RCM3200模块下配电自动化通信规约转换器应用

介绍RCM3200开发的电力系统配电通信规约转换器的开发

基于RCM3200配电自动化通信规约转换器设计

摘要：智能电网要求电力设备应该具备自动化、信息化、互动化，传统串口通信的配电自动化终端无法与智能电网以太网通信网络联网，这就需要用一个转换装置来完成这项工作，基于这个需求，我们在RCM3200嵌入式模块上，通过μC/OSII多任务操作系统，开发出能够通过串口与传统配电自动化终端通信的规约转换器，它能够解析常用电力通信规约，进行电网实时数据分析，通过以太网接口和IEC104规约传送到上级电力监控中心；软件设计采用多任务处理，保证了每项工作的实时性和可靠行，并充分考虑了电力环境下的电磁兼容等特性，满足智能配电网对终端通信的各项的需求。

关键字：RCM3200,Rabbit3000, μC/OSII,配电自动化，电力通信规约转换

一：引言

智能电网代表着当今世界电力系统发展变革的最新方向，国家电网提出了将建设“坚强智能电网”的目标，配网自动化系统是智能电网的重要组成部分，现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量快速增加，对配网自动化系统和开关站自动化系统的数据通信提出了越来越高的要求，故通过网络实现远动信息(遥测、遥信、遥控和遥调信息)的迅速、可靠、高效传输成为现在智能电网信息传输的发展趋势。但是，现有运行中的FTU、保护装置等自动化终端都是采用串口通信，而通用串口转网络的装置都是单个串口，并且都是透明数据传输，没有办法处理电力通信规约，也没有实时数据处理的能力。本文重点讨论在RCM3200嵌入式模块上，通过μC/OSII多任务操作系统，开发出能够通过串口与传统配电自动化终端通信，并具备电力通信规约处理能力和实时数据处理能力的规约转换器。 二：RCM3200嵌入模块简介

RCM3200模块由Rabbit 3000及支持以太网通信的组件和存储器组成的嵌入式模块。Rabbit3000芯片是使用8位嵌入式处理器为内核，将PC机的主要硬件集成在一张信用卡大小的主板上, 将操作系统或应用软件存储在Flash芯片中的片上系统。Rabbit3000嵌入式片上系统功耗低、可靠性高、功能强大。

RCM3200片上系统资源包括：一个10M的以太网接口、512K内部闪存（用于存储程序）、512K静态RAM（用于存储数据）；外围资源包括：6个串行通信口、7个8位I/O并行口、一个实时钟和一个异步时钟串行口（用于写入程序）,这些特点非常适合于在工业场合中的应用。Rabbit3000开发环境采用Dynamic C编程语言，支持μC/OSII多任务实时嵌入式操作系统。

三:系统架构设计

介绍RCM3200开发的电力系统配电通信规约转换器的开发

通信规约转换器的功能是通过串行接口(RS232/RS485)接入自动化设备（如FTU、RTU），并进行数据处理与转发。因此系统架构涉及三部分：通信收发、规约解析和自动化装置实时数据处理,如图3.1所示。

图 3.1 系统结构示意图 3.1 硬件设计

本系统硬件设计主要围绕RCM3200的接口资源,把RCM3200作为核心模块，通过双列直插连接器与扩展底板进行连接，把6个串口和7个8位I/O并行口等资源引到扩展底板上，在底板上通过外电平转换芯片MAX把串口扩展出来，由于一个开闭所中的电力终端设备数量较多，需要使用RS485总线方式通信，而部分设备又需要RS232串口方式通信，所以，串口设计为可通过跳线改变接口类型，满足RS232和RS485通信方式的转换，同时考虑电力环境电磁干扰强特点，对串口进行光电隔离设计。利用8位I/O并行口PB作为控制运行信息指示灯。

