一種智能控制器的實時控制系統的製作方法

2023-09-16 07:23:45 2

專利名稱：一種智能控制器的實時控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能控制器軟體實時控制系統，更涉及一種固定循環周期
前後臺實時控制系統，尤其適用於萬能型空氣斷路器(ACB)的控制器。
背景技術：
在萬能型空氣斷路器(ACB)的應用中，其智能控制器的軟體控制系統極其 複雜。其軟體設計框圖如圖l所示， 一般包括電流電壓採樣、電網參數計算、 保護判斷、動作脫扣、調整旋鈕輸入、鍵盤顯示、通訊衝莫塊、故障報警記錄、 時鐘模塊等。
智能控制器是ACB智能斷路器的核心控制部件，其軟體控制系統設計的優劣 關係到ACB智能斷路器工作的穩定性和可靠性，更關係到其過電流保護特別是 瞬時短路故障保護分閘動作的及時性，要求其實時監測電網電流信息並計算判 斷迅速脫扣。
目前，智能控制器軟體設計大都採用筒單的前後臺軟體設計方法，其軟體程 序流程圖如圖2所示，前臺事件主要為通訊中斷、AD採樣中斷、定時中斷等異 步事件，後臺任務主要處理AD採樣、電網參數計算、保護判斷、動作脫扣、通 訊處理等任務，整個系統是一個無限超循環系統。這種筒單的前後臺控制系統 最大的優點是設計簡單、流程容易控制；但其任務執行是由一個完整的電網周期 AD信號採樣和其它保護脫扣等任務組成，循環周期將大於電網周期，在執行保護 脫扣等其它任務時未能進行AD信號採樣，造成電網信息丟失、保護滯後等現象 發生；並且由於前臺中斷事件(通訊等)發生，其循環周期可能不一致，從而其 保護時間 一致性較差，很難精準控制時間。智能控制器軟體設計的另 一種方法是論文《一種低壓框架式斷路器的智能脫
扣器的研製》中提到的實時作業系統RTOS,運用實時多任務原理對各個功能模 塊實行任務調度。該方法可以較好保證保護的實時性，不會造成電網信息的丟 失，並且程序模塊化好、閱讀性好，也便於後期維護修改。但該方法設計複雜， 存儲器佔用空間太大， 一個電網周期只採集12點信號，保護精度可能過低；每 周期都必須對任務調度12次，花費大量的時間在任務堆棧保護和數據存儲上， 增加了 CPU的工作負荷；並且在一個AD中斷服務程序中又處理大量的保護和計 算任務，可能會佔用大量的CPU時間，將導致其它前臺異步事件如高速通訊事 件的丟失。
綜上所述，簡單的前後臺設計方法其循環周期大於電網周期，導致電網信息 丟失，保護滯後等現象；而採用實時作業系統RTOS其設計複雜，很難在保護精 度(AD採樣點足夠多)和調度算法浪費時間上達到一個平衡。

發明內容
本發明專利針對以上不足，通過釆用改進的前後臺i殳計方法，既保證後臺 任務循環周期等於電網周期，不會造成電網信息丟失，也確保了足夠多的AD信 號採樣，保護精度得到提高。
本發明專利是通過以下技術方案來實現的
基本原理是包括任務分開的前臺事件處理和後臺任務處理，後臺任務處理 不負責AD採樣處理，只負責計算、保護、脫扣執行以及鍵盤顯示等任務處理， 前臺事件處理負責定時中斷、AD採樣中斷、通訊中斷等異步事件處理，並且保 證後臺任務處理的循環周期等於電網周期。
進一步的，所述循環周期採用分解為多個"時間片，，累加實現，並採用定 時器對"時間片"進行定時計數。通過把固定的電網頻率周期分解成若干個固定周期的"時間片"(40個、500pS)，並採用定時器對"時間片"進行定時計數。 系統在每個"時間片，，定時終點都將打斷後臺任務啟動AD採樣，並重新計時恢 復至後臺被中斷點繼續運行；緊接著，AD採樣完成也將進入中斷存儲AD轉換數 據，處理完畢後恢復後臺任務；後臺保護任務執行期間始終都將定期被前臺"時 間片，，定時和AD採樣中斷所打斷，前後臺行為在整個循環周期一直交叉進行。 進一步的，後臺多任務執行控制方法是根據後臺任務的重要性分別區分為 重要任務、突發任務以及空閒任務；重要任務為電流電壓計算、保護判斷、脫 扣執行等；突發任務為通訊處理等；空閒任務為LCD顯示、1S處理等；每循環周
期，重要任務必須被執行；而當有前臺通訊中斷事件時其對應的突發通訊處理會 被操作；一般性的空閒任務，會被安排在空閒的時候進行。突發任務和空閒任務 其實時性要求不高，不要求在一個循環周期內完成，並且其任務執行的時間較長: 可採用單任務分批多周期執行控制方法來執行。
