中压断路器智能化平台软件实现方法研究

王小进 , 李光



中压断路器智能化平台软件实现方法研究

王小进1, 李光2

(1. 武汉船用电力推进装置研究所, 武汉 430064；2. 吉林省农业机械研究院, 长春 130021)

本文提供了一种中压断路器智能化平台软件的实现方法，该方法采用模块化设计技术，对智能化平台的软件采用模块化封装，可移植，可自由配置和裁减，实现中压断路器智能化平台软件所需的保护、测量、监控、显示和通讯等功能，并通过样机的设计与验证，证明了该方法的有效性。

智能化 模块 主程序 任务 中断

0 引言

断路器的智能化[1]主要指断路器具有保护、测量、监控、显示和通讯等功能，使电力系统能方便对其实现远程管理和控制，故软件是中压断路器智能化平台实现各种功能的核心。

传统的软件实现方法[2]不具有可移植性，由于CPU的不断更新和淘汰，需针对不同的CPU，开发出不同的软件总体结构，开发周期长，成本高，同时传统方法的软件不是模块化封装，软件的修改和调试难度大，影响了总体软件的可靠性，故如何保证软件的实时、可靠、通用化、易裁减是软件开发的关键和难点。本文提供一种中压断路器智能化平台软件的实现方法，该方法采用模块化设计技术，对智能化平台的软件采用模块化封装，可移植，可自由配置和裁减，为中压断路器智能化平台软件设计的研究人员提供设计依据和方法支持。

1 平台软件实现方法

1.1 设计基本流程

本平台软件设计基本流程如图1所示，首先进行软件需求调研，应根据用户提供的技术要求，详细分析所开发软件的功能、性能、接口、数据等方面的要求；其次进行软件概要设计，主要是对软件的功能和性能要求进行的初步设计进行说明，作为软件人员进行详细设计和编码的基础；再次进行软件详细设计，应尽可能详细地说明软件程序中各成份的设计考虑，以利于程序员编制程序。

1.2 平台软件模块化设计方法

在软件需求调研阶段就应明确中压断路器智能化平台软件的功能性能需求，其软件系统应满足的主要功能为：

1）保护功能：实现电流保护、电压保护等各种保护功能；

2）测量功能：应测量计算出电流、电压等；应准确及时读取开入开出等数字量；

3）监控功能：监视中压断路器的位置信号，能准确及时控制断路器的分合；

4）显示功能：显示一次系统图、状态指示、测量数据、时间、事件记录等；

5）通讯功能：实现多种接口（如串口、CAN、以太网等）数据接收和发送，实现多种接口的通讯规约。

根据所需的功能性能需求在软件概要设计阶段就可以进行平台软件模块化设计，平台软件系统主要可以分为主程序模块、任务模块、中断模块和其他模块，同时为了保证软件的实时性[3]，平台软件采用了嵌入式实时操作系统。在软件详细设计阶段就可以对模块化进行编制程序，用样机来验证平台软件实现方法的有效性。

2 各模块设计方法介绍

2.1 主程序模块设计方法

主程序流程图如图2所示

主程序模块可分为为三大部分进行设计：硬件初始化、变量初始化、操作系统。硬件初始化主要要对所需的时钟、中断、定时器、外部存储器、通讯接口（串口、CAN、以太网等）、同步串行外设、I2C接口等进行初始化和配置；变量初始化主要要对全局变量进行初始化和赋初值；操作系统主要要定义任务优先级、定义任务堆栈、设置任务等系统初始化内容，然后启动任务。

本模块设计方法中软件设计人员可以根据需要对所需的硬件初始化物理量、变量的全局变量个数、系统任务个数进行增减配置和剪裁，同时本方法通用于任何CPU，具有很强的移植性。

