可编程逻辑平台及其在微机型保护中的实现
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摘要：随着变电站综合自动化程度的提高，微机型保护产品得到大量的应用，保护逻辑也趋向多样化要求。为了提高逻辑功能的适用性，提出了可编程逻辑的概念。在论述了可编程逻辑简单、灵活等优点之后，阐述了可编程逻辑面向对象的模块化设计原理 基于这种设计思想，利用面向对象的程序语言，提出了可编程逻辑软件平台的实现方法和开发步骤。
关键词：变电站综合自动化微机型保护 可编程逻辑 模块化
1 引言
随着计算机技术在电力系统中的广泛应用，变电站的综合自动化程度越来越高，现在已经发展到全面微机化的综合自动化系统阶段。微机型保护是综合自动化系统的关键环节，它的功能和可靠性水平，在很大程度上直接影响着整个变电站综合自动化系统的性能。随着微机型保护产品的广泛应用，产品的更新的速度越来越快，用户对产品的要求也趋于多样化，如果完全依靠修改软件很难满足工程的需要。一方面，由于保护逻辑方案是固定的。如果需要重新配置，会给程序的修改和调试造成许多麻烦。另一方面，编写不同类型的保护逻辑程序，存在着大量重复性工作，由不同的程序人员编写的程序质量也有所差别，程序的调试和兼容性都存在着一些不易解决的问题。
为了提高产品开发的效率和速度，提高保护产品的可靠性，便于产品的维护和升级，亟待开发灵活配置可编程逻辑的保护平台。
2 可编程逻辑平台的特点和功能
可编程逻辑软件平台是基于已形成的统一的硬件平台基础上进行开发的。它是一种面向对象的程序设计方式和元件模块化的软件平台。
2.1 特点
与传统的保护逻辑配置方式相比，可编程逻辑平台具有以下优越的特点!
2.1.1元件实行模块化操作
将保护中的基本功能，如与、或、非等做成元件模块，一个元件就是一个对象，具有特定的属性，以及处理事件的函数和方法。当配制保护逻辑图时，可以直接调用元件。这样就使程序设计人员摆脱了繁琐的代码操作，提高了工作效率。
2.1.2实行图形化的操作
将元件在图形界面中创建为图标，通过单击图形工具栏，绘制相应的保护元件，实现对保护元件的灵活操作，如拖动、剪切，复制等功能，图形界面友好、美观，程序设计人员可以专注于数据处理的问题。
2.1.3针对统一的硬件平台，具有完备的通用性
面对基于统一硬件平台的不同类型的保护装置时，软件平台中元件模块可以重复使用，使程序设计人员避免了大量的重复性工作，降低了工作强度。
2.1.4保护功能元件采用逻辑节点形式
在将逻辑图转化为图论学中的有向无环图时，对于保护逻辑图中的功能元件，不必考虑保护元件的类型，直接抽象为逻辑节点的形式，便于进行遍历搜索。
2.2功能
可编程逻辑平台可以应用于电力系统的监控和保护系统中，为用户配置保护逻辑提供的功能如下：
2.2.1提供调试功能
用户可以根据保护逻辑配置的需要，随时调用强大的保护元件库，添加保护元件，实现对控制算法的验证。
2.2.2提供图形化编程功能
在调用模块化的保护元件，完成对保护逻辑图配置后，就可以利用一定的搜索算法表示逻辑图，生成机器代码，下载到保护装置中，就可以及时调用保护程序。
2.2.3生成一定格式配置文件
这种文件利于保存，可以在需要时重新打开使用，提高编程的效率。
3 可编程逻辑的设计原理及实现
3.1 可编程逻辑的设计原理
本文将模块化编程的思想应用到可编程逻辑平台的设计过程中。在微机保护过程中，通过对保护逻辑图进行分析，保护功能被分解成一系列基本功能，然后对这些基本功能进行模块化编程设计。本文是利用面向对象的程序设计语言中“类”的概念来封装各种不同的功能模块，而且各模块之间相互独立，在进行维护和升级时互不影响。
用户可以根据相应的保护逻辑图，在可编程逻辑平台上，从元件库中调用需要的保护模块元件，搭建逻辑图，然后应用图论学中相关的理论，对逻辑图中的各模块元件之间的逻辑关系进行解析，按照一定的储存格式生成逻辑文件，最后将其通过RS-232串行通信方式下装到保护硬件平台上，这样就实现不同原理相应的保护功能。这样，只要系统发生故障，就可以根据对应的保护原理，快速、准确地切除故障。此外，可编程逻辑平台还能够从硬件平台中读取下装的文件，以便于用户对以前建立的保护逻辑文件进行修改和补充，具有可扩展性。
