嵌入式Linux研究-对几种典型的系统的内核配置方案

第一篇：嵌入式Linux研究-对几种典型的系统的内核配置方案

嵌入式Linux研究－对几种典型的系统的内核配置方案

摘要

本文主要介绍了几种减裁Linux核心的方法，可以用于嵌入式系统、嵌入式服务器的核心配置.-----------------By iamafan

1.对于一般PC的普通内核配置

对于一般的用户而言，对于Linux内核的效率和大小的要求都不高。因此一般不对内核重新配置，因为Linux安装程序会在安装时对大部分设置按照安装的需求和实际的硬件做缺省设置。这样的内核会比实际需要的繁冗，有很多模块加载后根本就没有用到，但是因为现在的PC的内存一般都是上百MB，而一个Linux内核再大也就是几百K，因此对于一般用户而言，无需再重新编译内核了。

在一台P3-566的Dell机器安装Red-Hat7.2,内核版本为2.4.6

以下是一些该机的配置：

Loadablemodulesupport:Y

Networkingsupport:Y

PCIsupport:Y

SystemVIPC：Y因为可以做一些基于SystemV的程序

Kernelsupportfora.outbinaries:Y

KernelsupportforELFbinaries:Y

Blockdevices：对此根据该机的硬件做了相应的配置，去除一些本机没有的硬件设备的支持模块。如:Loopbackdevicesupport

Networkingoptions:

Packetsocket:Y

TCP/IPnetworking:Y

Networkfirewalls:Y

TheIPXprotocol:Y Networkdevicesupport:

Networkdevicesupport:Y

Ethernet(10or100Mb/s):Y

Characterdevice

Virtualterminal:Y

Supportforconsoleonvirtualterminal:Y

Filesystems

Secondextendedfssupport:Y

VFATfssupport:m笔者有时会用到该机上的VFAT分区

/procfilesystemsupportY

ISO9660cdromfilesystemsupport:m

NetworkFileSystems

NFSfilesystemsupport:Y

SMBfilesystemsupport:m

Consoledrivers

VGAtextconsole:Y

Videomodeselectionsupport:Y

VESAVGAgraphicsconsole:Y

Kernelhacking

MagicSysRqkey:Y

还有一些缺省的设置笔者没有改。这样编译出来的版本有700K.经过笔者调试过没有出现什么问题。

2.PDA的内核设置

PDA(PersonalDigitalAssist)如：手机，快译通，文曲星等等。这类系统要求系统稳定，内核小而且效率高，常常需要一些特殊的硬件支持。对进程调度、文件系统要求单一，有些就是单进程系统。对网络的支持由根据需要确定。RedHat的内核无法直接用来设计一些特殊要求的PDA,一般还要加入对硬件的特定模块。

可作如下设置：

Networkingsupport:Y:一般PDA都支持上网更新功能

KernelsupportforELFbinaries:Y

CompileasELF–ifyourGCCisELF-GCC:Y这两个设置使系统的执行文件都为ELF

AdvancedPowerManagerBiossupport:Y

Blockdevices:应该加入对硬件特殊的支持模块

Networkingoptions

Packetsocket

FileSystem

Secondextendedfssupport:Y

另外的一些功能为N,当然一些功能必须选择用来支持上述的模块。编译后为100KB---400KB

3.小型嵌入式系统的内核配置

一个小型的嵌入式Linux系统只需要下面三个基本元素：

 引导工具

Linux微内核，由内存管理、进程管理和事务处理构成 初始化进程

如果要让它能干点什么且继续保持小型化，还得加上：



硬件驱动程序

提供所需功能的一个或更多应用程序。

再增加功能，或许需要这些：一个文件系统（也许在ROM或RAM）中TCP/IP网络堆栈对该种系统,做了不同的设置:

不要floppy；不要SMP、MTRR；不要Networking、SCSI；把所有的blockdevice移除，只留下IDEdevice；把所有的characterdevice移除；把所有的filesystem移除，只留下minix；不要sound支援。这样己经把所有的选项都移除了。这样做之后，得到了一个188K的核心.把下列两个档案中的-O3,-O2用-Os取代。

./Makefile ./arch/i386/kernel/ Makefile

这样一来，整个核心变小了9K，成为179K。

不过这个核心恐怕很难发挥Linux的功能，因此把网络加回去。把Generalsetup中的networksupport加回去，重新编译，核心变成189K。10K就加上个TCP/IPstack。有stack没有driver也是枉然，把embeddedboard常用的RTL8139的driver加回去，195K.如果你需要DOS档案系统，那大小成为213K。如果minix用ext2换代，则大小成长至222K。

Linux所需的内存大约在600K～800K之间。1MB内存就可能可以开机了，但不太有用，因为连载入C程序库都有困难。2MB内存应该就可以做点事了，但要到4MB以上才可以执行一个比较完整的系统。

