（电力系统及其自动化专业论文）通用可视化软件平台线路保护系统的研究.pdf

华北电力大学 北京)硕士学位论文 摘要 介绍了可视化编程的开发背景;为了使保护工程师从复杂、繁琐、费时的语言 编程中解脱出来，从而提出了一种新的编程方法来实现微机保护一可视化保护。可 视化保护的思想是根据相应的保护定制对应的保护逻辑图，然后在保护平台上搭建 图形程序，运行得到可执行程序，再下装到硬件平台中。对保护功能算法进行分析 研究，找到一个适当的保护算法来满足工程要求。介绍了可视化平台的功能与特点 一高效性、可靠性、灵活性和开放性。分析了可视化平台微机保护系统的结构、功 能和特点，以及保护元件库的构成。通过实现方向低压闭锁过流保护的应用实例说 明了可视化编程方法在微机保护中应用的可行性和优点，并对可视化编程与常规编 程两种不同方法进行了比较。得出的结论是可视化编程在微机保护中的应用具有非 常重要的意义，使微机保护的实现变得更加简单、灵活和可靠。 关键词:电力系统 ，微机保护 ，可视化编程 ，模块化 abs tract i t i s i n t r o d u c e d t h a t t h e e x p l o it i n g b a c k g r o u n d o f v i s u a l p r o g r a m m i n g;i n o r d e r t o m a k e p r o t e c t io n - e n g in e e r s f r e e f r o m c o m p l e x a n d f u s s y l a n g u a g e - p r o g r a m m i n g , a n e w p r o g r a mming me mo a i s p u i a u r w a r u w a a a a p i c u i c m a 上 u a v wa u y u w f : 。 、 、 “ 。 二 ，。 。 p r o t e c t i o n. t h e i d e a o f v i s u a l p r o t e c t i o n i s g e tt i n g p r o t e c t i o n l o g ic f i g u r e ; b u i l d i n g g r a p h p r o g r a m , r u n n i n g a n d l o a d i n g d o w n t o h a r d w a r e p l a t f o r m， t o s e l e c t a p p r o p r i a t e a l g o r i t h m s s a t i s f y t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e d e f in i t e e n g i n e e r i n g . a n e w v i s u a l p l a t f o r m f u n c t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c 一 h i g h e ff i c i e n t y , r e l i a b i l i t y , fl e x ib i l i t y a n d o p e n i n g i s i n t r o d u c e d . i n a d d i t i o n , t h e c o n f i g u r a t i o n ,f u n c t i o n ,t r a it s o f p r o t e c t i o n s y s t e m o f t h e v i s u a l p l a t f o r m a n d t h e p r o t e c t i o n c o m p o n e n t s a r e d w e l l e d o n . a n a p p l i c a t i o n e x a m p l e o f d i r e c t i o n a l o v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n w i t h u n d e r v o l t a g e - l o c k e d i s u s e d t o i l l u s t r a t e t h e f e a s i b i l i t y a n d s u p e r i o r i t y o f t h e v i s u a l p r o g r a m m i n g m e t h o d i n m ic r o c o m p u t e r p r o t e c t i o n , a n d t h e v i s u a l p r o g r a m m i n g m e th o d i s c o m p a r e d w i t h t h e g e n e r a l p r o g r a m m i n g m e t h o d .t h e c o n c l u s i o n