微机继电保护装置中的应用|华意电力

  华意电力是一家专业研发生产微机继电保护测试仪的厂家，本公司生产的微机继电保护测试仪设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“微机继电保护测试仪“高压设备供应商而努力。

  微机继电保护装置在运行时要保证多个任务能够有序、按时地完成，且有较高的实时性要求。如果在这种实时性要求较高且任务较多的装置中，采用传统的主循环加中断的软件模式，则很难保证任务的实时性要求。而如果购买商用操作系统，价格昂贵，会大大增加开发成本。近年来，由于一些开放源码免费RTOS 的出现使得中小用户自己开发简单适用的 RTOS 成为可能。因此，在开发微 机继电保护装置嵌入式软件的过程中，研究这些源 码开放的嵌入式操作系统，构建适用于自己的小巧 灵活的嵌入式操作系统，不但可以保证任务有序运 行，满足实时性要求，而且还可以节约开发成本。

  装置的硬件平台本文设计的是 35 kV 以下线路的微机继电保护装置。采用美国Microchip公司生产的DSPIC33 系列, 带DSP核的16 位 CPU。该CPU具有强大的数字处理能力和良好的管脚控制功能，具有两个精度为 12 位的 A/D 控制器，共16 路通道。用户 操作接口部分包括 8 个按键和一面 320×240 的液 晶, RS-485/RS-232 通信接口。装置采用了三相交 流采样技术、基于全波付氏运算的保护技术、可拆装的保护逻辑实现技术，实现了变电站的电量计 量、继电保护、微机控制、远程通信等功能。

  实时操作系统及其改进

  实时操作系统的选择实时性是RTOS 区别于其他OS的一个重要特 征。RTOS 不但管理着系统中的 MCU，I/O 设备、存储器等硬件资源, 而且也为软件系统提供了一个开发和运行平台。目前, 实时控制领域的商用RTOS 种类较多,但对于中小用户来说其价格却相当昂贵， 而且技术支持不足，体积偏大。C/OS-Ⅱ是一个免费的微实时内核操作系统，具有提供源代码、代 码短小精练、采用抢占式优先级调度方式等优点，具有较强的通用性，只要对其中涉及具体硬件的代 码稍作修改，就可以用于不同 MCU/MPU 的实时 系统中。

  C/OS-Ⅱ的改进和移植

  如果直接将C/OS-Ⅱ作为实现微机继电保护 装置功能的系统软件运行平台，不但需要较大的 RAM/ROM 存储器空间, 而且整个系统性能也会 因其在运行时占用的 2%~5%的CPU 资源而降低。 因此，在保证不降低性能的前提下，有必要对 C/ OS-Ⅱ作相应的改进和完善。

  （1）满足功能要求前提下，减少 C/OS-Ⅱ占 用的 CPU 和存储资源。精简步骤：①删除 C/OS- Ⅱ源码中不需要的变量和函数，删除相关函数中不 需要的语句；②减少任务的状态数目。

  （2）内核调度方式的修改。由于所有的任务都 是事前已知的, 这样就可以将内核中关于事件触发 来调度任务的部分裁减掉, 也就是可以将内核中信 号量、邮箱、队列等功能都裁减掉。

  （3）应用方面的改进。将时钟节拍函数 OSTimeTick 放到采样中断中处理，这样既兼顾了系统 采样任务的实时性需求，又能得到合适的时钟节 拍，提高了 OS 内核的效率。对 C/OS-Ⅱ移植就 是使一个实时内核能在某个微处理器或微控制器上 运行。笔者成功地将 C/OS-Ⅱ移植到装置的处理器上。改进后的对比参数见表 1。

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