摘要：根据电力系统的特点和要求，设计了以嵌入式CPU为核心，扩展了多串口板、开关量输入板、开关量输出板、模拟量采集模块的监控模块；软件具有强大的组态能力，通过网络能与电力系统监控后台通信，实现电力系统的集中监控。
关键词：电力系统；监控；嵌入式；CPU数据；库网络服务器
1引言
电力系统是由发电厂、变电所、输电网、配电网和用户的用电设备等组成，并由调度控制中心对全系统的运行进行统一的管理。电网监视和控制的计算机信息系统是为电网运行管理服务的特殊的信息系统，简称为电网监控系统。它是电力系统中一个功能比较专一的系统，同时也是一个不可缺少的现代化手段。
2监控硬件模块
从组成来看，嵌人式系统包括硬件和软件两个部分，是两者的紧密结合。整个系统可以看成由微处理器、内存、软件系统、输入和输出四个部分组成。嵌人式电网监控系统硬件部分主要包括数据采集控制部分、嵌人式CPU板、液晶显示器、触摸屏等。
嵌人式系统的核心部件是嵌人式处理器。嵌人式系统通过网络设备与外界联系，接收外界数据并在处理后通过网络传出。本系统中采用以太网接口与电力系统监控后台通信，实现电力系统的集中监控和“四遥”功能。
人机接口采用液晶显示和触摸屏输人。与通用计算机相类似，嵌人式系统有时候也需要键盘或者鼠标一类的输人设备。但不同的是，嵌人式系统需要的是有限定的小键盘。为了控制方便起见，本文研制的监控系统采用触摸屏。
开关量输出板采用光藕和继电器二级隔离，工作可靠。开关量输人板采用光藕隔离，考虑到工业现场环境的恶劣性，在硬件和软件上都采取了一些抗干扰的措施。
3监控模块软件
软件部分是整个嵌人式系统的关键部分，主要包括操作系统软件和应用程序两部分，完成数据采集、数据处理、智能决策与控制、数据库的操作、人机图形界面、基于Web的网络监控等功能。操作系统采用基于RTLinux内核的自定制操作系统。
程序各进程间的通信主要通过共享内存的机制来进行。远程测控（基于Web的网络测控）通过对数据库的操作，向数据库的控制表写控制规则，再由程序将控制信息读到共享内存区，经输出控制模块进行智能处理、决策后实现测控操作。历史数据查询显示直接通过对数据库的操作来实现。
3.1操作系统的定制
许多简单的嵌人式系统并不需要嵌人式操作系统（如单片机控制）。但是，随着嵌人式系统复杂性的增加，操作系统显得越来越重要。操作系统是计算机系统中最重要的组成部分之一，它是用户与计算机之间的接口。操作系统必须具有两方面的功能：一是为用户提供各种简便有效的访问计算机资源的手段，二是要合理地组织系统工作流程，对系统进行有效地管理。为了实现上述的基本功能，需要编制不同的功能模块，按层次结构将各个功能模块有机地组织起来，建立各种进程，以完成处理器管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和作业控制等主要功能。
和一般的计算机应用系统不同，由于电力系统具有发电、输电、变电、配电和用电一次同步完成的特点，实时性很强。标准Linux系统是一个“非抢占式”的系统，当一个进程被系统调用并处于运行状态时，是不允许进程进行调度的。这就意味着一旦系统调用中有某个任务正在执行，那么该任务就会控制处理器，直到系统调用结束，而不管其使用处理器时间的长短，很容易导致一些更重要的任务（如报警）在等待系统调用完成的过程中被延误，系统不具备实时性。因此，选用了具备“抢占式”运行的RTLinux内核，在此基础上进行系统自定制，很好地满足了系统实时性和可靠性的要求。
嵌人式RTLinux的全部设计思想基于实时应用的划分。在这里，一个实时应用被划分成了一个运行于实时核心之上的实时进程及运行于Linux核心上的分时进程；RTLinux并没有对Linux内核作大的改动，而是利用Linux内核模块机制，采用插人模块的方式，通过一个独立的内核来管理实时任务。在加载了RTLinux内核之后，原来的Linux内核就作为实时操作系统的一个空闲任务，仅当没有实时任务要运行时才执行。