d e r i v e d f r o m th i s p a p e r i s t h a t t h e v i s u a l p r o g r a m m i n g i s s i g n i f i c a n t i n m i c r o - p r o t e c t i o n a n d m a k e s t h e i m p l e m e n t o f m i c r o - p r o t e c t i o n e a s i e r ， mo r e fl e x i b l e a n d r e l i a b l e . d e n g q i u e ( p o w e r s y s t e m a n d a u t o m a t i o n d i r e c t e d b y p r o f . . c h e n g a n g r e k e y w o r d s : p o w e r s y s t e m ,m i c r o c o m p u t e r p r o t e c t i o n ， v i s u a l p r o g r a m m i n g , m o d u l a r i z a t i o n 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 二 士 二0口 尸日 月 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取 得的 成果。 尽我所知， 除文中己 经注明引用的内 容外， 本学位论文的 研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均 己 在文中以明确方式标明。 特此申明。 签名: 0 i x- 日期 : .巡飞 单g 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校 有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借 阅; 学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以 用 不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作 者 签 名 . 斗 巫 当构建应用 实例时，只需要根据保护逻辑，选择相应的模块，通过模块的连接就实现了 保护功能。 4 . 用v i s u a l c 十 十语言对各种功能的 保护模块进行程序实现 v i s u a l c + + 微软公司目 前推出的最为广泛的可视化编程环境，它改变了传统的编程 手段， 它包含了功能强大的基于w i n d o w s 的应用框架。 随着w i n d o w s 操作系统主导地位 的确立， 开发具有w i n d o w s 界面风格的电力系统软件也成为当前的主流趋势。 为此， 本软 件采用先进的面向对象的v i s u a l c + 十 语言作为开发工具。当保护程序要下装到装置中时 只要通过翻译程序就能自 动变成装置能够识别的c 语言。c 语言是近年来国内外得到迅 速推广使用的一种语言。 c 语言功能丰富、 表达能力强， 使用灵活方便、应用面广、目 标程序效率高、可移植性好。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章可视化平台的概述 2 . 1 可视化编程的概念 可视化编程是一种面向对象的程序设计和集成图形化软件开发手段。 它为了解决实 时控制的问 题， 针对定制的硬件， 用基本的元件和连接关系实现物理模型的控制功能与 数据流， 用原理图代替符号语言对编程进行描述， 用硬件库与软件固件库对不同的硬件 透明处理， 直接生成可执行的机器代码。即它提供了一种创建图形用户界面的方法， 利 用该方法， 用户不必书写复杂的描述界面元素外观和位置的程序代码， 只需将系统提供 的对象放在屏幕的适当位置， 并通过属性窗口 进行适当的设置即可设计出一个优秀的应 用程序界面。 这样，用户就可摆脱以 往大量繁琐的界面设计，提高程序设计的效率。 可视化编程与传统开发手段的区别: ( 1 ) 编程采用图形而不是代码， 将开发人员从 繁琐的代码编写中解脱出来。( 2 )纠错快捷，仅控制逻辑就行，不涉及代码。 可视化编程提供基本功能:( 1 ) 可视化编程提供图形化的程序的生成。使用者不必 关心c p u 类型与硬件的具体细节。( 2 )提供调试功能，来监视模块的输入与输出， 验证 使用者的控制算法。( 3 )能提供方便的工程文档。 可视化编程的主要目的: 在保证可靠性的前提下，开发人员不再参与程序的编写， 对程序的监视也由系统提供。 开发人员对计算机能力的要求降到最低。同时易于理解与 维护。 可视化编程极大地提高了 软件开发的效率， 其透明化设计思想， 使用户容易理解 和维护，降低出错率，且组态灵活， 适合于用户的多样性。可视化编程的目的就是要把 编程变得更简单、更灵活、更可靠;它使技术分工容易实现，因为这种可视化编程的系 统一旦建立并经过测试证明正确后， 相关专业人员可以根据技术特点进行硬件设计、 软 件设计、通信、保护原理研究等。 