因为Linux的filesystem相当大，大约在230K左右，占了1/3的体积。内存管理占了80K，和核心其它部分的总和差不多。TCP/IPstack占了65K，驱动程序占了120K。SysVIPC占了21K，必要的话可以拿掉，核心档应该可以再小个10K左右。

如果要裁剪核心大小，应该动那里呢?答案很明显，当然是文件系统。Linux的VFS简化了档案系统的设计，buffercache,directorycache增加了系统的效率。但这些embedded系统根本就用处不大。如果可以把它们拿掉，核心可以马上缩小20K左右。如果跳过整个VFS，直接将文件系统写成一个driver的型式，应该可以将230K缩减至50K左右。整个核心缩到100K左右。

4.工控机的内核配置

对于工控机内核,对于内核的大小要求并不严格,关键的是正确性,健壮性和实时性(某些机子要求实时性较高).对文件系统要求单一,但保证正确性.网络按需设置。

可作如下配置:

Symmetricmulti-processingsupport:Y

Loadablemodulesupport:N工控机一般将可能用到的模块都全部装入内存.Networkingsupport:Y

SystemVIPC:Y KernelsupplyforELFbinaries:Y

Blockdevices:根据具体硬件配置

Networkingoptions

packetsocket:Y

根据具体需要,一般工控机是通过LAN连接,与外界隔离故要IPX协议,另外Tcp/ip一般也需要.QoSand/orfairqueueing:Y

QoS(QualityOfService)andfairqueueling是一种排定某种封包先送的网络线程表,可同时针对多个网络封包处理并依优先处理顺序来排序,称之为packetschedulers.此功能特别是针对实时系统时格外重要,当多个封包同时送到网络设备时,Kernel可以适当的决定出哪一个封包必须优先处理.因此Kernel提供数种packetschedulingalgorithm.Filesystems

SecondExtendedfssupport:Y

其余配置和小型嵌入式系统差别不大.同一台机器上编译出来的内核大小为800多KB。

5.服务器的内核配置:



服务器的内核对网络设置和进程调度都非常关键.做如下配置:

Symmetricmulti-processingsupport:Y

Loadablemodulesupport:Y

Networkingsupport:Y

Networkingoption

Packetsocket:Y。

TCP/IPnetworkeing:Y

Networkfirewalls:是否采用网络防火墙。如果计算机想当firewallsserver或者是处于TCP/IP通信协议的网络的网路结构下，这一项要选[Y]

Networkaliasing[Y/m/n/?]:一台网络上的计算机可以拥有多组IP地址。如果计算机想拥有多个IP地址，就选择[Y].IP:forwarding/gatewaying[Y/m/n/?]:假如用户想当路由器的话，选择[Y],但先决条件是有“两张”网卡，一张对外部网络、一张对内部网络，并且使用的ISP那一端也必须设定routing，允许用户这台路由器才行。

IP:multicasting:可以一次就完成传送一个packet到好几台计算机的操作。

IP:syn_cookies:一种保护措施，将各种TCP/IP的通信协议加密，防止Attacker攻击用户的计算机，并且可以纪录企图攻击用户的计算机的IP地址。

IP:firewalling:该台计算机是否是防火墙服务器。

IP:firewallpacketlogging:是否由klogd记录防火墙服务器到底接收了哪些Packet。

IP:masquerading:可以将内部网络的计算机送出去的封包，通过防火墙服务器直接传递给远端的计算机，而远端的计算机看到的就是接收到的防火墙服务器送过来的封包，而不是从内部的计算机送过来的。这样如果内部只有一台计算机可以上网，其余的机器可以通过这台机子的防火墙服务器向外连线。选择这个选项必需先确定先前的NetworkFirewallsIP:forwarding/gatewayingIP：firewalling这三个选项选[Y]。以及下一个选项IP：alwaysdeframent也要选[Y].IP:ICMPmasquerading:一般masquerading只提供处理TCP,UDPpackets,若要让masqurerading也能处理ICMPpackets,这个选项要选[Y].IP:alwaysdefragment:可将接收到的packetfragments重新组合回原来那个封包。

