硬件设计
装置硬件按功能实现模块化设计,核心CPU 模块采用保护DSP+监控DSP 的双CPU 结构,它们之间通过CAN 口实现信息共享。DSP 采用的是TI 公司的32 位高性能定点处理器芯片TMS320F2812,该
芯片处理能力好(150MIPS)、程序存储器大(128k 字的FLASH)、片内外设丰富、事件管理能力强、具有在线仿真功能,使得接口、模块化设计以及调试都很方便[3~4]。
硬件系统原理如图1所示。
图1 硬件系统结构框图
1.1 保护CPU 模块
保护CPU 模块主要完成数据的采集、处理、算法的实现、逻辑判断输出以及与监控的内部通信等。
1.1.1模拟量数据采集电路
模拟量数据采集电路主要完成电压、电流等模拟量的采集、信号调理和A/D 转换工作。电网实际的高电压、大电流信号经过一次PT、CT 和数据采集板上二次小PT、CT 两次变换后,还需要通过信号调理电路才能变为A/D 转换器可以接受的电压范围。信号调理电路如图2 所示。
图2 模拟量信号调理电路
模数转换器采用的是TI 公司的16 位、6 通道同步采样A/D 转换器ADS8364。ADS8364 的三组启动
转换端holdA、holdB 、holdC 由2812 的同一I/O口经过CPLD 控制,每隔T/N (T 为测得模拟信号周期,N 为周期采样点数)时间,启动A/D 转换。ADS8364 转换结束时会产生一个中断信号,2812 检测到该中断后,通过中断服务程序读取转换结果。
1.1.2 开关量输入输出电路
根据研制要求装置设计了16 路开入量,分别用于开关位置和状态切换等。开入量经过限流、去抖等处理后加到光电隔离上,然后再经过CPLD 控制送至F2812,由F2812 以中断方式来检测开关变位情况。光电隔离采用东芝公司的TLP121,其隔离电压为直流2500V,信号带宽为10KHz。开出回路也为16 路,分别为断路器各种方式的跳合闸和其它回路控制所用。开出信号由F2812 锁存至输出寄存器中,由CPLD 控制,经过达林顿型光电隔离后输出,用于驱动外部继电器。达林顿型光电隔离采用东芝公司的TLP127,其隔离电压为直流2500V,信号带宽为10KHz.需要特别指出的是,为了避免干扰引起的误动,对应于跳闸出口继电器,光电隔离的光敏三极管的集电极必须经启动继电器接点接正电源,形成对保护出口的闭锁。只有当起动继电器和跳闸命令同时动作时,跳闸继电
器才出口。
1.1.3 CPLD 电路
CPLD 采用的是XILINIX 公司推出的复杂可编程逻辑芯片XC95108[5]。该芯片具有支持IEEE 1149.1标准的JTAG 引脚,支持ISP 方式下载程序。能反复擦写内部逻辑,可以在外部I/O 引脚和接线不变的情况下实现CPLD 内部逻辑的改变。CPLD 在装置硬件设计中的作用主要是:地址译码、产生时延信号、扩展I/O 口以及解决外设芯片和2812 之间的速度匹配问题。
其功能框图如图3 所示。
图3 CPLD功能框图
1.1.4 其它电路
为了给装置提供时间基准,采用带I2C 接口的RTC 时钟芯片M41T11M6 构成实时时钟电路。为了调试方便和数据录波的需要外扩了256K字的SRAM芯片CY7C1041CV33 和FLASH芯片SST39VF400F。另外还设计有硬件测频电路。
1.2 监控CPU 模块
监控CPU 模块主要完成与变电站级的通信、数据显示、键盘按键处理、调试等。
1.2.1 通信电路
通信电路主要担负着监控CPU 与外部通信的功能。其与外部的通信方式主要是RS485/232 和以太网接口。RS485/232 通过2812 自带的SCIA/B 实现。以太网接口电路采用低功耗的以太网控制器
CS8900A,RJ45 接口,与IEEE802.3 标准完全兼容。CS8900A 被设置为16 位工作模式,和2812 之间的数据传输采用的是默认的I/O 方式。其应用电路如图4 所示。
图4 以太网控制器CS8900A应用电路图
1.2.2 液晶显示电路
液晶显示采用东芝公司的MGLS12864T 模块,其内置控制器为T6963C。2812 中的数据总线与控制
信号采用直接I/O设备访问形式来控制T6963C,通过对T6963C进行编程可实现各种汉字、图形的显示。
1.2.3 其它模块
小键盘模块共16 个键位,采用4×4的矩阵式方案,由2812 的I/O 口、八相反相缓冲器74LS240、锁存器74LS273 以及一些上拉电阻组成。RS232 主要用作系统调试和维护的人机接口。JTAG 主要用作系统调试时进行在线实时仿真。
硬件设计
