]．因此，研究设计保护功能完善、控制精度高、维护简单的总线式智收稿日期：2008一02—20基金项目：浙江省自然科学基金资助项目(5001004)作者简介：刘青松(1965一)，男，山西太原人．副教授，硕士．主要研究方向为智能控制系统．能控制器，是断路器发展的必然趋势，通过现场总线，实现断路器间的联网通信以及电网运行的远程监控管理．本文采用了n公司的D卵芯片1飞修320U砣407A作为嵌入式系统硬件，将us／0孓Ⅱ嵌入式操作系统移植到DSP芯片中，设计了低压断

4、路器的智能控制器．该控制器不仅具有三段保护和接地保护的基本功能，还能实现“四遥”(遥讯、遥测、遥调、遥控)及电力质量监控等功能．现场试验表明，该控制器可靠性高，试验结果达到预期的设计要求，具有广阔的应用前景．1us／OS-Ⅱ嵌入式操作系统、嵌入式系统是被内部计算机控制并执行专用功能的设备，操作系统以及应用软件都集成于计算机硬件系统之中，即软件和硬件一体化．嵌入式系统具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时性高和多任务处理的情况．us／O孓Ⅱ嵌入式操作系统是一个完整的、固化的、可裁剪的占先式实时多任务内核，具有优先级设定调度功能[4]．由于其源代码公开化，内核

5、体积小，可移植性好等原因，得到了广泛地应用．它包括以下几个部分：内核管理、任务管理、时间管理、事件控制块、信号量管理、邮箱管理等．创建的任务有5种状态[2]，分别是睡眠态、等待态、就绪态、运行态、中断服务态．us／0S一Ⅱ是占先式内核，每个任务都要设置优先级，优先级最高的任务可以先进入CPU运行，其他任务只能先在就绪状态中等待．系统最多可以创建多达64个任务(实际可以使用的是56个，因为前4个和后4个任务优先级被保留做系统升级‘成组技术与生产现代化)2008年第z5卷第2期万方数据用)．2嵌入式系统的硬件设计2．1智能控制器总体结构及工作原理智能控制器硬件系统的总体结构如图1所示．

6、该控制器的主要任务是采集电网的电流和电压信号，经过信号采样电路处理后，变换成DSP的标准输入电压o～3．3V，DSP通过对采集信号的分析比较，做出正确的判断，发出动作指令，从而实现线路的过载、短路、接地等故障的保护，并通过Profibus总线发送和接收监控计算机的相关数据，实现远程监控管理．系统主要有DSP及其外围电路、A／D信号采集与处理电路、液晶显示电路、电源、脱扣电路等部分构成．DSP的外围电路主要包括晶振、滤波回路、片外RAM和一些门电路．娴同万卜怦雾卜十赢电路’f电路’l“⋯”皇堕三壁墅卜]几芋亨秦蔡面恒Ms320LF2407Afj总线通信fi卜位机及及外围电路r卜_1电

7、路r]监控软件片外ll看门狗复lI状态检测ll键盘II液晶显示RAMl位电路I电路l电路I电路图1智能控制器总体结构2．2TMS320LF2407A芯片及其开发环境CCS2．2简介TMS320LF2407A是基于控制应用而设计的[5叫]，它将高性能的DSP内核和丰富的微控制器外设集成于单片中，从而成为传统微控制器的理想替代．TMS320LF2407A控制器的外设包括[引：事件管理器、网络接口、A／D通道模数转换、SPI串行外设接口、SCl串行通信接口、通用双向I／0引