IP:accounting:统计IPpacket的流量，也就是网络的流通情况。

IP:optimizeasrouternothost:可以关闭copy&checksum技术，防止流量大的服务器的IPpackets丢失。

IP:tunneling:可在不同网域中使用linux,且都不用改IP就可以直接上网了。适合于笔记本型计算机用户。

IP:ReverseARP:主要是提供bootp的功能，让计算机从可以从网卡的BootRam启动。

IP:DisablePathMTUDiscovery:是否取消PathMTUDiscovery.MTU有助于处理拥挤的网络。

TheIPXprotocol:IPX为Netware网络使用的通讯协议。

其余根据需要设置。编译出的内核为800K。

第二篇：思科统一通讯方案典型配置参考

思科统一通讯方案典型配置参考

用户需求分析

客户规模：

  客户有一个总部，约有100名员工；

一个分支机构，约有20名员工；

客户需求：

    组建安全可靠的总部和分支LAN和WAN；

总部和分支部署IP电话，以及IP语音信箱服务；

方便和图形化的网络管理；

整体方案要便于以后升级，以利于投资保护。

思科建议方案：

   部署思科智能交换机和多业务集成路由器，构建安全的数据通信网络；

部署思科统一通信方案，构建语音通信网络；

部署思科CNA，实现图形化的网络管理。

1.思科建议方案设计图

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2.思科建议方案总体配置概述

 安全和智能的总部与分支网络

o LAN：总部思科Cat3560和CE500交换机，提供约100个用户的接入； 分支思科NME交换机模块，提供约16个用户接入；

o WAN：总部ISR3825路由器，分支ISR2811，实现总部和分支之间安全可靠地互联，可以采用专线，也可以经由因特网，采用VPN实现；

  总部和分支用户的IP通信服务：

o 总部ISR3825和分支ISR2811分别运行思科Call Manager Express IP电话服务，提供总部约100台IP电话机，分支16台IP电话的服务；

o 总部和分支的用户也可以使用PC上的思科软件IP电话进行通信；

o 总部ISR3825和分支ISR2811部署思科Unity Express，提供总部和分支的语音信箱服务；

  安全服务

o 利用总部和分支路由器的IOS FW和IOS IPS，及 IPSec VPN和WEB VPN功能，实现安全的网络访问和应用传输，以及高级的应用控制； 另外，可利用思科Auto-Secure功能快速部署基本的安全功能

 网络管理

o 图形化思科网络助理CNA，可以监控，配置和管理总部或者分支网络中的所有设备，包括交换机，路由器和IP电话机；

o 可从CNA中调用思科SDM管理软件，对路由器上的所有功能，包括防火墙，VPN和IPS等进行图形化的配置管理；

o 利用图形化交互式IP通信配置工具：QCT(Quick Config Tool)，帮助客户实现所需要的功能；

o 利用图形化的CCME和CUE配置界面，可以方便地配置管理Call Manager Express和Unity Express；

3.总部方案产品配置详述

  LAN

o Cat3560-48PS为主干，CE500-24PC为桌面交换机，可提供100个左右的用户以100M接入，同时提供IP电话机的电源供应；

  WAN

o 采用ISR3825，配置VWIC2-1MFT-G703，通过E1线路连接分支网络，如果希望经由因特网，利用VPN实现互联，可以不配此部件；

  统一通信

o ISR3825上配置VWIC2-4FXO，连接PSTN，配置VWIC2-2FXS，连接内部的传真机和模拟电话机；

o 如果需要更多的模拟电话接入和PSTN线路连接，可配置EVM扩展语音模块，最大支持24个FXS或者 8个FXS+12个FXO端口； 或者采用NM-HDV2和或VWIC2-MFT-E1以支持更多的接入数量；

o 配置思科CallManager Express 的IP电话服务，提供96个IP电话支持，最大可以扩展到168个IP电话；

o 配置思科NM-CUE-EC模块，提供100个语音信箱的服务，最多可支持250个语音信箱。

o 配置96台IP 电话机：Cisco 7941G，和 IP communicator软电话



 安全

o 配置思科路由器上的IOS FW和IOS IPS实现高级应用控制，配置WEB VPN和IPSec VPN，实现总部和分支互联，以及远程接入的功能；

4.分支方案产品配置详述

  LAN & WAN

o LAN方面，采用ISR2811，配置NME-16ES-1G-P，提供16个用户100M的接入，同时提供IP电话机所需的电源供应。

o WAN方面，在ISR2811上配置VWIC2-1MFT-G703，通过E1线路连接总部网络，如果希望经由因特网，利用VPN实现互联，可以不配此部件；

  统一通信

o ISR2811上配置VWIC2-2FXO，连接PSTN，配置VWIC2-2FXS，连接内部的传真机和模拟电话机；

o 如果需要更多的模拟电话接入和PSTN线路连接，可以配置更多的VWIC-FSX/FXO，或者 NM-HDV2和或VWIC2-MFT-E1以支持更多的接入数量；

o 配置思科CallManager Express 的IP电话服务，提供36个IP电话支持，最大可以扩展到8个IP电话；

o 配置内置于机箱的思科AIM-CUE模块，提供25个语音信箱的服务，最多可支持50个语音信箱。

o 配置96台IP 电话机：Cisco 7941G，和 IP communicator软电话

  安全

o 配置思科路由器上的IOS FW和IOS IPS实现高级应用控制，配置IPSec VPN，实现总部和分支互联的功能；

5.总部和分支方案产品清单

总部产品配置清单

ISR3825 语音安全销售捆绑包，包括ISR3825硬件，高级IP服务特C3825-VSEC-CCME/K9 性集的IOS软件，语音编解码PVDM2-64，168个IP电话机支持的FL-CCME-168，128MB Flash，512MB DRAM VIC2-4FXO VIC2-4FXS VWIC2-1MFT-G703 NM-CUE-EC SCUE-2.3 SCUE-LIC-100CME WS-C3560-48PS-S WS-CE500-24PC