2.2 任务模块设计方法

软件系统采用的嵌入式实时操作系统，其任务调度流程图[3]如图3。

任务模块需根据在主程序模块中定义的任务优先级、数量来进行设计，本模块的设计方法步骤为：

1）确定任务的个数，任务个数可根据需要增减；

为实现中压断路器智能化，本平台的任务应有保护任务、接口（串口、CAN、以太网等）发送任务等；

2）确定任务的优先级，可根据需要自由配置；

3）确定每个任务的就绪时间，可根据需要自由配置；

4）完善代码，对每个任务进行代码编制。

2.3 中断模块设计方法

中断相应流程图[4]如图4所示。

中断模块需根据软件系统的功能性能需求来定义，本模块的设计方法步骤为：

1）区分确定两种中断的数量，一种中断为根据标识进入中断，如CAN中断，只有判断有接收标识符时才进入CAN接收终端；另一种中断为定时器中断，为一定的时间内就进入中断，本模块设计方法重点介绍如何设计定时器中断。中断的数量可根据需要自由增减；

2）确定各定时器中断的时间，这个根据用户的需要来自由配置；

3）确定各定时器中断需完成的内容，这个根据用户的需要来自由配置；中压断路器智能化平台软件为了实现所需的功能需在中断执行如：模拟量和数字量的采集和处理、参数的读写等

4）完善代码，对每个中断进行代码编制。

2.4 其他模块设计方法

其他模块包括通讯模块、显示监控模块等，下面简要介绍一下他们的设计方法。

通讯模块：

1）首先要根据需要确定通讯接口类型，如常用的有串口（RS232、RS485等）、CAN、以太网等；

2）确定通讯协议标准，如Modbus等；

3）确定通讯协议内容；

4）完善通讯部分代码。

显示监控模块：1）首先根据应用场合和成本的综合考虑来确定显示监控介质，如液晶屏、触摸屏等；2）根据选定的介质来编制程序来实现显示监控的功能。

3 样机验证

采用本中压断路器智能化平台软件实现方法来设计样机，样机的软件开发系统采用的CPU是STR912 ，其主体程序通过两个CPU板的交互作用来实现，如图5所示。其主程序模块这儿就不加说明了，任务模块主要有：保护CPU板程序的保护算法、控制CPU板程序的接口（串口、CAN、以太网、触摸屏）发送任务等；中断模块主要有保护CPU板程序的通过EMI（外部存储器）访问双口RAM、控制CPU板程序的通过EMI访问总线来读/写模拟量和数字量和通过EMI访问双口RAM等，两个CPU板通过EMI读写双口RAM来交互所需的控制和保护信息。

样机软件向用户提供的接口为触摸屏，控制CPU板与触摸屏通过一个RS485标准接口Modbus协议进行信息交互。触摸屏可以为用户提供一次系统图、模拟量、数字量、定值、事件记录、故障动作信息等的动态显示，同时可以在触摸屏上设定定值，可以在触摸屏上对中压断路器进行控制操作（分合等）。同外界的接口有：RS232口、两个RS485口、CAN口、以太网口。软件系统与各支持的接口均有对应的接口规约。

4 结论

本文提供了一种中压断路器智能化平台软件实现方法，详细描述了软件模块化的设计方法。并通过样机的设计与验证，证明了该方法的有效性，具有可移植、可自由配置和裁减的优点，实现中压断路器智能化所需的功能。

[1] 金苇，杨柳，钱叶军，张修兵. 中压真空断路器智能化实施中的关键问题[J].安徽工程科技学院学报：自然科学版，2008，23（1）:61-64.

[2] 罗士萍.微机保护实现原理及装置[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3] 庞丽萍. 操作系统原理[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2008.

[4] 蒯锐. 单片机多中断处理技术的应用与研究[J]. 微计算机信息，2009,25(1):119-120.

The Design of Intellectualized Software Platform for a MV Breaker

Wang Xiaojin1, Li Guang2

(1. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064,China；2. Jilin Province Agricultural Machinery Research Institute，Changchun 130021,China)

TM561

A

1003-4862（2014）09-0058-03

2014-07-15

国家科技支撑计划项目（2012BAG03B01）

王小进(1981-),男，高级工程师。研究方向：电力电子技术。