继电保护装置人机接口软件模型研究

[摘要]提出现代数字式继电保护装置人机接口(MMI)系统的通用化软件模型,并分析模型的层次化模块化结构及其主要功能。

[关键词]继电保护MMI模型

中图分类号:TN4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710019-01

一、引言

为研究目前流行的继电保护装置的MMI系统,归纳总结并建立了一套基于嵌入式实时操作系统的继电保护装置MMI软件系统模型。该模型遵循层次化、模块化,高亲和性等原则,并引入了国内外IT业多种前沿技术,再充分考虑了装置生命周期中不同使用者需求的基础上建立成,具有较大的参考意义与实用价值。

二、系统模型

考虑MMI系统基于的操作系统和应用软件的多样性,同时考虑MMI系统在PC机上仿真的方便性,采用层次结构来设计整个系统。以下为本文所研究和建立的MMI系统的模型,如图1所示:

图1MMI系统模型图

1.操作系统抽象层。操作系统抽象层用于封装各种操作系统相关的调用,例如时钟的使用,新任务的提交等。

2.公共服务层。公共服务层将常用的功能模块化,便于编程人员像调用标准的系统函数一样使用。其模块框图如图2所示:

图2公共服务模块框图

初始化模块负责装置启动过程中,在操作系统引导后依照一定的次序将其它功能模块启动起来。

错误处理模块为其它模块提供初始化的全面硬件检查和运行时的循环软硬件自检的出错处理接口。

系统日志模块负责为其它模块分类记录各种用户操作和系统运行信息。

日期时间模块提供给系统实时时钟。

基础函数库模块提供给其它模块经常使用的各种常用操作。

3.通讯管理层。通讯管理层为MMI系统与外围系统通讯的接口。与外围系统的通讯关系如图3所示:

图3外围通讯结构图

其模块框图如图4所示:

图4通讯管理模块框图

基封装模块提供了以太网通讯TCP/UDP的SOCKET函数封装与串口通讯函数封装。

针对不同的外围系统,分别具有各自的通讯交互方式:

(1)与面板之间可通过建立串口通讯传输触摸屏、按键、红外线、指示灯等信息。通过建立SPI通讯或直接通过驱动程序驱动数据总线传输液晶信息。

(2)与后台之间通过以太网103、串口103或61850方式通讯。

(3)与打印机可通过串口或以太网传递打印信息。

(4)MMI系统与算法系统假如在同一个CPU体系下,则可直接访问算法系统接口。反之,则可通过以太网或串口访问。

(5)与U盘的交互通过标准的USB接口进行。当U盘文件体系纳入装置文件体系内后,可直接像访问装置文件本身一样访问U盘文件。

(6)与PC机通讯可采用以太网,串口等。

(7)与PDA通讯可采用串口或蓝牙技术。

4.打印管理层。打印管理层提供事件的自动打印,定值、录波等的手动打印功能。其模块框图如图5所示:

图5打印模块框图

基础命令模块封装了特定打印机的操作命令。不同的打印机需重载实现基础命令。

基础函数模块封装了装置在特定打印硬件接口下的共用函数。

自动打印模块用于处理自动打印事件等装置自发的打印要求。

手动打印模块用于处理人为打印要求。

5.界面管理层。界面管理层可利用嵌入式GUI的应用编程接口来建立,也可在人机界面仅要求字符的前提下,脱离操作系统使用类WINDOWS的窗口机制来建立。界面管理层在装置的各个生命周期中,提供给不同的使用者友好的操作与查看平台。以下为装置处于不同周期,界面管理层对应提供的功能。

(1)研发期:提供辅助硬件开发人员与算法开发人员测试与验证的手段。

(2)生产期:提供制造、调试人员测试装置硬件的手段。譬如:信号灯,AD等。

(3)调试期:分为组屏调试与现场调试。组屏调试中提供给调试人员测试整台装置各部分功能的手段。现场调试中针对用户领导与运行人员的测试,更需提供可靠,友好的人机交互界面,并屏蔽他们不关心的功能与设置。

(4)运行、检修期:运行期提供类似装置液晶休眠的状态,延长液晶等人机交互媒介的使用寿命。检修期需求类同现场调试期。

(5)事故分析期:当有事故发生,需提供快速详实的分析手段供事故分析使用,方便运行人员对装置故障情况尽快作出正确的判断和处理。

其模块框图如图6所示:

图6界面管理模块框图

监视用来反应装置本身运行工况与使用者关心的状态量。一般包括输入模拟量、输入开关量、装置时钟、装置运行温度,标准电压,装置各插件相互间通讯状态,内存消耗,GPS,IRIG-B,后台通讯状态等。

设置主要分为2大类,出厂设置与用户设置。

测试提供了装置硬件与算法逻辑等试验的功能。一般包括开出传动、综自测试等。

分析提供了事故发生时,用来尽快分析问题的手段与方法。一般包括录波分析等。

三、结语

实践证明,由本文提出的MMI系统模型与本文介绍的功能实现来构建成的MMI体系,具有高度的交互性与可移植性,获得了装置生命周期中各阶段使用者的认可。

参考文献:

[1]张云等,保护装置开发平台软件系统架构与设计[J].电力系统及其自动化学报,2005,8.

[2]王婷、陈和平,XML技术在嵌入式系统图形界面开发中的应用[J].武汉科技大学学报,2005,28(1).

[3]袁野、王宏远,一种嵌入式系统中GUI的设计[J].计算机与数字工程,2006,34(1).

[4]张爱雪等,基于ARM7嵌入式系统中GUI的设计研究[J].仪表技术,2006,2.

作者简介:

韩春江(1979-),男,汉族,江苏南京人,本科学历,国电南京自动化股份有限公司研究院软件高级设计师,工程师,研究方向:嵌入式继电保护装置平台。