就目前的技术水平， 采用图形化编程技术将是提高装置软件设计可靠性最先进的手 段。当然，这必须建立在能将图形信息可靠地转化为机器语言的基础上。 逻辑框图的绘 制过程， 就是图形化语言的编程过程，图形化的编程语言和文本式编程语言相比， 具有 编程简单、直观、开发效率高的特点。 可视化编程具有常规编程无可比 拟的优势， 在编程的效率、 准确性和灵活性等方面 尤为突出。具体如表2 -1 所示。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章可视化平台的概述 2 . 1 可视化编程的概念 可视化编程是一种面向对象的程序设计和集成图形化软件开发手段。 它为了解决实 时控制的问 题， 针对定制的硬件， 用基本的元件和连接关系实现物理模型的控制功能与 数据流， 用原理图代替符号语言对编程进行描述， 用硬件库与软件固件库对不同的硬件 透明处理， 直接生成可执行的机器代码。即它提供了一种创建图形用户界面的方法， 利 用该方法， 用户不必书写复杂的描述界面元素外观和位置的程序代码， 只需将系统提供 的对象放在屏幕的适当位置， 并通过属性窗口 进行适当的设置即可设计出一个优秀的应 用程序界面。 这样，用户就可摆脱以 往大量繁琐的界面设计，提高程序设计的效率。 可视化编程与传统开发手段的区别: ( 1 ) 编程采用图形而不是代码， 将开发人员从 繁琐的代码编写中解脱出来。( 2 )纠错快捷，仅控制逻辑就行，不涉及代码。 可视化编程提供基本功能:( 1 ) 可视化编程提供图形化的程序的生成。使用者不必 关心c p u 类型与硬件的具体细节。( 2 )提供调试功能，来监视模块的输入与输出， 验证 使用者的控制算法。( 3 )能提供方便的工程文档。 可视化编程的主要目的: 在保证可靠性的前提下，开发人员不再参与程序的编写， 对程序的监视也由系统提供。 开发人员对计算机能力的要求降到最低。同时易于理解与 维护。 可视化编程极大地提高了 软件开发的效率， 其透明化设计思想， 使用户容易理解 和维护，降低出错率，且组态灵活， 适合于用户的多样性。可视化编程的目的就是要把 编程变得更简单、更灵活、更可靠;它使技术分工容易实现，因为这种可视化编程的系 统一旦建立并经过测试证明正确后， 相关专业人员可以根据技术特点进行硬件设计、 软 件设计、通信、保护原理研究等。 就目前的技术水平， 采用图形化编程技术将是提高装置软件设计可靠性最先进的手 段。当然，这必须建立在能将图形信息可靠地转化为机器语言的基础上。 逻辑框图的绘 制过程， 就是图形化语言的编程过程，图形化的编程语言和文本式编程语言相比， 具有 编程简单、直观、开发效率高的特点。 可视化编程具有常规编程无可比 拟的优势， 在编程的效率、 准确性和灵活性等方面 尤为突出。具体如表2 -1 所示。 华北电力大学 北京)硕士学位论文 表2 -1可视化编程与常规编程方法的比 较 可视 化 编程 方 法常 规 编程 方 法 编程 效 率 编程效率高，用户先根据逻辑 图搭接所需模块，然后再进行 在线调试，因而短时间内就可 编出复杂的程序 准确性高，保护库中的元件都 通过严格测试，因此只要保护 逻辑图是正确就能准确地实现 保护功能 保护的可靠性和实现效率高， 同时可以根据现场情况修改保 护功能，灵活性强 编程效率低， 需手工编写代码， 同时容 易出现人为的错误 灵活 .性 准确性较低，即使是同一个保护逻辑 图， 不同的编程人员编出来程序也有差 异， 因此可靠性也有差异， 还有人为因 素的影响 灵活性差， 如果设计的保护与现场的保 护逻辑控制功能不一致时，修改麻烦， 同时容易出现错误 2 . 2可视化平台的设计理念、实现思想和组成框架 2 . 2 . 1可视化平台的设计理念6 11) 1 本文是基于一种新的电力系统保护与测控领域通用可视化软件开发平台，该平 台选用 工 e c 6 1 1 3 1 - 3 中的f b d ( 功能块图) 语言作为可视化编程语言，采用模块化的 设计思想， 用原理图代替语句语言， 使开发人员按照认识事物的习惯进行程序设计。 如果我们把其中的各个功能块说成是子程序的话，那么，用户程序就是由许多子程 序组成的。每个功能快均有各自 固定格式的书写形式，总体上分，可以是以下几个 部分组成;( 1 )功能块的名字 ( 2 )输入信号 3 )输出信号。不同的功能块有不同 的名称，以示调用时鉴别。不同的功能块完成不同的功能，输入的信号经过一定功 能的处理后被传递作为功能块的输出信号。 该可视化编程系统是为了解决电力系统保护及测控领域实时控制方面的问题， 针对定制的硬件，用基本的元件和连接关系构造物理模型的控制功能与数据流，用 原理图代替符号语言对编程进行描述，用硬件库与软件固件库对不同的硬件透明处 理，来直接生成可执行的应用程序。即它提供了一种创建图形用户界面的方法，利 用这种方法，用户不必书写复杂的描述界面元素外观和位置的程序代码，只需将系 统提供的对象放在屏幕上的适当位置，并通过属性窗口进行适当的设置即可设计出 一个优秀的应用程序界面。这样，用户就可摆脱以往大量繁琐的界面设计，提高程 序设计的效率。 图2 -1 描述了利用基于f b d ( 功能块图) 的可视化平台进行系统设计较之传统开 发工具所体现的优势。