大型小区智能综合信息管理系统的设计
姜 姝
(广东省深圳市供电局,广东深圳518001)
摘 要:介绍了智能小区配电管理系统的硬件组成及基于
ARM嵌入式系统的软件实现,包括系统任务的划分、GUI设
计、负荷控制以及通讯系统的详细介绍,为其他基于嵌入式芯片的智能化监控系统提供了高性价比、图形化的高效开发模
式。
关键词:智能小区;嵌入式系统;CAN总线
中图分类号:TP311.1 文献标识码:A 文章编号:167227800(2010)03200203
荷节能管理、设备故障保护、数据存储及显示等问题,实现了一
0 引言
大型智能小区采用智能化系统设计,融合了计算机技术、自动控制技术、通讯与计算机网络技术等各种新技术,旨在为用户提供更为安全、舒适、方便快捷的居住环境。尤其是人类社会进入知识经济时代以后,信息资源的传播也日趋重要。住宅和住宅小区是我国基础设施信息高速公路的最终用户,所以住宅小区智能化是提高其技术性能和使用功能,推动住宅建设事业发展的重要手段。整个小区智能化系统框图一般大致如图1所示,主要包括安全防范系统、信息管理系统,通信及宽带服务系统等几个主要部分。
套成本较低、可靠性较高的智能小区配电管理系统。
1 配电管理系统所实现的功能
作为整个小区的能源心脏,配电管理系统的主要任务是检测小区内机电设备的工作状态及供配电质量,监测能量分配情况,根据高质量的供配电要求,做出自动控制。具体要实现以下的功能:
(1)安全功能:负责小区的安全功能,如小区门口摄像头监控系统;
(2)小区配电系统状态监控及显示:包括高/低压进线、出线与中间联络断路器状态;电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数的自动测量、显示及报警;
(3)对采集数据进行分析处理,在正常状态下合理地进行负荷分配,在故障状态下合理区分负荷重要性等级,按负荷的重要性制定投切方案,在线监测投切方案的实施;
(4)设置和读取负荷的保护参数,实现对负荷的自动运行
图1 小区智能化系统示意图和停止进行控制,同时系统数据库按方案要求及时保存数据。
该管理系统除了实现上述保证安全、正常供配电的控制外,还能根据监控装置中计算机软件设定的功能,以节约电能为目标对系统中的电力设备进行管理,主要包括:
(1)变压器运行台数的控制;
(2)合约用电量经济值监控;
(3)功率因数补偿控制及停电复电的节能控制。
事实上,在图1中的大型小区智能化系统中,也应该将小区的节能管理纳入其中。以笔者所在小区为例,小区有60盏路灯,每盏路灯的功率为60W,按每天10个小时计算,每盏路灯的年用电量为219度,60盏路灯共需要13140度。而在前半夜,由于电力系统负荷较重,电压下降,使得路灯的照明效果下降;到后半夜,由于电力系统负荷下降,造成电压升高,使实际的用电量比理论用电量还高。小区节能管理一方面可以实行节能改造,如将路灯改为太阳能、风能路灯,也可以将路灯换为LED等,但是这些改造存在的缺点是一次性投入较大、后期的维护更加困难等。针对上述问题,本文设计了一种成本较低的基于嵌入式系统的大型小区节能管理系统,给出了其硬件组成和软件设计流程,该系统能够解决配电状态监控及报警、负
2 配电管理系统的硬件构成
2.1 硬件构成特点
(1)采用16位微机组成整个系统的远动终端(RTU)和智能控制终端(ICU),用以形成速度快、实时性好的集散型控制系
作者简介:姜姝(19802),女,吉林通化人,深圳市供电局工程师,研究方向为高电压实验和用电监测。
90
软件导刊 2010年
及
统。
(2)硬件结构统一规划以求模块化、标准化。根据在实际运行中所控制的对象不同而运用不同的组成元件与采集板卡,实现完整监控。连接不同的软件可形成不同的数字模块,极大提高了配电设备的适应性和可维护性。
(3)采用CAN总线方式可提高系统集成度,节省缆线和工程费用。
(4)设计简单,容易维护。一套系统的组装和接线的工作量很少,用户只需将电压、电流、断路器(或其他需监视装置)位置信号和控制信号接入监控端口,各项保护功能就可由内部软件实现。整个布线简单、维护和校验工作大为简化,使用非常方便。
(5)与系统软件配合,将每台前端机上的通信接口都与主机相连。应用现场总线技术,组成分散化、网络化的配电管理系统,实现真正意义上的全自动操作。
2.2 系统硬件构成
miniGUI操作界面,其软件系统框架如图3所示。系统需
要建立系统通讯、GUI、数据处理和决策系统、文件系统、输入输出设备驱动以及各种相关控制模块,系统组织庞大,且各模块之间的交互性强,多数模块属于并行工作,如系统在运行监控时可查看、导出数据和决策历史。考虑到以上难点,本文采用嵌入式系统下常用到的
uc/OS2II操作系统,这种基于优先级
的抢占式实时多任务嵌入式操作系统可以将各个事件解耦,并能更好地利用CPU资源。
(1)控制中心设备
控制中心安装主控机、显示器、打印机、键盘、备用电源、报警设备等。操作台上有电源开关、遥控开关、遥控按钮、模拟盘电源、开关指示灯面板等。
(2)小区各楼控制室设备
控制主机可安装在楼内值班室。传感器信号通过总线传至本楼控制主机及控制中心主控机。对电量进行遥测、遥信、遥控。
(3)现场数据采集和控制设备
现场设备全部采用16位单片机组成的RTU及ICU。各遥测点电流,电压,负荷等信息通过传感器发送至ICU,ICU通过RTU与各楼控制主机及控制中心主控机。ICU通过设在配电系统内的接触器来实现预定程序中对电源的控制。
整个系统硬件框架如图2所示:
图3 配电管理系统结构图
系统摒弃了以往的事件驱动方式,采用了windows操作系统的消息驱动模式,即系统负责接受所有的事件,并将这些事件转换成一条条的消息后送入到响应的模块消息队列中,而模块自己将从自己的消息队列中获得消息,做出响应或进行处理。