4端口 Voice Interface Card – FXO，连接外线PSTN 4端口 Voice Interface Card – FXS，连接FAX和模拟电话机 1端口 RJ-48 Multiflex Trunk2.3 100个语音信箱许可，Unity Express License 25 Voice Mailbox-Auto Attendant-CCME

Catalyst 3560 48 10/100 PoE + 4 SFP Standard Image 24 10/100(24PoE)and 2 10/100/1000BT or SFP uplinks

CP-7941G

SW-CCME-UL-7941

分支产品配置清单

Cisco IP Phone 7941

Cisco CallManager Express License For Single 7941 IP Phone

ISR2811 语音安全销售捆绑包，包括ISR2811硬件，高级IP服务特C2811-VSEC-CCME/K9 性集的IOS软件，语音编解码PVDM2-16，36个IP电话机支持的 NME-16ES-1G-P VIC2-2FXO VIC2-2FXS VWIC2-1MFT-G703 AIM-CUE SCUE-2.3 SCUE-LIC-25CME PWR-2811-AC-IP CP-7941G

SW-CCME-UL-7941

FL-CCME-36，64MB Flash和256MB DRAM

以太网交换模块，16 10/100T POE + 1 GE，IP Base 2端口 Voice Interface Card – FXO，连接外线PSTN 2端口 Voice Interface Card – FXS，连接FAX和模拟电话机 1端口 RJ-48 Multiflex Trunk2.3 25个语音信箱许可，Unity Express License 25 Voice Mailbox-Auto Attendant-CCME

利用NME-16ES提供在线电源支持的电源，Cisco 2811 AC/IP power supply

Cisco IP Phone 7941

Cisco CallManager Express License For Single 7941 IP Phone

第三篇：嵌入式系统Linux内核开发工程师必须掌握的三十道题

嵌入式系统Linux内核开发工程师必须掌握的三十道题.txt男人的话就像老太太的牙齿，有多少是真的？！问：你喜欢我哪一点？答：我喜欢你离我远一点！执子之手，方知子丑，泪流满面，子不走我走。诸葛亮出山前，也没带过兵！凭啥我就要工作经验？嵌入式系统Linux内核开发工程师必须掌握的三十道题

如果你能正确回答以下问题并理解相关知识点原理，那么你就可以算得上是基本合格的Linux内核开发工程师，试试看！

1)Linux中主要有哪几种内核锁？

2)Linux中的用户模式和内核模式是什么含意？

3)怎样申请大块内核内存？

4)用户进程间通信主要哪几种方式？

5)通过伙伴系统申请内核内存的函数有哪些？

6)通过slab分配器申请内核内存的函数有？

7)Linux的内核空间和用户空间是如何划分的（以32位系统为例）？

8)vmalloc()申请的内存有什么特点？

9)用户程序使用malloc()申请到的内存空间在什么范围？

10)在支持并使能MMU的系统中，Linux内核和用户程序分别运行在物理地址模式还是虚拟地址模式？

11)ARM处理器是通过几级也表进行存储空间映射的？

12)Linux是通过什么组件来实现支持多种文件系通的？

13)Linux虚拟文件系统的关键数据结构有哪些？（至少写出四个）

14)对文件或设备的操作函数保存在那个数据结构中？

15)Linux中的文件包括哪些？

16)创建进程的系统调用有那些？

17)调用schedule()进行进程切换的方式有几种？

18)Linux调度程序是根据进程的动态优先级还是静态优先级来调度进程的？

19)进程调度的核心数据结构是哪个？

20)如何加载、卸载一个模块？

21)模块和应用程序分别运行在什么空间？

22)Linux中的浮点运算由应用程序实现还是内核实现？《》

23)模块程序能否使用可链接的库函数？

24)TLB中缓存的是什么内容？

25)Linux中有哪几种设备？

26)字符设备驱动程序的关键数据结构是哪个？

27)设备驱动程序包括哪些功能函数？

28)如何唯一标识一个设备？

29)Linux通过什么方式实现系统调用？

30)Linux软中断和工作队列的作用是什么？

第四篇：嵌入式系统智能快递柜设计研究论文

摘要：近年来，电商的不断发展，在为人们的生活带来了极大便利的同时，也促进了我国快递行业迅速成长。智能快递柜的开发，是快递行业物联网+升级的重要实践，在一定程度上解决了末端配送问题，可有效降低物流成本，为客户提供更高质量的服务。因此，智能快递柜的发展是未来智慧社区、智慧社会发展的趋势。针对“最后100米”配送环节，文章设计了一种智能快递定点自取系统。

