基于嵌入式技术的变压器经济运行控制装置的研究与实现

论文摘要

随着我国社会主义市场经济的不断发展,电力工业取得了很大的发展,供用电的尖锐矛盾得到很大的缓解,但同时对供用电的安全性、经济性却提出了更高的要求。变压器是供电系统中不可或缺的主要设备之一,而目前在电力系统中,大多数变压器仍然运行在自然状态,其电能损耗约占发电量的10%、系统线损的50%,因此开展变压器经济运行研究具有十分重要的现实意义。如何在确保变压器安全可靠运行的情况下,充分利用现有设备,通过选取变压器最佳运行方式,最大限度地降低变压器产生的各类电能损耗,提高运行效率达到节能的目的,成为摆在我们面前亟待解决的问题。近年来,嵌入式技术发展迅速,为变压器经济运行控制提供了良好的解决方案。本课题探讨了在变压器运行现场引入嵌入式系统实现变压器的经济运行控制,硬件系统采用Freescale公司的基于RISC技术的工业级芯片MCF5282为核心,软件平台采用性能可靠的嵌入式实时操作系统μC/OS-II,将μC/OS-II移植到MCF5282目标硬件中,以开发变压器经济运行控制的软件系统。课题研究对以下几个方面进行了改进:①建立了变压器经济运行控制的硬件平台,采用性能先进的MCF5282为核心,外围接口丰富;②改进了实时操作系统μC/OS-II的内核,解决了优先级反转问题;③提出了基于实时操作系统μC/OS-II的变压器经济运行控制软件开发的新思路。本文完成了基于MCF5282作为核心的硬件接口电路设计,实现了A/D转换电路、开关量模块电路、I2C接口电路、串口通信电路、CAN通信电路、以太网模块电路和人机交互接口模块电路等。在软件设计方面,实现了μC/OS-II操作系统在MCF5282上的移植,并将LwIP协议栈移植到了μC/OS-II操作系统中,使嵌入式系统实现了网络功能。系统控制软件设计了7个优先级不同的任务,各任务之间协同工作,共同完成变压器经济运行的控制功能。该系统已通过调试,初步运行效果表明,该设计是成功的,动作快速准确,通信可靠,达到了预期目标并取得了良好的使用效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 变压器经济运行的研究现状
• 1.3 嵌入式系统概述
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 2 系统的硬件平台设计
• 2.1 引言
• 2.2 MCF5282 微处理器简介
• 2.3 总体结构设计
• 2.4 主模块插件
• 2.4.1 MCF5282 单片运行电路
• 2.4.2 系统电源与复位电路
• 2.4.3 以太网电路
• 2.4.4 数据采样电路
• 2.4.5 CAN 总线
• 2.4.6 串行接口电路
• 2C 总线接口电路'>2.4.7 I²C 总线接口电路
• 2.4.8 开关量输入输出电路
• 2.4.9 人机交互接口电路
• 2.4.10 BDM 接口电路
• 2.5 电源插件
• 2.6 模拟量输入插件
• 2.7 开关量输入插件
• 2.8 开关量输出插件
• 2.9 本章小结
• 3 实时操作系统μC/OS-II 及其改进移植
• 3.1 引言
• 3.2 嵌入式实时操作系统概述
• 3.2.1 嵌入式操作系统简介
• 3.2.2 使用嵌入式实时操作系统的必要性
• 3.2.3 嵌入式实时操作系统的选择
• 3.2.4 μC/OS-II 简介
• 3.3 μC/OS-II 实时操作系统内核结构分析
• 3.3.1 任务简介
• 3.3.2 任务调度
• 3.3.3 任务间同步和通信
• 3.3.4 μC/OS-II 的时钟
• 3.3.5 中断处理
• 3.4 μC/OS-II 内核的改进
• 3.4.1 优先级反转问题的提出
• 3.4.2 优先级反转问题的解决
• 3.5 μC/OS-II 操作系统的移植
• 3.5.1 μC/OS-II 操作系统的移植条件及体系结构
• CPU.H 文件'>3.5.2 OS_CPU.H 文件
• CPU_C.C 文件'>3.5.3 OS_CPU_C.C 文件
• CPU_A.S 文件'>3.5.4 OS_CPU_A.S 文件
• 3.6 μC/OS-II 网络功能的实现
• 3.6.1 通用TCP/IP 简介
• 3.6.2 LwIP 简介
• 3.6.3 LwIP 在μC/OS-II 上的移植
• 3.6.4 网络设备驱动程序的实现
• 3.7 本章小结
• 4 基于μC/OS-II 的变压器经济运行控制及备自投软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 变压器经济运行的判别方法及工作原理
• 4.2.1 变压器经济运行的判别方法
• 4.2.2 变压器经济运行控制及备自投工作原理
• 4.2.3 变压器经济运行控制及备自投功能划分
• 4.3 任务程序设计
• 4.3.1 任务的划分
• 4.3.2 任务优先级分配
• 4.4 任务的实现
• 4.4.1 多任务环境的建立
• 4.4.2 主任务
• 4.4.3 变压器经济运行控制任务
• 4.4.4 采样中断服务子程序
• 4.4.5 串口通信任务
• 4.4.6 显示任务
• 4.4.7 报警任务
• 4.4.8 按键扫描任务
• 4.4.9 开关量输入任务
• 4.5 应用程序开发环境与编译调试
• 4.6 本章小结
• 5 装置的调试
• 5.1 引言
• 5.2 调试设备
• 5.3 调试方法及结果
• 5.3.1 电量测试
• 5.3.2 变压器经济运行控制与备自投控制功能的调试
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 下一步研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录