3.2可编程逻辑的实现
3.2.1通用的硬件平台
通用可靠、高效的硬件平台是实现可编程逻辑平台的基础，现在已开发出基于TI公司的TMS320F2812的DSP芯片的硬件平台。逻辑模块结构见图1。
目前，F2812是数字控制领域内性能最好的32位定点DSP芯片，无论是从运行速度方面，还是RAM和FLASH的存储容量方面，都能满足可编程逻辑硬件平台的要求，这也满足继电保护速动性的要求。
3.2.2保护元件模块的分类
可编程逻辑平台是应用面向对象的程序语言Builder c++6.0进行开发的。为了更好地发挥这种程序语言类的特点，提高软件的层次性和扩展性，对逻辑图进行解析之后主要分为几类模块Ⅲ，如上图1所示。
3.2.3模块的存储格式
存储的模块主要分为以下几类：输入模块，运算模块，过程模块，输出模块。各模块存储范围采用十六进制表示，如表1所示。
(1)输入模块包括：电流继电器，电压继电器，方向元件，阻抗元件，序分量元件等。
(2)运算模块包括：时间延时模块，闭锁模块，逻辑运算模块(与、或、非及多或)。
非(NOT)：Ox1000；默认非运算的输入量为1，对位于非模块之前的输入量进行取反运算：
与(AND)：0x10ZZ；第二位以0为标志，其中0x00
或(OR)：0xlAZZ；第二位以1为标志，其中0x00≤ZZ≤0xFF，ZZ表示输入量的个数：
多或(MOR)：0xlAZZ；第二位以n为标志，其中2≤n≤9，表示当有n个输人为1时，输出就为1；0x00
时间延时模块：0xlAZZ；第二位以A为标志，其中0x00≤zz≤0xFF，ZZ表示延时的时间：
闭锁模块：0xlAZZ；第二位以B为标志，其中0x00≤zz≤0xFF，ZZ表示输入量的个数。
(3)过程模块：后三位用于在每一次逻辑运算之后，对运算结果进行顺序标识，便于逻辑运算时调用。
(4)输出模块分为：信号继电器，出口继电器，指示灯模块等。
对于(1)和(4)，后三位均表示不同模块的标识。运算模块的逻辑运算规则为：当模块存储的第一位为1时，表示为运算模块，应该进行逻辑运算，然后查询第二位确定进行何种逻辑运算，再进一步查询后两位，确定逻辑运算的输入量的个数，最后调用相应的逻辑运算对前面确定的邻近输入量进行逻辑运算。在进行逻辑运算时，将需要进行逻辑运算的输入置于逻辑运算模块之前，对于输入模块直接将存储的编号写一遍，而对于逻辑输出，则将其对应生成过程变量写一遍。
4 可编程逻辑平台开发步骤
4.1开发用户界面
保护元件模块封装好之后，将按照特定的保护原理，绘制出继电保护的逻辑图。把每一个保护元件抽象为一个节点，确定每个节点的属性、建立节点之间连线。最终根据节点间连线关系’运用相关的图论学理论深度优先搜索算法。形成逻辑图的网络拓扑结构。
4.2解析逻辑图
逻辑图建立完成之后，需要对其进行解析和描述。首先将逻辑图(如图2)抽象为图论学中的有向无环图…。并对其进行拓扑排序(如图3所示)。然后根据深度优先搜索算法进行遍历搜索，将模块元件之间的逻辑关系表示出来。深度优先算法的遍历搜索过程(如图4所示)，它的访问过程为：E―AND2―AND1―A―B0R1―C―D。其中，A,B,C,D为输入量，E为输出量，AND1，AND2为逻辑与模块，ORI为逻辑或模块。
4.3可编程逻辑在微机保护中的实现
事先在保护装置中。载入一段高效的机器代码，它会不停地计算地保护逻辑图的每一个元件。一旦一次系统发生故障，保护就能够准确动作，隔离或切除故障。确保系统安全运行。
5 结论
用可编程逻辑来实现微机保护的新方法有简单、灵活、可靠、稳定等诸多优点，可以灵活地实现监控、保护和故障隔离的功能，这样对于提高变电站综合自动化系统的性能具有非常积极的意义。
可编程逻辑不仅极大地提高了微机保护程序开发的效率，将程序开发人员从繁琐重复的程序代码中解脱出来，而且保证了保护的可靠性和安全性，减少了保护程序中人为的错误因素。此外，可以不断地对元件库进行维护和更新，拓展应用的广度。强有力地推动了计算机技术在电力系统中的应用，促进了微机保护的快速发展，提高了电力系统的安全运行性能。