关键词：智能快递柜；物联网；充电桩

随着电子商务的发展，网购已成为人们主要的购物方式之一，并且发展势头迅猛。纵观现在的快递业，大体上由两种形式组成，即人工快递投取和快递柜自动投取[1]。本文基于嵌入式系统设计一种多功能智能快递柜，作为嵌入式技术在智能快递柜领域的探索性研究，可为以后建立大型的智能快递投递系统奠定基础。

1电路硬件设计

智能快递柜的整体系统框如图1所示。系统分为电源系统和控制系统两大部分。电源系统部分主要包括太阳能电池板、电源管理模块和可充电电池。

1.1太阳能电池板基于绿色环保考虑，本文设计的智能快递柜电源部分增加了太阳能电池板，减少对市电的使用。太阳能电池板目前市面上主要有3种：晶体硅电池板、非晶硅电池板、柔性太阳能电池。晶体硅电池板分为两种：单晶硅型和多晶硅型。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为18%左右，最高的达到24%，转换效率最高但制作成本很大。多晶硅太阳电池的光电转换效率约16%左右。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅太阳电池的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。柔性薄膜太阳能电池不需要采用玻璃背板和盖板，重量比双层玻璃的太阳能电池片组件轻80%，可以任意弯曲，安装的时候也不需要特殊的支架。缺点是光电的转换效率要比常规的晶硅组件低。在本文设计的智能快递柜电路系统中，太阳能电池板主要需考虑的方面为成本、发电功率和发电效率，因此可以考虑采用多晶硅太阳能电池板。但结合具体环境，在有些光照条件欠佳的地方可以采用非晶硅太阳能电池板[2]。

1.2电源管理模块稳定可靠的电源是电路系统稳定工作的基本条件，因而对电源模块的性能参数要求必然不低。在本文所设计智能快递柜电路结构中，电源管理模块的作用如下：

（1）将市电转换为系统电路所需直流电。

（2）将市电和太阳能电池板发电进行功率分配控制，尽可能减小市电的使用实现节能环保。

（3）在供电正常时对可充电电池进行充电和维护，在断电时切换使用可充电电池作为电源，保证系统在断电后也能正常工作。

1.3可充电电池在本文设计的智能快递柜电路系统中，可充电电池用于断电时为系统提供应急电源。锂电池轻巧且容量大，但基于成本考虑，可以采用铅蓄电池。控制系统包括主控模块、GPRS模块、语音模块、触摸屏、键盘、摄像头模块和继电器模块。1.3.1主控模块主控模块为本系统的核心，用于进行所有数据的处理。在本文设计的智能快递柜电路系统中，综合考虑开发成本、开发难度、芯片性能等，本文采用树莓派3B作为主控模块。

1.3.2GPRS模块在本文设计的智能快递柜电路系统中，GPRS模块用于网络通信，采用SIM800A模块。SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高性能工业级GSM/GPRS模块，可以低功耗实现语音、DTMF、SMS（短信，彩信）、GPRS数据的传输。

1.3.3语音模块在本文设计的智能快递柜电路系统中，语音模块用于对用户进行引导和提示。由于树莓派上带有音频输出接口，所以为实现语音播报，只需外接功放和扬声器。

1.3.4触摸屏本文所述的触摸屏为带触摸功能的显示屏，即包括显示屏和触摸面板。在本文所设计的智能快递柜电路系统中，显示屏重点在于可靠性，需在室外环境下长期使用。同时，尺寸也不要求很大，能满足软件界面的显示即可，因而可以考虑10.1寸以下的LCD显示器。由于树莓派上带有HDMI视频输出接口，因而可以采用HDMI接口的显示器。触摸面板种类很多，对于本文所设计的智能快递柜电路系统，主要考虑的因素是成本和可靠性，因而可以采用五线电阻屏。关于硬件的连接，树莓派上带有USB接口，可以直接将电阻屏驱动板和树莓派通过USB直接连接，通过在树莓派上安装驱动实现触摸输入。

1.3.5键盘在本文所设计的智能快递柜电路系统中，键盘用于额外的输入设备，避免在触摸屏异常时用户无法输入。在本设计中用户的输入仅为数字，因而采用USB接口的数字键盘即可。

1.3.6摄像头模块随着技术的发展，用户的输入方式在很多场合已变为操作简易的“扫码”，在本文所设计的智能快递柜电路系统中，摄像头模块用于读取用户的二维码、条形码，可以直接通过“扫码”进行输入操作，使得系统的使用更为简便。

