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【應用案例】電力饋線終端設計方案

FTU全名是饋線終端設備,是配電自動化係統中重要的監控設備。具有遙控、遙信,故障檢測功能,並與配電自動化主站通信,提供配電係統運行情況和各種參數即監測控製所需信息,包括開關狀態、電能參數、相間故障、接地故障以及故障時的參數,並執行配電主站下發的命令,對配電設備進行調節和控製,實現故障定位、故障隔離和非故障區域快速恢複供電等功能。

FTU照片如下:

圖 1 FTU

FTU硬件需要符合《DL/T721-2000 配電網自動化係統遠方終端》標準,軟件需要符合《IEC 60870-5-104:2009》傳輸規約。從以上2份標準和規約中可以提煉出FTU的3個關鍵實現技術點:1、遙信SOE分辨率需要達到1ms以內;2、軟件協議要求數據采用文件係統存儲方式,存儲空間需求數量級在50M字節左右;3、要求最少2路以太網接口。

以上3點中即有實時性要求,又有比較豐富的數據處理和通信能力要求,所以常規情況會采用MCU+MPU的方案,常規硬件方案框圖如下:

圖 2 FTU框圖

下麵我們就3個關鍵點逐一討論FTU的MCU+MPU替代為AW280單核心方案的可行性:

一、1ms的SOE分辨率:

從電力自動化裝置事件順序記錄過程來看,影響裝置SOE分辨率的主要因素有事件處理時間和裝置時間精度。事件處理時間取決於裝置狀態量處理方式及硬件處理速度;裝置時間精度取決於裝置時鍾芯片的準確度及裝置時鍾處理方式。裝置最佳狀態量處理方式為中斷響應方式,以保證狀態量可打斷其它任務以最高優先級立即執行。

常規MPU運行的linux係統由於任務負載的不確定性,會導致中斷響應時間的不確定性,這樣就會造成裝置狀態量處理不及時,所以常規FTU方案中必須有一顆MCU運行的實時操作係統核心來處理狀態量,以達到1ms以內的SOE分辨率。

AW280核心板搭載的AWorks操作係統為實時操作係統,其中斷處理方式和MCU中常用的RTOS近似,這樣就可以保證中斷響應時間不低於常規方案;另外AW280核心板采用的MPU的運行速度為454MHZ,是常規的MCU主頻的2倍以上,這就讓AW280的中斷響應會優於常規MCU處理方案,性能可以滿足之前MCU+MPU才能實現的SOE分辨率。

二、文件係統:

IEC 60870-5-104:2009規定裝置需要提供文件服務,有詳細規定需要提供文件係統目錄查詢、文件讀寫、文件傳輸等功能。常規MCU對於文件係統操作的支持有限,所以常規方案中均會采用一顆MPU搭載linux係統來提供文件服務。

AW280區別於普通MCU,可以支持NAND型FLASH,低成本實現大容量存儲。

AW280核心板搭載的AWorks操作係統具有完善穩定的文件係統。

AW280的硬件和軟件性能決定了可以滿足之前MCU+MPU才能實現的文件係統服務。

文件係統在AWorks係統中的位置見下圖:

圖 3 文件係統在AWorks係統中的位置

三、以太網需求:

FTU至少需要2路以太網來完成不同對象之間的通信,常規方案中MCU一般隻具備一個網口,導致必須要多加一顆MPU來增加網絡接口。

AW280搭載的IMX280芯片本身具有2路以太網,並且AWorks係統默認支持雙網口。這在常規MCU上沒有,在常規的RTOS上也少見雙路以太網的支持。所以AW280可以滿足之前MCU+MPU才能實現的多網口功能。

另外,AW280具有SPI可以連接國家電網加密IC,AW280具有5路UART可以滿足周邊設備通信需求。

綜上所述,AW280核心板完全可以勝任FTU的功能需求,可以取代傳統MCU+MPU方案。