3.2 多任务系统
系统中的任务共分为几个部分:
(1)数据采集处理任务:对各种实时遥测信号进行采集,并送入各楼控制主机及控制中心主控机;
(2)人机交互任务:提供GUI界面,对配 电状态进行监控及报警,同时对各种按键消
息做出响应。
(3)通讯任务:对下层面向实时控制的 通讯任务和对上层面向管理的通讯任务。
(4)负荷节能管理任务:对小区负荷和 电力供应进行跟踪,根据监控装置中软件设
定的功能,以节约电能为目标对系统中的电
力设备进行管理。
(5)设备故障保护任务:对现场设备和 控制设备提供完善的保护和控制。
(6)文件系统管理任务:对系统正常运 行和故障运行时的遥测量的存储。
软件设计具体细节本文限于篇幅不再 详述。该多任务系统功能完善,而嵌入式的
结构同时满足了较好的经济型和可靠性,具有相当的经济性和可实现性。
图2 系统硬件框架
3 配电管理系统的软件实现
3.1 软件设计框架
4 GUI实现方法
GUI要求直接或间接地掌握所有资源如USB,节能算法,当前工作状态,并且能根据用户的输入、用户的预设控制方案
该系统采用当前流行的ARM处理器,uc2os操作系统以
第3期 姜 姝:大型小区智能综合信息管理系统的设计和系统运行状态反馈做出正确的逻辑判断,从而进行状态的转换,包括画面的跳转、指令的传递以及紧急状态的处理,而模块的精心封装使得GUI能简洁高效地运行,不被诸如算法处理、琐碎的画图及各种设备的控制所拖累。其主要程序代码如下:
多任务系统中GUI的部分主要代码如下:staticintmain-window(){
WM-HWINhWindow;
msg-init();
flash-info-init(flash-config);//创建窗口,并设定回调函数
hWindow=WM-CreateWindow(0,0,LCD-WIDTH,LCD-HEIGHT,
WM-CF-SHOW|WM-CF-MEMDEV,&-cbWindow,0);
WM-SelectWindow(hWindow);WM-SetFocus(hWindow);WM-Exec();to-exit=0;
dprintf(“mainwindowenter\\n”);while(to-exit==0){
intmsg;ret=0;to-exit=0;
//检测是否有消息进入,并调用相应的回调函数
if((msg=msg-get())!=GUI-KEY-NONE){on-key(msg,hWindow);}elseif(to-exit==0){while(!GUI-Exec()){flash-move(hWindow);
status-update();//更新一些常用状态Draw-Pattern(hWindow);GUI-X-ExecIdle();}}}
WM-DeleteWindow(hWindow);returnret;}
//回调函数-cbWindow
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staticvoid-cbWindow(WM-MESSAGE3pMsg){intmsg;
switch(pMsg2>MsgId){//调用GUI-lib库进行画图,caseWM-PAINT:
repaint-window();break;//发送按键消息
caseWM-KEY:
msg=((WM-KEY-INFO3)(pMsg2>Data.p))2>Key;
msg-send(msg);break;
//处理其他消息如设置背景颜色,对话框大小等default:WM-DefaultProc(pMsg);}}
5 结束语
由于行业的特点,目前国内外市场的智能小区配电管理系统基本以工控机为主,其价格昂贵,在小区配电中显得浪费。考虑到新一代的ARM处理器的高速度、高精度,同时结合大面积的RTU和ICU以保证数据采集和设备控制的可靠性,将其应用于智能小区配电管理系统有着广泛的前景。目前该系统仍处于测试阶段。参考文献:
[1] 郭培源.电力系统自动控制新技术[M].北京:科学出版社,2001.[2] 迟岩,庄谐.低压配电监控系统在智能住宅小区中的应用[J].工业控
制计算机,2003(4).[3] 赵青云.智能小区配电系统控制技术研究[J].山西师范大学学报(自然科学版),2008(2).[4] 李晓轮.基于CAN总线的楼宇监控系统设计[J].电子元器件应用,
2006(10).
[5] TheodoreWildi.ElectricalMachines,Drives,andPowerSystems
[M].北京:科学出版社,2002.
(责任编辑:卓 光)
TheDesignofDistributionManagement
SystemforInteligentCommunity
Abstract:The
papermainlyintroducesthehardwarecomponentsofIntelligentCommunityDistributionManagementSystemand
softwareimplementationofARM2basedembeddedsystems,includingthetaskdivisionsystem,GUIdesign,loadcontrolandcom2municationsystemsindetail.Thepaperprovidesacost2effective,efficientgraphicaldevelopmentmodelforotherintelligentmonito2ringandcontrolsystembasedonembeddedchips.
KeyWords:IntelligentCommunity;EmbeddedSystem;CANbus
