浅论嵌入控制系统在发电厂中的应用液位继电器

浅论嵌入控制系统在发电厂中的应用

浅论嵌入控制系统在发电厂中的应用 2011： 摘要：随着计算机技术和半导体技术的发展，嵌入式控制系统已经和正在改变着传统的集散控制系统的控制模式、网络拓扑结构、控制策略。对于火力发电厂的控制领域，嵌入式系统的应用必将更加广泛和深入。　　关键词：嵌入式；DCS；发电厂

嵌入式系统实际上就是一个集成化的计算机系统，并且逐步走向网络化应用。它是建立在半导体、计算机技术的发展和芯片技术及其限制下的算法与软件的进步之上的。其核心就是集成了数据处理和系统管理能力以及网络功能的微处理器系统。

1　嵌入式系统的硬件发展　　1.1　以CPU器件作嵌入式系统的核心部件　　从嵌入式系统的硬件平台来看，一类是32位甚至是64位的处理器。(INTEL 和AMD X86系列处理器、 MOTOROLA公司的 68K系列处理器为代表)。这类处理器是32位的，可以支持较大容量的存储器，可以运行功能较强、较大型的软件，以实现复杂的控制、计算功能，而且操作系统可以屏蔽硬件结构。另一类是8位机或16位机。由于其支持的存储器容量极其有限，只能应用规模较小的软件。系统中往往不驻存操作系统软件，而直接对硬件进行指令操作。因而其软件对硬件的依赖性很大，软件的可维护性较差，几乎不具有软件的可移植性。　　1.2　以DSP处理器作为嵌入式系统的硬件核心　　DSP嵌入式系统已经脱离了传统的DSP处理芯片的概念，成为一个具有完整的、多任务和实时操作系统的计算机系统。它不仅具有传统DSP处理芯片的技术特性，还具有更广泛，适合应用目标所需要的功能。它能够实时快速地实现各种数字信号算法处理和其他运算，并具有以下优良的特点：　　(1)数据处理速度快，能满足实时性的要求。具有良好的可编程性。　　(2)软、硬件接口方便，系统的兼容性好。　　(3)系统开发维护方便。　　(4)可靠性高，具有良好的系统健壮性，受环境条件的影响小。　　(5)容易实现系统集成。　　(6)可以使用SOC技术，使系统完全集成在单芯片上，将大大提高系统的可靠性，大幅度地降低元器件成本。SOC技术必将在仪表、控制设备、控制系统等方面得到广泛应用。　　　　无论是何种硬件平台，其在发电厂的控制系统和仪表中都有广阔的应用前景。

2　嵌入式实时操作系统的发展　　许多操作系统被划分为内核层和应用层。内核只提供基本的功能，如建立和管理进程，提供文件系统，管理设备等，这些功能以系统调用方式提供给用户。Windows、UNIX等桌面操作系统，将许多功能引入内核。操作系统的内核变得越来越大。内核变大使得占用的资源增多，剪裁起来很麻烦。　　近10年来，嵌入式实时操作系统得到飞速的发展，从支持8位到16位、32位直至64位，不仅大大丰富了所支持的处理器芯片种类，而且从只有实时内核外还逐步增加了其他功能模块，如TCP/IP网络系统、GUI系统、高速文件系统等等。大多数嵌入式操作系统采用了微内核结构，内核只提供基本的功能，比如：任务的调度、任务之间的通信与同步、内存管理、时钟和时间片技术的管理等。其它的应用组件，比如网络功能、文件系统、GUI系统等均工作在用户态，以系统进程或函数调用的方式工作。因而系统都是可裁剪的，用户可以根据自己的需要选用相应的组件。　　大多数嵌入式操作系统支持多任务。多任务运行的实现是靠CPU在多个任务之间切换、调度。每个任务都有其优先级，不同的任务优先级可能相同也可能不同。任务的调度分三种：①可抢占式调度 ②不可抢占式调度 ③时间片轮转调度。目前，大多数嵌入式操作系统对不同优先级的任务采用基于优先级的抢占式调度法，对相同优先级的任务则采用时间片轮转调度法。　　嵌入式操作系统内核可以在Flash上直接运行。Flash的运行方式，是把内核的可执行映像烧写到Flash上。系统启动时从Flash的某个地址开始执行。这种方法实际上是很多嵌入式系统所采用的方法。内核也可以加载到内存中运行。内核加载方式是把内核的压缩文件存放在Flash上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行。这种方式相对复杂一些，但运行速度可以更快，因为RAM的存取速率要比Flash高。　　2.1　嵌入式实时操作系统的特点　　操作系统使应用软件具有硬件无关性。嵌入式实时操作系统也具有该特点，使应用软件的设计更容易、硬件适应性更好。嵌入式操作系统具有代码效率高、实时性好、可靠性高和可裁剪性等特点；同时也更简单，不需要文件操作。由于嵌入式操作系统和其应用软件普遍具有专业性，因而它们的设计比通用操作系统要简单得多，可以根据应用来设计和裁剪适合的简易的专用操作系统。所以其软件规模较小。一般是放在ROM 或Flash ROM之中，而不需要存放在磁盘上。因而大大提高该专用系统的可靠性，特别适用于发电厂DCS系统对可靠性、实时性和专用任务的需求。　　从嵌入式操作系统的特点来分，又可以分为非抢先式和抢先式操作系统。它们有其各自的应用范围。对于一般应用于数据采集、数据处

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