繼電保護裝置人機接口軟件模型研究

[摘要]提出現代數字式繼電保護裝置人機接口(MMI)系統的通用化軟件模型,并分析模型的層次化模塊化結構及其主要功能。

[關鍵詞]繼電保護MMI模型

中圖分類號:TN4文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710019-01

一、引言

為研究目前流行的繼電保護裝置的MMI系統,歸納總結并建立了一套基于嵌入式實時操作系統的繼電保護裝置MMI軟件系統模型。該模型遵循層次化、模塊化,高親和性等原則,并引入了國內外IT業多種前沿技術,再充分考慮了裝置生命周期中不同使用者需求的基礎上建立成,具有較大的參考意義與實用價值。

二、系統模型

考慮MMI系統基于的操作系統和應用軟件的多樣性,同時考慮MMI系統在PC機上仿真的方便性,采用層次結構來設計整個系統。以下為本文所研究和建立的MMI系統的模型,如圖1所示:

圖1MMI系統模型圖

1.操作系統抽象層。操作系統抽象層用于封裝各種操作系統相關的調用,例如時鐘的使用,新任務的提交等。

2.公共服務層。公共服務層將常用的功能模塊化,便于編程人員像調用標準的系統函數一樣使用。其模塊框圖如圖2所示:

圖2公共服務模塊框圖

初始化模塊負責裝置啟動過程中,在操作系統引導后依照一定的次序將其它功能模塊啟動起來。

錯誤處理模塊為其它模塊提供初始化的全面硬件檢查和運行時的循環軟硬件自檢的出錯處理接口。

系統日志模塊負責為其它模塊分類記錄各種用戶操作和系統運行信息。

日期時間模塊提供給系統實時時鐘。

基礎函數庫模塊提供給其它模塊經常使用的各種常用操作。

3.通訊管理層。通訊管理層為MMI系統與外圍系統通訊的接口。與外圍系統的通訊關系如圖3所示:

圖3外圍通訊結構圖

其模塊框圖如圖4所示:

圖4通訊管理模塊框圖

基封裝模塊提供了以太網通訊TCP/UDP的SOCKET函數封裝與串口通訊函數封裝。

針對不同的外圍系統,分別具有各自的通訊交互方式:

(1)與面板之間可通過建立串口通訊傳輸觸摸屏、按鍵、紅外線、指示燈等信息。通過建立SPI通訊或直接通過驅動程序驅動數據總線傳輸液晶信息。

(2)與后臺之間通過以太網103、串口103或61850方式通訊。

(3)與打印機可通過串口或以太網傳遞打印信息。

(4)MMI系統與算法系統假如在同一個CPU體系下,則可直接訪問算法系統接口。反之,則可通過以太網或串口訪問。

(5)與U盤的交互通過標準的USB接口進行。當U盤文件體系納入裝置文件體系內后,可直接像訪問裝置文件本身一樣訪問U盤文件。

(6)與PC機通訊可采用以太網,串口等。

(7)與PDA通訊可采用串口或藍牙技術。

4.打印管理層。打印管理層提供事件的自動打印,定值、錄波等的手動打印功能。其模塊框圖如圖5所示:

圖5打印模塊框圖

基礎命令模塊封裝了特定打印機的操作命令。不同的打印機需重載實現基礎命令。

基礎函數模塊封裝了裝置在特定打印硬件接口下的共用函數。

自動打印模塊用于處理自動打印事件等裝置自發的打印要求。

手動打印模塊用于處理人為打印要求。

5.界面管理層。界面管理層可利用嵌入式GUI的應用編程接口來建立,也可在人機界面僅要求字符的前提下,脫離操作系統使用類WINDOWS的窗口機制來建立。界面管理層在裝置的各個生命周期中,提供給不同的使用者友好的操作與查看平臺。以下為裝置處于不同周期,界面管理層對應提供的功能。

(1)研發期:提供輔助硬件開發人員與算法開發人員測試與驗證的手段。

(2)生產期:提供制造、調試人員測試裝置硬件的手段。譬如:信號燈,AD等。

(3)調試期:分為組屏調試與現場調試。組屏調試中提供給調試人員測試整臺裝置各部分功能的手段。現場調試中針對用戶領導與運行人員的測試,更需提供可靠,友好的人機交互界面,并屏蔽他們不關心的功能與設置。

(4)運行、檢修期:運行期提供類似裝置液晶休眠的狀態,延長液晶等人機交互媒介的使用壽命。檢修期需求類同現場調試期。

(5)事故分析期:當有事故發生,需提供快速詳實的分析手段供事故分析使用,方便運行人員對裝置故障情況盡快作出正確的判斷和處理。

其模塊框圖如圖6所示:

圖6界面管理模塊框圖

監視用來反應裝置本身運行工況與使用者關心的狀態量。一般包括輸入模擬量、輸入開關量、裝置時鐘、裝置運行溫度,標準電壓,裝置各插件相互間通訊狀態,內存消耗,GPS,IRIG-B,后臺通訊狀態等。

設置主要分為2大類,出廠設置與用戶設置。

測試提供了裝置硬件與算法邏輯等試驗的功能。一般包括開出傳動、綜自測試等。

分析提供了事故發生時,用來盡快分析問題的手段與方法。一般包括錄波分析等。

三、結語

實踐證明,由本文提出的MMI系統模型與本文介紹的功能實現來構建成的MMI體系,具有高度的交互性與可移植性,獲得了裝置生命周期中各階段使用者的認可。

參考文獻:

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作者簡介:

韓春江(1979-),男,漢族,江蘇南京人,本科學歷,國電南京自動化股份有限公司研究院軟件高級設計師,工程師,研究方向:嵌入式繼電保護裝置平臺。