進一步的，所述的單任務分批多周期執行控制方法是指突發任務或空閒任 務其執行時間較長，無法在一個循環周期內完成，根據其執行時間分解成若干 部分，每循環周期只完成一小部分，實現分批多周期完成；例如，LCD顯示可分 成顯示數組生成、LCD擦除、LCD顯示等三個子任務，每個周期只執行一個子任 務，這樣就可以保證在一個循環周期不會溢出電網周期。
進一步的，所述的前臺異步事件包括50(VS時間片定時中斷、AD採樣完成 中斷以及通訊接收發送中斷等，為保證各個前臺行為不會互相衝突，要求其前 臺中斷事件服務子程序必須快速執行，從而避免了某個前臺中斷事件過多佔用 CPU時間而導致其它前臺中斷事件的丟失，同時也保證了後臺任務處理的及時 性。本發明的技術方案不僅解決了已有的簡單的前後臺設計方法其循環周期大 於電網周期，導致電網信息丟失，保護滯後等現象，而且也解決了實時l乘作系
統RT0S其設計複雜，很難在保護精度(AD採樣點足夠多)和調度算法浪費時間 上達到一個平衡的不足。因此，本發明的技術方案更具優勢，是一種控制精度 高、控制信息不易丟失的實時控制系統，特別適用於ACB智能控制器，而且也 適用於電子式塑殼斷路器、MCC電動枳i控制保護器等採用MCU孩i控制器軟體控制、 保護實時性4交高的場合。


圖l是ACB智能控制器功能結構圖； 圖2是已有的簡單的前後臺控制系統流程圖； 圖3是本發明的實時控制系統流程圖； 圖4是本發明的實時控制系統單周期時序圖； 圖5是本發明的實時控制系統多周期時序圖； 圖6是本發明的實時控制系統的單任務分批多次執行流程圖； 圖7是本發明的實時控制系統的前臺中斷任務流程圖。
具體實施例方式
現結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。
如圖3所示，本發明的實時控制系統的控制方式流程圖，包括任務分開的 前臺事件處理2和後臺任務處理1。所述的後臺任務處理1包括AD採樣值計 算ll、電網參數計算12、保護判斷13、脫扣執行14、 LCD顯示15等。所述的 前臺事件處理2中的異步事件包括500pS時間片定時中斷21、 AD採樣中斷22、 通訊中斷23等；前臺事件處理2的一個循環周期等於電網周期，時間片定時中 斷21每500jxS定時中斷一次用於時間定時計悽i並啟動AD採樣， 一個循環周期將定時中斷40次並AD採樣40點，足以保證保護計算的準確性。其具體的CPU 執行時序圖為如圖4所示單周期時序圖，該時序圖進一步詳細說明了前後臺各 個任務執行的順序，從中也說明了前後臺任務是相互交叉進行的(後臺任務被 前臺定時、AD釆^^中斷所打斷)。如圖3所述的實時控制系統的控制方式流程圖中，後臺任務處理l是多任務 處理，並根據任務的重要性分別區分為重要任務、突發任務以及空閒任務；重 要任務為AD採樣值計算11、電網參數計算12、保護判斷13、脫扣執行14、鍵 盤掃描處理17、旋鈕掃描處理16等；突發任務為通訊處理18等；空閒任務為 LCD顯示15、 1秒處理19等。每循環周期，重要任務必須^皮執行以保證過電流 保護的實時性；而當有前臺事件處理2產生前臺通訊中斷事件時，才艮據其事件標 志位進行處理；一般性的空閒任務，如LCD顯示15、 1秒處理19,會被安排在空 閒的時候進行。具體的後臺任務處理1的多任務執行順序如圖5的多周期時序 圖所示，該時序圖進一步詳細說明了後臺各種重要性不同的任務執行的周期， 從圖5中可得知，AD釆樣值計算11等重要任務的循環周期為一個電網周期20 mS，空閒任務1S處理等的循環周期為1S，而突發事件通訊處理18則必須根據 通訊接收中斷標誌位才進行處理，其執行時間點將4艮據外部通訊事件而定。突發通訊處理18任務和空閒LCD顯示15任務其實時性要求不高，不要求在 一個循環周期內完成，並且其任務執行的時間較長(通訊處理最長可達到10m S,LCD顯示可達到5mS),如果全部在一個循環周期內執行，這樣所有任務的 處理將導致周期時間溢出(包含大於20mS)，因此可採用單任務分批多周期執 行控制方法來執行，根據任務執行時間分解成若干部分，每循環周期只完成一小 部分，實現分批多周期完成；例如，LCD顯示15可分成顯示數組生成、LCD擦 除、LCD顯示等三個子任務，通訊處理18又包含查詢幀校驗、功能碼處理、響應幀回復等，每個周期只執行一個子任務，這樣就可以保證各個子任務在一個循環周期內不會造成CPU太多的開銷，整個循環周期不會溢出電網周期。另一點，各個子任務執行周期又不要求一定相繼完成，之間可以有間隔周期，依循環周期任務的繁忙程度而定，這就給程序設計帶來很大的靈活性。