在依次经历需求分析、总体设计、详细设计后，到程序测试 阶段。利用传统开发工具进行系统设计时，需进行长时间繁重的代码编写工作，且 华北电力大学 北京)硕士学位论文 表2 -1可视化编程与常规编程方法的比 较 可视 化 编程 方 法常 规 编程 方 法 编程 效 率 编程效率高，用户先根据逻辑 图搭接所需模块，然后再进行 在线调试，因而短时间内就可 编出复杂的程序 准确性高，保护库中的元件都 通过严格测试，因此只要保护 逻辑图是正确就能准确地实现 保护功能 保护的可靠性和实现效率高， 同时可以根据现场情况修改保 护功能，灵活性强 编程效率低， 需手工编写代码， 同时容 易出现人为的错误 灵活 .性 准确性较低，即使是同一个保护逻辑 图， 不同的编程人员编出来程序也有差 异， 因此可靠性也有差异， 还有人为因 素的影响 灵活性差， 如果设计的保护与现场的保 护逻辑控制功能不一致时，修改麻烦， 同时容易出现错误 2 . 2可视化平台的设计理念、实现思想和组成框架 2 . 2 . 1可视化平台的设计理念6 11) 1 本文是基于一种新的电力系统保护与测控领域通用可视化软件开发平台，该平 台选用 工 e c 6 1 1 3 1 - 3 中的f b d ( 功能块图) 语言作为可视化编程语言，采用模块化的 设计思想， 用原理图代替语句语言， 使开发人员按照认识事物的习惯进行程序设计。 如果我们把其中的各个功能块说成是子程序的话，那么，用户程序就是由许多子程 序组成的。每个功能快均有各自 固定格式的书写形式，总体上分，可以是以下几个 部分组成;( 1 )功能块的名字 ( 2 )输入信号 3 )输出信号。不同的功能块有不同 的名称，以示调用时鉴别。不同的功能块完成不同的功能，输入的信号经过一定功 能的处理后被传递作为功能块的输出信号。 该可视化编程系统是为了解决电力系统保护及测控领域实时控制方面的问题， 针对定制的硬件，用基本的元件和连接关系构造物理模型的控制功能与数据流，用 原理图代替符号语言对编程进行描述，用硬件库与软件固件库对不同的硬件透明处 理，来直接生成可执行的应用程序。即它提供了一种创建图形用户界面的方法，利 用这种方法，用户不必书写复杂的描述界面元素外观和位置的程序代码，只需将系 统提供的对象放在屏幕上的适当位置，并通过属性窗口进行适当的设置即可设计出 一个优秀的应用程序界面。这样，用户就可摆脱以往大量繁琐的界面设计，提高程 序设计的效率。 图2 -1 描述了利用基于f b d ( 功能块图) 的可视化平台进行系统设计较之传统开 发工具所体现的优势。在依次经历需求分析、总体设计、详细设计后，到程序测试 阶段。利用传统开发工具进行系统设计时，需进行长时间繁重的代码编写工作，且 华北电力大学 北京)硕士学位论文 表2 -1可视化编程与常规编程方法的比 较 可视 化 编程 方 法常 规 编程 方 法 编程 效 率 编程效率高，用户先根据逻辑 图搭接所需模块，然后再进行 在线调试，因而短时间内就可 编出复杂的程序 准确性高，保护库中的元件都 通过严格测试，因此只要保护 逻辑图是正确就能准确地实现 保护功能 保护的可靠性和实现效率高， 同时可以根据现场情况修改保 护功能，灵活性强 编程效率低， 需手工编写代码， 同时容 易出现人为的错误 灵活 .性 准确性较低，即使是同一个保护逻辑 图， 不同的编程人员编出来程序也有差 异， 因此可靠性也有差异， 还有人为因 素的影响 灵活性差， 如果设计的保护与现场的保 护逻辑控制功能不一致时，修改麻烦， 同时容易出现错误 2 . 2可视化平台的设计理念、实现思想和组成框架 2 . 2 . 1可视化平台的设计理念6 11) 1 本文是基于一种新的电力系统保护与测控领域通用可视化软件开发平台，该平 台选用 工 e c 6 1 1 3 1 - 3 中的f b d ( 功能块图) 语言作为可视化编程语言，采用模块化的 设计思想， 用原理图代替语句语言， 使开发人员按照认识事物的习惯进行程序设计。 如果我们把其中的各个功能块说成是子程序的话，那么，用户程序就是由许多子程 序组成的。每个功能快均有各自 固定格式的书写形式，总体上分，可以是以下几个 部分组成;( 1 )功能块的名字 ( 2 )输入信号 3 )输出信号。不同的功能块有不同 的名称，以示调用时鉴别。不同的功能块完成不同的功能，输入的信号经过一定功 能的处理后被传递作为功能块的输出信号。 该可视化编程系统是为了解决电力系统保护及测控领域实时控制方面的问题， 针对定制的硬件，用基本的元件和连接关系构造物理模型的控制功能与数据流，用 原理图代替符号语言对编程进行描述，用硬件库与软件固件库对不同的硬件透明处 理，来直接生成可执行的应用程序。即它提供了一种创建图形用户界面的方法，利 用这种方法，用户不必书写复杂的描述界面元素外观和位置的程序代码，只需将系 统提供的对象放在屏幕上的适当位置，并通过属性窗口进行适当的设置即可设计出 一个优秀的应用程序界面。这样，用户就可摆脱以往大量繁琐的界面设计，提高程 序设计的效率。 图2 -1 描述了利用基于f b d ( 功能块图) 的可视化平台进行系统设计较之传统开 发工具所体现的优势。在依次经历需求分析、总体设计、详细设计后，到程序测试 阶段。