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定制操作系统的关键是根据内存与CPU处理器的速度、DOC （Disk On Chip）等方面的限制，减少系统所需的资源。为此从发行版着手，裁减了不需要的模块，保留了引导工具、Linux微内核（包含内存管理、进程管理、事务处理等）、初始化进程，添加了相应的硬件驱动程序、实时内核、TCP/IP网络堆栈等。实现步骤如下：
3.1.1重新编译Linux内核，去除不需要的模块，添加需要模块。
3.1.2重新编写触摸屏驱动，使其运行不需Xfree86的支持，从而实现把系统定制得更小。
3.1.3重新编写以太网和串口驱动程序。
3.1.4定制后移植并编写init程序。
3.1.5安装应用程序。
3.2数据采集
从配电系统自动化的实现来看，最基本的功能应该是数据采集，这是实现其他功能的基础。数据采集的任务就是采集配电系统输出的模拟量和状态信息信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视；其中一部分数据还将被计算机控制系统用来产生某些控制命令的物理量。由于电力系统、发电厂或变电站的一次电流和电压都是大电流或高电压的信号，不能直接送至A/D转换器，所以必须将变电站电压互感器或电流互感器输出的强电信号，经过一个小电压互感器或小电流互感器，变换成A/D转换器所能接受的电压信号。
4 电力通信网中无线光通信的实际应用
目前，近距离固定点间的无线光通信已经在电力通信网实际中得到了应用，具体如下：
（1）无线光通信在电力通信网局域网连接中的应用。在电力通信网的网络中，在新建的大楼和原有的大楼之间的局域网中无线光通信均得到了应用。由于无线光通信设备配备有标准的RJ45接口或光接口，对协议是透明的，因此非常方便地完成电力通信网局域网的连接。
（2）无线光通信在电力通信网城域网及边缘网中的应用。电力通信网城域网的建设可谓日新月异，通信带宽可达10Gbit/s，已基本上能够满足数据通信的需求。但随着城市的发展，以往的效区也在逐渐被纳入城市之中来，因此如何高效、低成本地对电力通信网城域网进行扩展及迅速占领新市场，已成为各大电信运营商十分关注的问题。
（3）无线光通信在电力通信网最后一公里接入的应用。随着对Internet需求不断地增长，电力通信网要求以宽带的方式加入Internet。虽然宽带接入的方式有很多，如ADSL、ISDN、FTTB+LAN等，但由于受各种因互的限制，例如公路开挖，第三地区无法使用微波等，现有的接入方式在解决宽带接入方面均有所不足，因此无线光通信就成了一种可知地的解决方案。
（4）对于新兴的电信网络运营商，快速组建电信网络的应用。无线光通信网络可以帮助其快速组建本地网，以较少的资金、人力和时间完成城域网建设；对于传统的电信网络运营商来讲，无线光通信网络系统可以作为其光缆传输系统的补充，用于不便铺设光缆的区域。无线光通信网络系统可以实现先组网再销售的商业模式。
5 结束语
在电力系统中无线光通信技术正以低成本的快速部署能力进入众人的视线，在城域或局域网中，这种技术成为了光纤网络的有益补充，开始得到广泛应用，也孕育了巨大商机。无线的网络空间可以自由驰骋，无线光通信技术提供了理想的畅想空间，而这一技术也在不断探索、研究中前行发展，以期待未来应用新的突破。
参考文献：
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[4]郝威，杨露菁.无线光通信在“宽带最后一公里”的应用[J].有线电视技术，2006（2）.
论文作者:白晨皓
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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