3.2 实时操作系统设计

本系统最主要的功能就是完成串行接口和网络接口间的数据交互。程序需要处理多个通信任务和实时数据处理任务，如果采用状态机的开发模式，程序复杂，调试周期长。通过分析比较，采用μC/OSII作为系统任务调度的操作系统，μC/OSII是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核，属于可剥夺型内核，可移植、可裁剪，最多可管理64个任务，其每个任务都拥有自己独立的堆栈。μC/OSII提供了丰富的系统服务功能比如：信号量、消息邮箱、消息队列和时间管理等，这些功能可以帮助用户实现非常复杂的应用。由于本系统各种类型的通信任务对系统的实时性和可靠性要求比较高，采用μC/OSII实时操作系统可以有效地对任务进行调度，对各任务赋予不同的优先级可以保证任务及时响应，而且采用实时操作系

介绍RCM3200开发的电力系统配电通信规约转换器的开发

统，降低了程序的复杂度，方便程序的开发。

RCM3200的开发环境Dynamic C支持μC/OSII嵌入式系统，通过#use ucos2.lib就可以引入μC/OSII，在程序中就可以调用相关函数，如操作系统初始化、任务之间的信号量的建立以及任务间通信用的消息队列建立的代码如下所示：

OSInit()；//操作系统初始化

semRTU = OSSemCreate(1); //创建数据访问临界信号量

port_res[1].hCMD = OSQCreate(&MsgQB[0], MSG_QUEUE_SIZE); //创建任务消息队列；

Error = OSTaskCreate(TaskLedRun, NULL, 512, 2);//创建任务

3.3 任务模块设计

3.3.1 串口数据处理

规约转换器与开闭所内配电自动化终端的通信就通过串行口，规约采取变位扫描方式，即在正常情况下，规约转换器定时向自动化终端问全数据(包括遥侧、遥信、遥脉和遥控)和不断扫描变化数据(如SOE)从而获得所需信息，定时向自动化终端进行一次对时命令。遥控则采用了校核的控制方式，即对配电自动化终端转发的遥控预选和执行命令，由规约转换器进行确认，此后才将其转发给自动化终端。

串口规约解析支持IEC101、IEC103、modubs等通信规约，配电网实时数据经规约解析后传给实时数据处理任务，同时接收实时数据处理模块传来的命令指令。

3.3.2 网络数据处理

网络数据处理模块主要完成与上级主站的数据通信，通过与实时数据处理任务交互，进行电网数据打包转发，系统采用基于以太网的IEC104电力通信规约，规约转换器侧为服务器端，建立TCP监听服务，端口为2404，当上级电力配网自动化主站发起通信链接请求时，与主站软件建立一个SOCKET通道，然后，根据IEC104规约标准，进行通道数据初始化，按照规约要求进行电网实时数据帧封装。

3.3.3 电网实时数据处理

实时数据处理模块主要完成处理由串口规约传来的电网实时数据，根据系统配置对数据进行分类、越限等处理，把处理后的数据存到自动化终端定义数据表中，接收网络通信任务对实时数据的打包处理请求，把请求结果提交给网络通信模块。接收转发主站系统下达的控制、对时等命令。

四：结束语

本文讨论的规约转换器是以 RCM3200为核心， 以μC/OSII嵌入式实时操作系统开发

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和设计，重点介绍了系统的硬件框架和软件架构。该系统已在配电自动化改造中应用，系统运行良好，工作稳定可靠。

参考文献

【1】Rabbit Semiconductor Inc.RabbitCore RCM3200 User’s Manual, 2006

【2】Rabbit Semiconductor Inc.Dynamic C TCP/IP User Manual Volume, 2006

【3】陈霞 韩国政 通信管理机的设计和功能实现 《电气化铁道》 第5期 2009年

【4】郑恭明 μC/OS-II的实时性任务调度分析 电脑开发与应用 第11期 2009

【5】何松 李育灵 IEC-104规约应用分析 山西电力 第4期 2007年