利用传统开发工具进行系统设计时，需进行长时间繁重的代码编写工作，且 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 因程序实现为非专业编程人员，可靠性不易保证:而采用可视化平台编程则省去了 大量的手写代码时间，直接生成可执行的应用程序，并将图形化程序交给计算机处 理，摆脱了人为因素的干扰，提高了程序的可靠性，缩短了开发周期。 需丈价析工厂侧试 o 体设计 统恻试 模块测试 通过图形元件生成程序 图 z -1传统软件开发与可视化程序设计过程比较图 基于f b d ( 功能块图) 的可视化平台的提出所遵循的理念为: “ 所见即所得、轻松 控制” ，采用 “ 控制=功能+ 变量”的可视化程序实现方式。用功能块实现功能，用 变量实现各功能连接。 用f b d ( 功能块图) 语言表述的可视化程序设计中最基本的可视化信息为: ( 1 )元件信f . 可视化编程元件是属性数据和操作代码的集合体， 它是可视化编程的基本单位。 一个可视化源程序包括大量种类不同的元件，这些元件以不同的外观出现在编程窗 口的不同位置。这些内容都需要记录。在实践中以文本描述的形式保存元件信息。 元件信息包括: 击卜 d 、 置 。 整个可视化源程序包含的所有元件列表。 元件属性:不同元件有不同的属性域。 元件名称:编程环境的核心模块根据该名称寻找相应的元件执行代码。 元件的位置和大小:在可视化编程值可以通过鼠标的拖动方便的改变元件的位 ( 2 )连线信息 连线用于连接两个元件的两个端口，孤立的元件依靠连线构成了完整的程序。 编程环境的核心模块会根据连线情况决定各个元件的执行顺序。连线信息包括; a 、连线两端信息:出发端的元件序号和引脚序号，以及终止端的元件序号和引脚 序号。 b 、连线外形信息:为了使可视化源程序看起来分布整齐、结构清晰，所有的连线 都采用水平和垂直走向，这样，就要记录转折点的坐标值。 本文选用 工 e c 6 1 1 3 1 - 3中的功能块语言 ( f b d )作为编程语言， 用 “ 功能块” 代表各模块化的元件，用变量实现各功能元件之间的参数传递，以实现图形化的程 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 序设计。 2 . 2 . 2可视化平台的实现思想 一一. 平台的总体实现思想如图2 -2 所示: 软件 平 台 元件库 一 + 一调度程序 + 匣 塑 主 声 一. 一一一一一一 . r 一 + 原理 图/ 逻辑图 器 译 编 乃 日日曰曰曰口 八 应 用 程 序 一 图2 -2 平台总体实现思想框图 通过元件库为用户提供可视化程序设计所需的功能元件，用户可以按设计要求 选择相应功能领域的元件库，并从中选取各元件来进行程序设计:通过平台调用程 序为用户应用项目提供各种中断服务等;通过平台系统程序为用户提供应用程序功 能实现相关的支持服务， 如通信程序等。 用户按照工程项目实现的原理图或逻辑图， 在平台的图形化编辑器中进行图形化程序设计，通过上述服务生成对应任务的中间 代码，经编译器编译连接生成可执行的应用程序。 该平台在图形化语言编辑器和调试器方面做了很大改进，图形化语言编辑器己 不再用 p r o t e l代替，而是自 行开发的编辑器，且调试器具备了在线调试功能。现 平台总体实现步骤为: a .运用自行开发的图形化语言编辑器进行可视化程序设计; b .运用图论及其算法生成程序最优调用序列; c ，经编译器编译连接后生成可执行的应用程序; d .通过自行开发的调试程序对应用程序进行在线监视与调试; e .将生成的可执行应用程序下装到相应的硬件设备上。 2 . 2 . 3可视化平台的组成框架 平台程序设计的总体结构如图2 -3 所示。 s i m u l a t o r 主程序为系统提供可视化程序设计实现的界面平台， 是人机界面交互 中心。通过它调用各功能驱动程序实现相应的功能，用户可在该环境下，完成可视 化程序的设计，编译、链接及目标代码生成等过程。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 序设计。 2 . 2 . 2可视化平台的实现思想 一一. 平台的总体实现思想如图2 -2 所示: 软件 平 台 元件库 一 + 一调度程序 + 匣 塑 主 声 一. 一一一一一一 . r 一 + 原理 图/ 逻辑图 器 译 编 乃 日日曰曰曰口 八 应 用 程 序 一 图2 -2 平台总体实现思想框图 通过元件库为用户提供可视化程序设计所需的功能元件，用户可以按设计要求 选择相应功能领域的元件库，并从中选取各元件来进行程序设计:通过平台调用程 序为用户应用项目提供各种中断服务等;通过平台系统程序为用户提供应用程序功 能实现相关的支持服务， 如通信程序等。 用户按照工程项目实现的原理图或逻辑图， 在平台的图形化编辑器中进行图形化程序设计，通过上述服务生成对应任务的中间 代码，经编译器编译连接生成可执行的应用程序。 该平台在图形化语言编辑器和调试器方面做了很大改进，图形化语言编辑器己 不再用 p r o t e l代替，而是自 行开发的编辑器，且调试器具备了在线调试功能。现 平台总体实现步骤为: a .运用自行开发的图形化语言编辑器进行可视化程序设计; b .运用图论及其算法生成程序最优调用序列; c ，经编译器编译连接后生成可执行的应用程序; d .通过自行开发的调试程序对应用程序进行在线监视与调试; e .