装置硬件按功能实现模块化设计,核心CPU 模块采用保护DSP+监控DSP 的双CPU 结构,它们之间通过CAN 口实现信息共享。DSP 采用的是TI 公司的32 位高性能定点处理器芯片TMS320F2812,该
芯片处理能力好(150MIPS)、程序存储器大(128k 字的FLASH)、片内外设丰富、事件管理能力强、具有在线仿真功能,使得接口、模块化设计以及调试都很方便[3~4]。
硬件系统原理如图1所示。
图1 硬件系统结构框图
1.1 保护CPU 模块
保护CPU 模块主要完成数据的采集、处理、算法的实现、逻辑判断输出以及与监控的内部通信等。
1.1.1模拟量数据采集电路
模拟量数据采集电路主要完成电压、电流等模拟量的采集、信号调理和A/D 转换工作。电网实际的高电压、大电流信号经过一次PT、CT 和数据采集板上二次小PT、CT 两次变换后,还需要通过信号调理电路才能变为A/D 转换器可以接受的电压范围。信号调理电路如图2 所示。
图2 模拟量信号调理电路
模数转换器采用的是TI 公司的16 位、6 通道同步采样A/D 转换器ADS8364。ADS8364 的三组启动
转换端holdA、holdB 、holdC 由2812 的同一I/O口经过CPLD 控制,每隔T/N (T 为测得模拟信号周期,N 为周期采样点数)时间,启动A/D 转换。ADS8364 转换结束时会产生一个中断信号,2812 检测到该中断后,通过中断服务程序读取转换结果。
1.1.2 开关量输入输出电路
根据研制要求装置设计了16 路开入量,分别用于开关位置和状态切换等。开入量经过限流、去抖等处理后加到光电隔离上,然后再经过CPLD 控制送至F2812,由F2812 以中断方式来检测开关变位情况。光电隔离采用东芝公司的TLP121,其隔离电压为直流2500V,信号带宽为10KHz。开出回路也为16 路,分别为断路器各种方式的跳合闸和其它回路控制所用。开出信号由F2812 锁存至输出寄存器中,由CPLD 控制,经过达林顿型光电隔离后输出,用于驱动外部继电器。达林顿型光电隔离采用东芝公司的TLP127,其隔离电压为直流2500V,信号带宽为10KHz.需要特别指出的是,为了避免干扰引起的误动,对应于跳闸出口继电器,光电隔离的光敏三极管的集电极必须经启动继电器接点接正电源,形成对保护出口的闭锁。只有当起动继电器和跳闸命令同时动作时,跳闸继电
器才出口。
1.1.3 CPLD 电路
CPLD 采用的是XILINIX 公司推出的复杂可编程逻辑芯片XC95108[5]。该芯片具有支持IEEE 1149.1标准的JTAG 引脚,支持ISP 方式下载程序。能反复擦写内部逻辑,可以在外部I/O 引脚和接线不变的情况下实现CPLD 内部逻辑的改变。CPLD 在装置硬件设计中的作用主要是:地址译码、产生时延信号、扩展I/O 口以及解决外设芯片和2812 之间的速度匹配问题。
其功能框图如图3 所示。
图3 CPLD功能框图
1.1.4 其它电路
为了给装置提供时间基准,采用带I2C 接口的RTC 时钟芯片M41T11M6 构成实时时钟电路。为了调试方便和数据录波的需要外扩了256K字的SRAM芯片CY7C1041CV33 和FLASH芯片SST39VF400F。另外还设计有硬件测频电路。
1.2 监控CPU 模块
监控CPU 模块主要完成与变电站级的通信、数据显示、键盘按键处理、调试等。
1.2.1 通信电路
通信电路主要担负着监控CPU 与外部通信的功能。其与外部的通信方式主要是RS485/232 和以太网接口。RS485/232 通过2812 自带的SCIA/B 实现。以太网接口电路采用低功耗的以太网控制器
CS8900A,RJ45 接口,与IEEE802.3 标准完全兼容。CS8900A 被设置为16 位工作模式,和2812 之间的数据传输采用的是默认的I/O 方式。其应用电路如图4 所示。
图4 以太网控制器CS8900A应用电路图
1.2.2 液晶显示电路
液晶显示采用东芝公司的MGLS12864T 模块,其内置控制器为T6963C。2812 中的数据总线与控制
信号采用直接I/O设备访问形式来控制T6963C,通过对T6963C进行编程可实现各种汉字、图形的显示。
1.2.3 其它模块
小键盘模块共16 个键位,采用4×4的矩阵式方案,由2812 的I/O 口、八相反相缓冲器74LS240、锁存器74LS273 以及一些上拉电阻组成。RS232 主要用作系统调试和维护的人机接口。JTAG 主要用作系统调试时进行在线实时仿真。
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