參閱圖6所 示的單任務分批多次執行時序圖，其給出了 LCD顯示15多次分批執行的一個例 子，顯示數組生成151、 LCD擦除152、 LCD顯示輸出153等三個子任務分別在 三個不同的循環周期內執行。為了保證一個循環周期等於電網周期，還有一個重要的關鍵點是前臺事件 處理2中的異步事件，包括500pS時間片定時中斷21、 AD採樣完成中斷22以 及通訊接收發送中斷等23的處理。其中斷服務子程序處理的事情必須儘量少， 佔用的時間開銷短。這樣， 一方面可以保證各個前臺行為不會互相衝突，避免 某個前臺中斷事件過多佔用CPU時間而導致其它前臺中斷事件的丟失；另一方 面，在同一個循環周期時間內，前臺事件處理2時間少，相對的後臺任務處理l 的時間就多，也就能夠保證後臺任務處理1中重要任務(如電網參數計算12、 保護判斷13、脫扣執行14等)處理的及時性，整個循環周期都能夠控制在電網 周期以內。參閱圖7所述的前臺中斷任務流程圖，圖中描述了各個前臺的異步事件處 理的流程圖，各個前臺中斷服務子程序處理的事情都極少，花費的時間非常少， 甚至在10pS以內；比如，通訊中斷23服務子程序只進行通訊接收數據的存儲， 而不進行查詢幀校驗、功能碼處理、響應幀回復等後臺行為。本發明的智能控制器的實時控制系統不僅適用於ACB智能控制器，而且也適 用於電子式塑殼斷路器、MCC電動機控制保護器等釆用MCU微控制器軟體控制、 保護實時性較高的場合。儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員 應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內，在形式 上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種智能控制器的實時控制系統，其特徵在於，包括任務分開的前臺事件處理和後臺任務處理，後臺任務處理不負責AD採樣處理，只負責計算、保護、脫扣執行以及鍵盤顯示等任務處理，前臺事件處理負責定時中斷、AD採樣中斷、通訊中斷的異步事件處理，並且保證後臺任務處理的循環周期等於電網周期。
2. 根據權利要求1所述的實時控制系統，其特徵在於所述循環周期採用分解 為多個"時間片"累力口實現，並採用定時器對"時間片"進行定時計數。
3. 根據權利要求2所述的實時控制系統，其特徵在於所述的"時間片"的周 期為500juS，數量為40個。
4. 根據權利要求1所述的實時控制系統，其特徵在於所述的後臺任務處理是 多任務執行控制方法，並按處理事件的重要性分別區分為重要任務、突發任 務以及空閒任務，每循環周期，重要任務必須被執行，而當有前臺中斷事件 發生時其對應的突發任務會被操作， 一般性的空閒任務會被安排在空閒的時 候進行。
5. 根據權利要求4所述的實時控制系統，其特徵在於所述的重要任務為電流 電壓計算、保護判斷、脫扣執行等；所述的突發任務為通訊處理等；所迷的空 閒任務為LCD顯示、1S處理等。
6. 根據權利要求4或5所述的實時控制系統，其特徵在於所述的突發任務和 空閒任務可採用單任務分批多周期執行控制方法來扭^亍。
7. 根據權利要求6所述的實時控制系統，其特徵在於所述的單任務分批多周 期執行控制方法是指突發任務或空閒任務其執行時間較長，無法在一個循環 周期內完成，根據其執行時間分解成若干部分，每循環周期只完成一小部分，實現分批多周期完成，保證在一個循環周期不會溢出電網周期。
全文摘要
本發明涉及一種智能控制器軟體實時控制系統，更涉及一種固定循環周期前後臺實時控制系統。本發明的智能控制器的實時控制系統，包括任務分開的前臺事件處理和後臺任務處理，後臺任務處理不負責AD採樣處理，只負責計算、保護、脫扣執行以及鍵盤顯示等任務處理，前臺事件處理負責定時中斷、AD採樣中斷、通訊中斷的異步事件處理，並且保證後臺任務處理的循環周期等於電網周期。所述的後臺任務處理是一種多任務執行控制方法，保證重要任務周期性進行、突發任務優先進行以及次要任務空閒進行等；針對長周期任務進行單任務分批多周期執行控制方法。本發明的實時控制系統相對已有技術更具優勢，是一種控制精度高、控制信息不易丟失的實時控制系統。
文檔編號H02J13/00GK101599663SQ20091011215
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者張招賢, 方理勇, 鄭坪坪 申請人:廈門士林電機有限公司