将生成的可执行应用程序下装到相应的硬件设备上。 2 . 2 . 3可视化平台的组成框架 平台程序设计的总体结构如图2 -3 所示。 s i m u l a t o r 主程序为系统提供可视化程序设计实现的界面平台， 是人机界面交互 中心。通过它调用各功能驱动程序实现相应的功能，用户可在该环境下，完成可视 化程序的设计，编译、链接及目标代码生成等过程。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 序设计。 2 . 2 . 2可视化平台的实现思想 一一. 平台的总体实现思想如图2 -2 所示: 软件 平 台 元件库 一 + 一调度程序 + 匣 塑 主 声 一. 一一一一一一 . r 一 + 原理 图/ 逻辑图 器 译 编 乃 日日曰曰曰口 八 应 用 程 序 一 图2 -2 平台总体实现思想框图 通过元件库为用户提供可视化程序设计所需的功能元件，用户可以按设计要求 选择相应功能领域的元件库，并从中选取各元件来进行程序设计:通过平台调用程 序为用户应用项目提供各种中断服务等;通过平台系统程序为用户提供应用程序功 能实现相关的支持服务， 如通信程序等。 用户按照工程项目实现的原理图或逻辑图， 在平台的图形化编辑器中进行图形化程序设计，通过上述服务生成对应任务的中间 代码，经编译器编译连接生成可执行的应用程序。 该平台在图形化语言编辑器和调试器方面做了很大改进，图形化语言编辑器己 不再用 p r o t e l代替，而是自 行开发的编辑器，且调试器具备了在线调试功能。现 平台总体实现步骤为: a .运用自行开发的图形化语言编辑器进行可视化程序设计; b .运用图论及其算法生成程序最优调用序列; c ，经编译器编译连接后生成可执行的应用程序; d .通过自行开发的调试程序对应用程序进行在线监视与调试; e .将生成的可执行应用程序下装到相应的硬件设备上。 2 . 2 . 3可视化平台的组成框架 平台程序设计的总体结构如图2 -3 所示。 s i m u l a t o r 主程序为系统提供可视化程序设计实现的界面平台， 是人机界面交互 中心。通过它调用各功能驱动程序实现相应的功能，用户可在该环境下，完成可视 化程序的设计，编译、链接及目标代码生成等过程。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 s im u l a t o rl -_ ) 诬不 s a p i d r v 1 一 d r v 2 “ ” d r v ” 图2 -3 平台程序设计实现结构图 r t s y s a p i为系统提供应用程序接口函数，包括数据结构定义和功能函数定义。 数据结构有:数值类型定义、数据采样类型定义、标签 ( 元件弓 脚变量)定义、实 时数据库中数值定义、开关量序列定义、模拟量与相量序列定义等;功能函数有: 初始化标签变量部分和应用程序接口函数部分。具备充分的可扩展能力，即可根据 具体的应用来添加所需变量和接口函数。 r t d r v为系统提供各功能驱动程序的管理，包括驱动程序初始化部分、定时 1 毫秒软中断部分和释放内存空间部分。主程序通过调用 r t d r v 来调用各个具体功能 实现的驱动程序 ( d r v 1 , d r v 2等) ，以实现相应功能，如设备内部通信驱动程序、 逻辑及算术运算驱动程序、自动控制算法实现驱动程序、算法仿真驱动程序、设备 间及数据远传通信驱动程序等。同样具备充分的可扩展能力，即可根据具体的应用 编写其对应的驱动程序，挂接在其中。该部分的功能执行调用流程图如图 2 -4所 不。 d r i v e r i n i t o fr-t.dd-ve,71()l binddriverocallinitot 初始化部分 功能执行部分 释放内存空间部分 图2 -4 r t d r v 的功能执行调用流程图 首先通过 d r i v e r i n i t ( ) 打开工程配置文件，从配置文件中读取工程配置信息。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 它包含三个函数:r e a d d r v v e r l 0 , b i n d d r i v e r ( ) 和 c a l l i n i t ( ) ，这三个函数按顺 序依次执行，其中通过 r e a d d r v v e r l ( ) 得到工程版本号与子版本号，并从工程配置 文件中读取各驱动程序的配置信息; 通过b i n d d r i v e r ( ) 将各驱动程序及元件库加载 到工程项 目中;通过 c a l l 工 n i t ( ) 调用其管理的各个驱动程序的初始化函数 工 n i l i z e ( ) ，来执行各驱动程序的初始化工作。 初始化工作进行完之后， 执行 f i x l m s ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的f i x l m s ( ) 函数，来具体执行各驱动程序相关功能。 功能执行完后， 最后调用f r e e d r i v e r ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的s h u t d o w n 0函数，来释放各驱动程序所占用的内存空间。 