1.3.7继电器模块在本文所设计的智能快递柜电路系统中，继电器模块用于驱动快递柜各个货柜的电磁锁，继电器模块在电路上主要包括继电器驱动模块和继电器。

2软件设计

本文所设计的智能快递柜软件设计包括界面设计、后台程序设计和数据库设计。界面设计可通过QT实现，界面并不复杂，根据用户操作流程可分页设计为欢迎界面、登录界面、寄件收件界面。同时，可嵌入多媒体播放器用于播放广告。后台程序主要包括底层驱动程序和后台数据处理程序。底层驱动程序用于树莓派对硬件电路进行操作，包括GPRS模块的串口驱动程序和继电器模块的驱动程序。后台数据处理程序可以通过中断和顺序执行结合的方式，通过中断检测键盘、触摸屏和摄像头模块，当有用户输入时进入输入界面，将用户输入的数据与数据库进行对比，根据结果通过继电器模块控制相应的柜门打开，过程中通过语音引导用户操作。在系统闲时通过GPRS模块与服务器端通信，更新本地数据库。

3结语

智能快递柜的开发，是快递行业向互联网转型升级的重要实践，在一定程度上解决了末端配送的问题，并且可有效降低物流成本，因此，智能快递柜的发展是未来智慧社区、智慧社会发展的趋势[3]。本文所设计的基于嵌入式系统的智能快递柜，通过太阳能电池板实现节能环保，具有多种交互方式，具有一定的便利性，可为以后建立大型智能快递投递系统提供技术参考。

[参考文献]

[1]刘立华.智能快递柜自助服务的应用及其发展方向[J].物流工程与管理，2015（8）：54-55.[2]车孝轩.太阳能光伏发电及智能系统[M].武汉：武汉大学出版社，2013.[3]于春艳.智能快递柜自助服务[J].中外企业家，2015（3）：236-237.

第五篇：发电机失磁保护的典型配置方案

发电机失磁保护的典型配置方案 引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机的稳定运行有十分重要的影响。由 于励磁系统相对较为复杂，主要包括励磁功率单元和励磁控制部分，因而励磁故障的发生率在发电机故障中是较高的。加强失磁保护的研究，找到一个合理而成熟可 靠的失磁保护配置方案是十分必要的。

由于失磁保护的判据较多，闭锁方式和出口方式也较多，因此失磁保护的配置目前在所有发电机保护中最复杂，种类也最多。据国内一发电机保护的大型生产厂 家统计，2000年中，该厂所供的失磁保护配置方案就有20多种。如此之多的配置方案对于现场运行是十分不利的。不仅业主和设计部门难以作出选择，而且整 定、调试、运行、培训都变得复杂。这样，现场运行经验和运行业绩不易取得，无法形成一个典型方案以提高设计、整定效率和运行水平，也不利于保护的成熟和完 善。从电网运行中反映，失磁保护的误动率较高。

湖北襄樊电厂4台300MW汽轮发电机组，首次在300MW发电机组上采用国产WFB－100微机保护，经过近3年的现场运行，其失磁保护在试运行期 间发生过误动作，在采取一定措施后，未再误动。近年来，失磁保护先后经过数次严重故障的考验和进相运行实验，都正确动作。本文将分析该厂失磁保护方案的特 点，并以此为典型方案，以供同行借鉴参考。失磁保护的主判据

目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种，分别是

1）转子低电压判据，即通过测量励磁电压Ufd是否小于动作值； 2）机端低阻抗判据Z＜；

3）系统低电压Um＜。三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。2．1 转子低电压判据Ufd

早期的整流型和集成电路型保护，采用定励磁电压判据，表达式为：

Ufd＜K·Ufd0，Ufd0为空载励磁电压，K为小于1的常数。

目前的微机保护，多采用变励磁电压判据Ufd（P），即在发电机带有功P的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。正常运行情况下（包括进相），励磁电压不会低于空载励磁电压。Ufd（P）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因为Ufd是转子系统的电气量，多为直流，而功率P是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。

在襄樊电厂1＃机试运行期间就因为该判据整定值偏大而误动2次。经检查并结合进相运行试验数据进行分析发现，整定值K偏大的主要原因是在整定计算中，发电机空载励磁电压Ufd0、同步电抗Xd，均采用的是设计值，而设计值与实测值有较大的差别［1］。如襄樊电厂1＃机的设计值Ufd0＝160V，Xd＝1．997（标么值），而实测值Ufd0＝140V，Xd＝1．68（标么值）。由此造成发电机在无功功率较小或进相运行时，Ufd（P）判据落入动作区而误动。这种情况，在全国其他地区也屡有发生，人们往往因此害怕用此判据。对于水轮机组，由于Xd与Xq的不同，整定计算就更繁琐一些［2］。

