基于μC/OS的智能臺區(qū)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

任 彬 方斌斌

（南京國電南自城鄉(xiāng)電網(wǎng)自動化工程有限公司，江蘇 南京 210031）

1 原理設(shè)計(jì)

智能臺區(qū)監(jiān)是控利用電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)，將配變監(jiān)測、計(jì)量、集中抄表、電能質(zhì)量監(jiān)視、無功優(yōu)化控制補(bǔ)償、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、諧波治理等功、分布式電源管理等功能有機(jī)地融合在一起，形成資源共享、數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量實(shí)時監(jiān)測，綜合治理，降低損耗等功能應(yīng)用的一體化平臺設(shè)備。

圖1 智能臺區(qū)監(jiān)控終端工作原理

圖2 硬件設(shè)計(jì)模塊

終端基礎(chǔ)功能包括：模擬采樣：通過互感器采樣母線電壓、電流、溫度等實(shí)時模擬量；開關(guān)量采集：采集開關(guān)狀態(tài)（分、合、儲能）和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等狀態(tài)量；無功補(bǔ)償控制：輸出控制電壓，投/切復(fù)合開關(guān)來控制無功補(bǔ)償電容器；控制輸出：通過電動操作機(jī)構(gòu)的輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開關(guān)分/合閘操作；RS-485：使用RS-485通訊實(shí)現(xiàn)抄讀電表和臺區(qū)內(nèi)其他設(shè)備的管理；遠(yuǎn)程通訊：提供以太網(wǎng)和無線公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。臺區(qū)終端通過分析實(shí)時采集的模擬量和開關(guān)量，監(jiān)測電能質(zhì)量，負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場的配置分析現(xiàn)場運(yùn)行狀況，智能管理無功補(bǔ)償和開關(guān)投切并于監(jiān)控系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，如圖1所示。

μC/OS是一個可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任務(wù)實(shí)時內(nèi)核，它適用于多種微處理器，通過聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認(rèn)證。監(jiān)控管理整個臺區(qū)的設(shè)備需要同時運(yùn)管理多個設(shè)備，處理大量數(shù)據(jù)，且漏電保護(hù)，分、合閘等操作需要較高的實(shí)時性，μC/OS是實(shí)現(xiàn)終端功能的非常實(shí)用且低成本的選擇。

2 硬件設(shè)計(jì)

智能臺區(qū)監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)以NXP Cortex M3系列處理器作為CPU ，其余芯片亦選用工業(yè)級芯片，通訊及輸入輸出回路進(jìn)行光隔離，電壓回路抗干擾處理。具體模塊如圖2

3 軟件設(shè)計(jì)

整個裝置軟件采用嵌入式分層多任務(wù)設(shè)計(jì)理念，把軟件分成系統(tǒng)和應(yīng)用兩部分，系統(tǒng)部分的功能主要是確保裝置操作系統(tǒng)底層及相關(guān)驅(qū)動運(yùn)行穩(wěn)定可靠，而應(yīng)用部分的軟件功能則是為了滿足工程應(yīng)用，有可能，不同的工程應(yīng)用，裝置的應(yīng)用軟件會有所不同。另外，裝置軟件在實(shí)現(xiàn)上采用多任務(wù)設(shè)計(jì)思想。具體軟件架構(gòu)如下：

開始→硬件初始化→系統(tǒng)初始化→任務(wù)創(chuàng)建、運(yùn)行→[①系統(tǒng)任務(wù)②通訊任務(wù)③模擬量采集任務(wù)④時鐘任務(wù)⑤LCD顯示任務(wù)⑥計(jì)算分析處理任務(wù)⑦存儲管理任務(wù)]

系統(tǒng)任務(wù)：應(yīng)用層相關(guān)初始化，系統(tǒng)資源分配、管理，管理操作系統(tǒng)和應(yīng)用層之間的接口信息，創(chuàng)建后續(xù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)境。通訊任務(wù)：以太網(wǎng)、GPRS、RS-485、載波、紅外等外圍通訊。模擬量采集：開關(guān)量和交直流模擬量的采集。LCD顯示：按鍵采集和LCD顯示及菜單管理。時鐘任務(wù)：管理與時鐘有關(guān)操作。計(jì)算分析：計(jì)算分析采集的實(shí)時數(shù)據(jù)，智能管理開出量，并形成告警和記錄。存儲管理：參數(shù)、定值管理以及所有的數(shù)據(jù)讀取和存儲操作。

結(jié)語

本文主要討論了基于μC/OS-II和Cortex M3平臺的智能臺區(qū)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)方案，該方案可有效管理臺區(qū)設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場配置和工況指標(biāo)智能調(diào)節(jié)現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備，以達(dá)到臺區(qū)智能、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

[1]周航慈.基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)（第二版）[M].北京：航空航天大學(xué)出版社.2011.

[2]周立功，等.深入淺出ARM Cortex-M3-LPC1700[M].廣州致遠(yuǎn)電子有限公司，2007.

[3]Q/GDW 615-2011農(nóng)網(wǎng)智能配變終端功能規(guī)范和技術(shù)條件[S].

[4]Q/GDW 699-2011農(nóng)網(wǎng)智能配電臺區(qū)建設(shè)規(guī)范[S].