關(guān)鍵詞　電力系統(tǒng)　嵌入式80X86 CPU　LonWorks網(wǎng)絡(luò)　DSP技術(shù)
分類(lèi)號(hào)　TM 73　TP 39

APPLICATION OF DOUBLE HIGH EMBEDDED INDUSTRIAL CONTROL
COMPUTER PLATFORM IN POWER SYSTEMS

Chen Yi(Beijing Control Industrial Computer Company, 100080, Beijing, China)

Keywords　power systems　embedded 80X86 CPU　LonWorks network　DSP technology

0　引言

　　從“開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組合設(shè)計(jì)方法”的思想來(lái)看，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍采用模塊化的插件結(jié)構(gòu)，模板之間采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)連接是一種較好的方法，利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級(jí)。
1.1　插件結(jié)構(gòu)
　　電力系統(tǒng)中信號(hào)線(xiàn)與I/O模板的連接一般采用繞接的方式，如歐式48芯繞接頭；同時(shí)要求I/O接口從模板后端引出,前模板主要是人機(jī)接口，如液晶接口和小鍵盤(pán)接口，使用通用的STD或PC總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的工控機(jī)都很難滿(mǎn)足此要求。因此插件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)VME雙高尺寸，機(jī)箱是6U高度，上半部分是I/O總線(xiàn)，直接給出繞接方式的接口，下半部分是數(shù)據(jù)、地址和控制三總線(xiàn)(見(jiàn)圖1)。

圖1　模板結(jié)構(gòu)框圖
Fig.1　The structure of module

　　根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，采用無(wú)中心控制模式，使控制節(jié)點(diǎn)盡量靠近被控設(shè)備。變電站層和單元層可以都使用統(tǒng)一的LonWorks網(wǎng)絡(luò)，采用相同的通信協(xié)議。
　　變電站層包括全站(網(wǎng))性的用于本站監(jiān)控的監(jiān)控主機(jī)、系統(tǒng)和用于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的工程師站，一般裝在控制室中。單元層的設(shè)備一般放在現(xiàn)場(chǎng)，按照分布式系統(tǒng)的原則，各單元之間沒(méi)有電路連接，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)等(peer to peer)交換數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)單元的監(jiān)控、保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)故障或異常，可以?xún)H停下該單元設(shè)備進(jìn)行檢查處理，不影響其它單元。
　　LonWorks技術(shù)，符合ISO的7層開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有效地解決互操作性問(wèn)題。作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了較好的應(yīng)用。

　　80年代以來(lái)，相繼推出以80X86為核心的PC機(jī)，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、辦公自動(dòng)化、商業(yè)、家庭等領(lǐng)域，也相應(yīng)地在電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
　　V40(uPD70208)是一種高性能的CMOS、全靜態(tài)嵌入式8位微處理器芯片(相當(dāng)于80188)。V40集成了許多外圍器件，在軟件上完全和8088 CPU兼容。386EX是Intel公司1994年推出的、適合工業(yè)控制32位高性能的嵌入式CPU。采用CMOS工藝和靜態(tài)器件設(shè)計(jì)，完全符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低功耗、高可靠性、能夠在惡劣環(huán)境中使用的要求。
　　除了上述CPU，主控模塊還包括總線(xiàn)部分、系統(tǒng)復(fù)位、電源管理等。總線(xiàn)匹配、總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)和總線(xiàn)隔離主要完成總線(xiàn)對(duì)主控模塊的隔離，同時(shí)保證三總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片的個(gè)數(shù)只與系統(tǒng)模塊的個(gè)數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)的復(fù)位可以根據(jù)需求采用復(fù)位輸出或輸入。采用輸出方式時(shí)，主控CPU能夠?qū)ζ渌０暹M(jìn)行復(fù)位；如果采用輸入方式，系統(tǒng)有一個(gè)總的電平監(jiān)測(cè)和看門(mén)狗復(fù)位輸出，對(duì)系統(tǒng)其他模塊進(jìn)行復(fù)位控制。
　　大容量只讀電子盤(pán)，用于存儲(chǔ)用戶(hù)程序；大容量可讀寫(xiě)的電子盤(pán)，采用M—System公司的DOC2000，最大空間可達(dá)100 MB,作為大規(guī)模的數(shù)據(jù)保存；高可靠可讀非易失存儲(chǔ)器,采用高可靠E²PROM，用于存儲(chǔ)定值。
　　主CPU模塊還包含日歷鐘、液晶控制和小鍵盤(pán)控制，可方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。

　　DSP與目前通用的CPU不同，是一種為了達(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。快速的指令周期、哈佛結(jié)構(gòu)、流水操作、專(zhuān)用的乘法器、特殊的DSP指令，再加上集成電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使DSP的指令周期達(dá)200 ns。
　　DSP具有相當(dāng)強(qiáng)大的處理能力，在相同的主頻下，甚至比目前最先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)要快10倍～50倍。DSP不再單純作為數(shù)據(jù)采集，還同時(shí)肩負(fù)以往由主CPU完成的主要運(yùn)算功能。采用DSP為核心的智能A/D，完全可以獨(dú)立完成電力系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的功能模塊，例如在保護(hù)中，可以直接通過(guò)DSP發(fā)出保護(hù)動(dòng)作，不必上傳到主CPU，可以大大加快系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。因此智能A/D同時(shí)具有開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的功能。

作者簡(jiǎn)介:陳　懿，男，1971生，碩士，工程師，主要研究方向是嵌入式計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。
作者單位:北京康拓工業(yè)電腦公司　100080　北京