但是勿容置疑的是，该判据灵敏度最高，动作很快。如果掌握好其整定计算方法，在整定计算上充分考虑空载励磁电压Ufd0和同步电抗Xd等参数的影响，或在试运行期间加以实验调整，不仅可以避免误动作，而且是一个十分有效的判据。能防止事故扩大而被迫停机，特别适用于励磁调节器工作不稳定的情况。

在机组的进相运行试验时，一台机组在进相深度较深时，励磁调节器2次突然失稳，Ufd（P）判据迅速动作，使励磁2次成功恢复，避免了切机事故。2次现场记录如下：

1）动作前，发电机带有功P＝200MW，无功Q＝－82Mvar，功角δ＝59．3°。继续加大进相深度时，励磁调节器失稳，Ufd突然从170V骤减至122V，已低于空载励磁电压。Ufd（P）判据迅速动作，发信、减出力并切换厂用电，励磁调节器工作恢复正常。

2）动作前，发电机带有功P＝300MW，无功Q＝－50Mvar，功角δ＝61°。这时，无功Q突然从－50Mvar增至－80Mvar，励磁电压急剧下降。Ufd（P）判据出口动作，励磁恢复正常。

2．2 低阻抗判据Z＜

反映发电机机端感受阻抗，当感受阻抗落入阻抗圆内时，保护动作。失磁保护的阻抗圆常见有两种，一是静稳边界圆Z1；另一个是异步圆Z2，如图1所示。还有介于两者之间的苹果圆（主要用于凸极机）。发电机发生低励、失磁故障后，总是先通过静稳边界，然后转入异步运行。因此，静稳边界圆比异步圆灵敏。由于静稳边界圆存在第一、二象限的动作区，在进相运行时，当进相较深的时候，有可能误动。

静稳边界圆Z1与纵轴交于A、B两点，A点为系统阻抗XS，B点为Xd（同步电抗）。在整定计算时，A点系统阻抗XS有时取最大方式下的阻抗，有时取最小方式下的阻抗，B点Xd的取值有时为保证能可靠动作，乘上一个可靠系数K（K一般取1．2）［3］。若机组不将进相运行作为正常运行方式，用以上整定计算方法保护都不会误动作。但是若将进相运行作为正常的运行方式，整定计算时应充分考虑进相运行对保护的影响，以防止误动作［4］。

以襄樊电厂4＃机进相实验数据为依据，计算出在进相深度达到最大时（δ＝65°）的阻抗值，看是否会落入动作区内。如表1.1）若XS取最小系统阻抗（大方式），A点为Xs．min（0，3），B点不乘可靠系数K，则B点为Xd（0，－34）。圆心（0，－15．5），半径18．5。上表中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为21．1，20．8，21．8。尚有10％以上的可靠系数。

2）若XS仍取最小系统阻抗，B点乘可靠系数1．2，B点为1．2 Xd（0，－40．8）。圆心（0，－18．9），半径21．9。表1中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为23，23．3，22．6。可靠系数小于5％，几乎没有裕度。

3）若XS取最大系统阻抗（小方式），A点为Xs．max（0，4．7），B点不乘可靠系数K，B点为Xd（0，－34）。圆心（0，－14．7），半径19．4。表1中三种工况所对应的感受阻抗与圆心的距离分别为20．7，20．6，21．76。可靠系数小于7％，裕度很小。

4）若XS取最大系统阻抗（小方式），B点又乘可靠系数1．2。表1中三种工况必有误动作发生。

由此可见，对进相运行的机组，以上第4种整定计算方法不可取。第2、3种整定计算方法，在系统振荡，进相深度过深，三相不平衡以及机组特性差异等因素 下，也可能造成保护误动而停机解列。因此，对把进相运行作为正常运行方式的机组，宜采用异步圆跳闸，可有效保证进相运行时不误动。若采用静稳圆，须用第1 种整定计算方法，或干脆去掉阻抗圆的第一、二象限部分，取XS＝0，将系统等值为无穷大系统，B点取Xd。这样不仅整定计算简化，而且不会造成进相运行时保护误动。2．3 系统低电压判据

反映系统（电厂高压侧母线）三相同时低电压。本判据主要用来防止由发电机失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃。这种判据在系统容量较小、电厂与系 统联系薄弱或系统无功不足时，能可靠动作。这种情况往往出现在远离负荷中心的水电厂或坑口火电厂的建设初期，或水电厂的枯水期［5］。高压侧母线的三相电压严重下降将导致系统稳定运行的破坏，因此须快速跳闸。

