智能化电气设备专用操作系统的设计

【摘要】智能化电气设备已经在我国很多的建筑施工中都得到了应用，专用实时操作系统是智能化电气设备设计的要点。智能化电气设备给我们的生活带来了极大的便利，因此本文从智能化电气设备的专用操作的要点展开探讨，如何有效的对专用操作系统进行设计是本文讨论的重点。

【关键字】智能化电气设备，专用操作系统，设计总结

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

我国的计算机科技在日新月异的变化着，在建筑施工的智能化建设中以专用操作系统为中心不断地提高电气设备的使用价值。智能化电气设备的目标就是方便人们的日常生活，操作系统的实施不断突破创新也是智能化电气设备的发展方向。

二、电气设备智能化系统的设计要求

1.电气设备智能化系统的特点这里所提的智能化系统，指基于微处理器芯片设计的，在电气设备中进行监测、控制等智能化操作，智能电气设备专用实时多任务操作系统的设计的控制单元，如智能脱扣器、继电保护设备、变压器保护设备、在线监测装置等电力设备中的智能化单元．智能化单元的基本工作原理为：通过等／不等间隔采样方式获得电量、温度、气压等采样数据，根据相应的算法进行各种保护、监测和控制任务的计算，包括电流有效值、峰值，有功、无功功率等电参数，以及保护、计量、预警等工作，根据不同的应用场合及重要程度，各种计算还需按一定的优先级别和规律进行．此外，还有故障录波、通信、人机交互等动作．

软件系统的特点是：实时性强，且与硬件紧密相关；资源较少，但必须有效分配；各任务的时序配合要求精确；稳定性要求高，现场应用绝对不允许死机或重启；对中断的有效控制．此外，大量的工控设备的CPU采用简单的8位、16位单片机，如MCS51、MCS196等，当然也有少数DSP、MSP甚至x86的CPU．所以，设计硬件要求足够小的专用RTOS是必要的．

2.传统软件设计方法的缺陷根据上面的分析，传统顺序结构的软件模式基本为：首先进行初始化，然后进入一个“无限循环”的主程序，在主程序中不断查询和执行各个任务．这需要调配好各种硬件资源，及时处理各任务以及高优先级任务介入时的资源、时间配合问题；中断能保证采样、保护、控制等任务的实时性，但却造成程序设计的复杂化和各任务运行的不确定．这些都导致软件系统的可修改性、移植性、升级性和维护性较差．此外，顺序结构软件缺乏有效的机制来监控各任务的运行状况，以根据各任务的重要程度来及时调整执行次序，而这会降低系统的实时性．

三、电气设备智能化系统特点

1.统一的支撑平台。电气设备智能化倒闸操作系统采用全新的面向对象技术和模块设计方法，把系统分成两部分。一是底层支撑平台，包括网络系统、数据库系统、图形系统、报表系统和管理系统。二是上层应用软件，包括操作票生成系统、操作票执行系统、操作票管理系统等。实现了统一操作界面、统一维护修改、统一管理。

2.系统之间数据共享。系统广泛采用国际标准，使得系统之间、系统与外部其它系统的数据可以共享。系统的数据库可以被各种商用软件如EXCEL等访问。

3.基于商用数据库设计的系统。数据库的建立、历史数据库的存储、数据库关系的维护、安全性的检查、合法性的判断、条件检索等，都利用商用数据库来完成，充分发挥了商用数据库的作用，提高了系统的功能。同时提供了标准的数据库接口，方便与其它系统互联，提高了系统的开放性。

4.基于实时信息和图形的系统。系统采用了基于调度SCADA图形和操作票图形生成技术，解决了操作票的实时性要求，保证了操作票生成、预演、执．448．自动化行、检验的正确性。图形系统采用面向对蒙技术开发的全图形、全汉化系统，功能丰富、操作简洁、显示灵活、反应快速。同时，提供功能强大、操作方便的图形编辑器，各种电力系统中的对象可由图元表示，图元可用户自定义和生成。

四、电气设备智能化系统(S-RTOS)的设计

1.为使单CPU的操作系统运行多任务需要，采取合适的任务调度方式，操作系统的基本调度方式有时间片轮转调度占先式和非占先式，调度及基于时钟中断的抢占式调度等4种基于实时性，考虑大多数RTOS采用占先式的调度方式，即在所有处于就绪态的任务中优先级别最高的任务在内核调度的作用下，最优先执行S-RTOS也采用占先式的单调度方式以确保系统内核的实时性。

2.任务的划分和设计。任务的划分和状态设计也是操作系统的设计关键之一。S-RTOS中所有的任务都各自制定一个优先级各任务的优先级无重复，以便于调度和进行具体任务的划分和设计，各任务的状态在不同时间是不同的，需要一定的条件才能唤醒就绪状态指任务已经被系统允许运行但还需调度内核进行优先级检查当优先级在所有就绪任务中最高时即进入运行态运行状态则指任务处于运行中任务的各状态及其转换，如右图1所示。

任务的状态转换可在任务中断程序和内核的任务调度等过程中转变并由调度内核按优先级予以调配

3.任务的监控

根据所分析的情况系统中的任务，等待状态的任务除外需要进行周期性的检查其。一是对挂起状态的任务进行调度，以判断其是否能进入就绪状态其。二是检查就绪状态中各任务的等待超时情况及时将其退出到等待状态，以免无限期地等待下去或长时间独占某些资源等情况的发生。其三是较好地实现了一些周期性任务的调度减轻内核调度的压力，在这里设计的难点在于这个周期性操作的周期性间隔时间的确定，显然间隔时间越小各任务越能得到及时处理但系统的开销亦相应增大，会降低系统的效率和实时性，进行正确的消息传递通过消息任务可进行通信也可根据接收到事先协议的消息进行资源占用或释放操作等。消息队列的图解如上图2所示。

4.嵌入式实时操作系统设计，嵌入式实时操作系统与通用操作系统的最大区别在于响应的实时性，实时性是通过任务的优先级来控制的，需要实时响应的任务优先级别高，不需要实时响应的任务优先级别低。高级别的任务只是在需要时才运行，所以优先级别高的任务在整个运行时间内所占的时间非常短，这就为减少嵌入式的网络网传输不确定时间创造了条件。嵌入式的网络网传输时间不确定主要是由于不同优先级别的传输信息在嵌入式的网络网传输层是无法加以区分造成。如果将嵌入式的网络网的传输过程定为优先级别较高的任务，实时响应的任务为更高优先级别，那么嵌入式的网络网的传输，只有在需要时才发生，减少了一些无谓的响应。

当所有嵌入式的网络网节点都以此方式运行时，总的数据交换量就会减少。当需要实时响应时，由于此任务有着更高的优先级别时，就直接将目前还没有完成的嵌入式的网络网传输任务中断，将需要立即发送的内容打包交给嵌入式的网络网进行传输(再次调用嵌入式的网络网传输任务，这样就会使不确定的时间进一步减小。如果采用上述提到的优先级别的控制，这就意味着客户端相当于主站，服务器端为从站，而操作系统将嵌入式的网络网的传输时间限定在一个比较明确的范围内，这样就进一步压缩了传输时间的不确定性。

五、结束语

综上所述，我国的智能化电气设备已经有了质的飞跃和提升，这些已经和电脑技术相联系的电气设备在反应度上有着普通电器没有的灵敏，大大便利了人们的生活。电气设备的智能化是专用操作系统的设计运行的结果，因此我国科学家在不断的更新和探究更加有效地智能化设计，以便实现计算机网络渗透各个领域，真正实现各领域的智能化管理。

参考文献：

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