以上即是整个平台完成其功能实现的执行流程。 2 . 2 . 4可视化平台的特点 本文所基于的可视化软件平台主要有以下几个特点: ( 1 ) 高效性: 用户只要在可视化平台编辑界面上搭建图形，然后编译直接生成可执行 的应用程序，不必编写复杂的程序代码， 而且调试简单， 大大提高了程序设计的 效率; ( 2 )可靠性: 该软件的元件功能块都严格定义了各参数接口， 经过严格测试正确后才 放入到元件库中， 因此功能块的可靠性得到了保证， 且功能块的调用由系统完成， 避免了手写代码容易出错的情况; ( 3 ) 灵活性:用户可以灵活组态来构建应用程序，很适合用户的多样性。同时模块化 的结构使得我们可以更加容易地在设备运转期间进行可能的替换和升级; ( 4 )开放性:用户可以根据自己的特殊需求来增加软件的元件库，资源扩充性强。 2 . 3可视化平台线路保护系统的功能实现 2 . 3 . 1可视化平台线路保护系统的元件功能实现 线路保护系统元件功能是通过c a l 2 0 。 驱动程序来实现的。 c a l 2 0 0 驱动程序是r t d r v 管理的驱动程序之一。 2 . 3 . 1 . 1 c a l 2 0 0 的程序实现 c a l 2 0 0 驱动程序里的c a l 2 0 0 . c p p 文件中主要有以下几个函数: b e l o n g t o u s ( ) 一一判断工程文件中所用的元件是 c a l 2 0 。元件库中的元件;工 n i t i a l i z e() 一一 对 c a l 2 0 0库中的元件进行初始化;f i x t i m e l m s ( )一一元件功能的实现函数，运 行时由此函数调用元件库中元件的f i x l m s( ) 。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 它包含三个函数:r e a d d r v v e r l 0 , b i n d d r i v e r ( ) 和 c a l l i n i t ( ) ，这三个函数按顺 序依次执行，其中通过 r e a d d r v v e r l ( ) 得到工程版本号与子版本号，并从工程配置 文件中读取各驱动程序的配置信息; 通过b i n d d r i v e r ( ) 将各驱动程序及元件库加载 到工程项 目中;通过 c a l l 工 n i t ( ) 调用其管理的各个驱动程序的初始化函数 工 n i l i z e ( ) ，来执行各驱动程序的初始化工作。 初始化工作进行完之后， 执行 f i x l m s ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的f i x l m s ( ) 函数，来具体执行各驱动程序相关功能。 功能执行完后， 最后调用f r e e d r i v e r ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的s h u t d o w n 0函数，来释放各驱动程序所占用的内存空间。 以上即是整个平台完成其功能实现的执行流程。 2 . 2 . 4可视化平台的特点 本文所基于的可视化软件平台主要有以下几个特点: ( 1 ) 高效性: 用户只要在可视化平台编辑界面上搭建图形，然后编译直接生成可执行 的应用程序，不必编写复杂的程序代码， 而且调试简单， 大大提高了程序设计的 效率; ( 2 )可靠性: 该软件的元件功能块都严格定义了各参数接口， 经过严格测试正确后才 放入到元件库中， 因此功能块的可靠性得到了保证， 且功能块的调用由系统完成， 避免了手写代码容易出错的情况; ( 3 ) 灵活性:用户可以灵活组态来构建应用程序，很适合用户的多样性。同时模块化 的结构使得我们可以更加容易地在设备运转期间进行可能的替换和升级; ( 4 )开放性:用户可以根据自己的特殊需求来增加软件的元件库，资源扩充性强。 2 . 3可视化平台线路保护系统的功能实现 2 . 3 . 1可视化平台线路保护系统的元件功能实现 线路保护系统元件功能是通过c a l 2 0 。 驱动程序来实现的。 c a l 2 0 0 驱动程序是r t d r v 管理的驱动程序之一。 2 . 3 . 1 . 1 c a l 2 0 0 的程序实现 c a l 2 0 0 驱动程序里的c a l 2 0 0 . c p p 文件中主要有以下几个函数: b e l o n g t o u s ( ) 一一判断工程文件中所用的元件是 c a l 2 0 。元件库中的元件;工 n i t i a l i z e() 一一 对 c a l 2 0 0库中的元件进行初始化;f i x t i m e l m s ( )一一元件功能的实现函数，运 行时由此函数调用元件库中元件的f i x l m s( ) 。