当电厂建成后，一般有多台发电机并联运行，而且电厂能量外送的输变电工程也竣工投产，此时，一台发电机失磁不大可能将高压侧母线电压Um下降到整定值（0．8～0．85 Un）以下，本判据往往不能动作。因此，在设计失磁保护的逻辑回路时，不应将系统低电压判据和其他失磁主判据“与”来出口，以免闭锁失磁机组的停机出口。宜采用当其他失磁主判据满足时，若系统低电压判据不满足，则经一较长延时跳闸；若系统低电压判据也满足，则快速跳闸。

对于与系统联系紧密的电厂和小型机组，本判据完全可以取消。失磁保护典型配置方案

3．1 逻辑回路

典型配置方案采用上节所叙述的三个主判据，并结合PT断线闭锁的辅助判据，组成完整的低励失磁保护。逻辑图如图2：

3．2 本方案的特点

Ufd（P）判据直接反映励磁电压，最直接地反映了一切低励和失磁故障；变励磁低电压判据也是最灵敏，动作最快的主判据，是三个主判据中唯一能可靠地反映低励故障的判 据。因此，典型配置中选用这一判据，不仅可通过延时发信、减出力等（或切换励磁），可能使励磁恢复正常，或值班员采取措施以恢复励磁；同时也作为跳闸的必 要条件。

失磁保护的三个主判据，其灵敏度从高到低依次为转子低电压、阻抗圆Z＜、系统低电压。鉴于系统低电压判据在较多情况下并不能可靠动作，因此不能将它作为跳闸出口的必要条件，而是作为加速跳闸的因素。

本典型方案将转子低电压“与”阻抗圆Z＜判据，经一较长延时t3出口跳闸；若系统低电压判据又同时满足，表示系统无功储备已不足，则不经长延时t3，而是经短延时t2出口跳闸。本典型方案并不简化，主要适用于大型机组和对系统影响很大的机组。在实际运用中，可尽可能地简化。对于与系统联系紧密的电厂，可省去系统低电压判据。对系统影响较小的中小型机组，可只用阻抗圆Z＜判据。3．3 现场运行情况

采用本配置方案的失磁保护在湖北襄樊电厂4台300MW汽轮发电机组上已投运3年，在试运行期间，失磁保护转子低电压判据曾几次误动作［1］，经重新计算和调整其整定值，保护不再误动。其后的运行中，由于励磁调节器工作不稳定，反复故障，失磁保护多次正确动作，成功地切除故障。特别是转子低电压判据能迅速发信、减出力等，有时能使励磁恢复正常，避免停机事故。

如在2000年3月，3＃机Ufd（P）判据动作发信，运行人员迅速将励磁调节改为手动方式，使励磁恢复正常。后经检查，励磁调节器的机笼插槽接触不好，使CPU故障，触发脉冲丢失两相。

其后，2000年7月，3＃机励磁调节器再次故障，励磁变过流保护动作，转子低电压判据动作，励磁仍不能恢复正常，最后阻抗圆Z＜判据动作停机。经检查，励磁调节器的CPU损坏。更换励磁柜CPU插件。

2001年4月，4＃机励磁调节器的CPU损坏，励磁调节器发故障信号，随后转子低电压判据动作，阻抗圆动作停机。退出该励磁柜，更换励磁柜机笼、CPU插件、网卡等。3．4 与其他配置方案的比较

目前失磁保护配置方案很多，不下20多种。其主判据也不外乎上节所说的几种，主要是逻辑组合与闭锁方式的差别。除本文所提的配置方案外，目前大机组上 应用较广泛的方案有：采用静稳边界圆发信，异步圆跳闸。这种方案主要是担心转子低电压判据太灵敏，易误动。静稳圆与异步圆从原理上没有很大的差别，反映的 都是机端感受阻抗，只是静稳圆比异步圆灵敏一些，动作稍快一些。如果用静稳边界圆发信，到减出力或采取措施，恐怕已不能使励磁恢复正常了，停机事故将在所 难免。另外静稳圆与异步圆都采用定子侧判据，可靠性显然不如转子侧和定子侧判据“与”出口跳闸。而且转子侧判据是最直接的，任何低励失磁故障都首先来自转 子侧，然后影响到定子侧，再波及系统侧。结论

本文所提出的失磁保护方案，经历了实际运行

中多种类型低励失磁故障的考验和进相运行实验，具 有良好的运行业绩。我省将它作为典型配置方案，运用于近年来新建、改造的大型机组保护中。采用典型配置，不仅给设计、整定、调试、运行带来很大方便，而且 便于技术的成熟和运行经验的提高。

另外需指出的是，失磁保护对整定计算的要求较高，如整定不当，易造成误动作，尤其是Ufd（P）判据。本典型方案主要适用于大型机组和对系统影响很大的机组。在实际运用中，并非所有的判据都一定要采用。合理地简化不仅利于整定和运行，也可最终减少误动发生的可能性。