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 它包含三个函数:r e a d d r v v e r l 0 , b i n d d r i v e r ( ) 和 c a l l i n i t ( ) ，这三个函数按顺 序依次执行，其中通过 r e a d d r v v e r l ( ) 得到工程版本号与子版本号，并从工程配置 文件中读取各驱动程序的配置信息; 通过b i n d d r i v e r ( ) 将各驱动程序及元件库加载 到工程项 目中;通过 c a l l 工 n i t ( ) 调用其管理的各个驱动程序的初始化函数 工 n i l i z e ( ) ，来执行各驱动程序的初始化工作。 初始化工作进行完之后， 执行 f i x l m s ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的f i x l m s ( ) 函数，来具体执行各驱动程序相关功能。 功能执行完后， 最后调用f r e e d r i v e r ( ) 函数， 通过它来调用其管理的各个功能 驱动程序的s h u t d o w n 0函数，来释放各驱动程序所占用的内存空间。 以上即是整个平台完成其功能实现的执行流程。 2 . 2 . 4可视化平台的特点 本文所基于的可视化软件平台主要有以下几个特点: ( 1 ) 高效性: 用户只要在可视化平台编辑界面上搭建图形，然后编译直接生成可执行 的应用程序，不必编写复杂的程序代码， 而且调试简单， 大大提高了程序设计的 效率; ( 2 )可靠性: 该软件的元件功能块都严格定义了各参数接口， 经过严格测试正确后才 放入到元件库中， 因此功能块的可靠性得到了保证， 且功能块的调用由系统完成， 避免了手写代码容易出错的情况; ( 3 ) 灵活性:用户可以灵活组态来构建应用程序，很适合用户的多样性。同时模块化 的结构使得我们可以更加容易地在设备运转期间进行可能的替换和升级; ( 4 )开放性:用户可以根据自己的特殊需求来增加软件的元件库，资源扩充性强。 2 . 3可视化平台线路保护系统的功能实现 2 . 3 . 1可视化平台线路保护系统的元件功能实现 线路保护系统元件功能是通过c a l 2 0 。 驱动程序来实现的。 c a l 2 0 0 驱动程序是r t d r v 管理的驱动程序之一。 2 . 3 . 1 . 1 c a l 2 0 0 的程序实现 c a l 2 0 0 驱动程序里的c a l 2 0 0 . c p p 文件中主要有以下几个函数: b e l o n g t o u s ( ) 一一判断工程文件中所用的元件是 c a l 2 0 。元件库中的元件;工 n i t i a l i z e() 一一 对 c a l 2 0 0库中的元件进行初始化;f i x t i m e l m s ( )一一元件功能的实现函数，运 行时由此函数调用元件库中元件的f i x l m s( ) 。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 这个程序管理整个线路保护系统中的所有元件。元件的初始化、调用都是通过 它来实现的。 2 . 3 . 1 . 2 功能元件程序的实现 一个元件其实就是程序中的一个类，其基类是 c g e n e r a l c a l ，然后每个元件的 代码实现中有三个函数;构造函数、析构函数和 f i x l m s( ) 。其中构造函数是对元 件引脚的个数进行初始化和开辟数据内存;析构函数是释放析构函数中开辟的内存 空间:f i x l m s( )函数就是元件功能的具体实现，先是将输入引脚的数据读入，再 进行元件功能的实现，最后将元件的输出引脚的数据写入到指定的数据库中。下面 如下面一个简单的与逻辑元件的实现来说明。 ( 1 )首先在c a l 2 0 0 驱动程序创建一个新类 c a n d ，其基类是 c g e n e r a l c a l ，再在 这个类中添加新的函数 f i x l m s()，然后就双击生成的类 c a n d ,就可以看到该类的 构成如下: c l a s s c a n d: p u b l i c c g e n e r a l c a l p u b l i c : v o i d f i x l m s ( ) ; c a n d o ; v i r t u a l - c a n d ( ) ; ; ( 2 )然后再进入双击函数，编程实现函数的功能。其中构造函数主要是对模块 进行必要的初始化，是模块功能主要在函数f i x l m s() 中。如下所示: c a n d : : c a n d q m _ p i n n u m = 3 ; t a g i d=n e w i n t m _ p i n n u m ) ; c a n d : : - c a nd 0 v o i d c a n d : : f ix l m s 0 t nt i d i d = i f ( i d t a g i d 0 一 t a g i d 川 t a g i d 2 1 ， 二i n v a l i d t a g _ i d ) r 丁 v a l u e i n l ， i n 2， o u t 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 r d v a l u e ( ， s m p c n t c a l ， t a g i d 1 1 ) ; o u t . p h a s o r . n x = 0 o