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分享到:摘 要:介紹一種基于DSP的電力電源集中監(jiān)控器,該監(jiān)控器能實(shí)時(shí)監(jiān)視蓄電池組、充電模塊、直流屏、交流屏的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)各整流器和蓄電池的智能控制,并能通過串行通信或CAN總線接受遠(yuǎn)程控制。
關(guān)鍵詞:電力直流系統(tǒng);監(jiān)控器;數(shù)字信號(hào)處理器
Research of Central Monitor of the Electric Power
DC System Based on DSP
ZHAOHui-juan,WANGZhi-qiang
(The Electric Power college,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)
Abstract:This article describesthe centralsupervisor of DCsystembased on DSP,which can monitorthe states ofbatteries,DCpowersupplymodules,DCpanel,ACpanel.The instrument can notonly controlthe modules and batteriesintelligently,but also acceptremote control.
Key words:electric power DCsystem;central monitor;DSP
1 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由監(jiān)控調(diào)度中心計(jì)算機(jī)、集中監(jiān)控器、充電模塊監(jiān)控單元組成。監(jiān)控調(diào)度中心可通過電話網(wǎng)、MODEM或CAN、LONWORK總線與集中監(jiān)控器進(jìn)行串行通信;集中監(jiān)控器通過RS485、RS232與智能充電模塊進(jìn)行串行通信。集中監(jiān)控器能隨時(shí)通過串行通信接受并快速響應(yīng)來自上層監(jiān)控中心的監(jiān)測(cè)命令和控制指令,一方面通過串行通信實(shí)現(xiàn)對(duì)下層監(jiān)控單元(充電模塊)的遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)。另一方面向監(jiān)控調(diào)度中心發(fā)送狀態(tài)改變或告警信息。維護(hù)人員可在監(jiān)控調(diào)度中心監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)整流配電設(shè)備的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)無人值守。
2 集中監(jiān)控器的工作原理與硬件設(shè)計(jì)
2.1 集中監(jiān)控器的工作原理
集中監(jiān)控器由數(shù)據(jù)處理單元、人機(jī)接口(鍵盤、顯示、時(shí)鐘)單元、串行通信單元等組成。

如圖1所示,各監(jiān)測(cè)的模擬量經(jīng)多路開關(guān)CD4051選擇進(jìn)入DSP芯片TMS320LF2407A的A/D轉(zhuǎn)換接口, 由2407A定時(shí)采樣。由于監(jiān)測(cè)的模擬量較多,采樣時(shí)DSP采用級(jí)聯(lián)模式,一次作16個(gè)轉(zhuǎn)換;DSP對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等。開關(guān)量輸入經(jīng)光耦和緩沖器進(jìn)入DSP的IOPB口,DSP以對(duì)IOPB口的檢測(cè)和數(shù)值處理的結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作,如聲光報(bào)警,關(guān)閉電源模塊等。通過人機(jī)接口的按鍵,可上、下、前、后翻屏查看監(jiān)控信息(充電模塊狀態(tài),蓄電池狀態(tài)等)和更改系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(溫度補(bǔ)償系數(shù)、電壓、電流閾值等)。DSP對(duì)模塊電源、蓄電池的控制分別通過串行通信、繼電器動(dòng)作來完成。其中模擬量輸入包括交流輸入電壓、交流輸入電流、系統(tǒng)輸出的直流電壓、系統(tǒng)負(fù)載總電流、蓄電池的電壓、電流、溫度、環(huán)境溫度等等。這些模擬量信號(hào)通過傳感器和變送器轉(zhuǎn)換而來,如:直流輸出電壓取樣來自直流屏輸出端,經(jīng)降壓、緩沖、濾波后,變換為0~3.3V的電壓;電流取樣來自配電屏分流器,經(jīng)放大、光電耦合、濾波、緩沖后,變換為0~3.3V的電壓。數(shù)字量輸出包括熔絲斷、直流輸出過壓、欠壓信號(hào),主要開關(guān)狀態(tài)等。
2.2 集中監(jiān)控器的硬件設(shè)計(jì)
我們采用TMS320LF2407A定點(diǎn)DSP控制器作為數(shù)據(jù)處理單元的處理器,它的供電電壓為3.3伏,執(zhí)行速度為30MIPS,片內(nèi)有32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器,1.5K字的數(shù)據(jù)程序RAM,544字的雙口RAM和2K字的單口RAM,兩個(gè)事件管理器模塊,看門狗定時(shí)器模塊,控制器網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊,10位A/D轉(zhuǎn)換器,40個(gè)單獨(dú)編程或復(fù)用的I/O口等。
人機(jī)接口單元的主要功能是顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息,提供聲光報(bào)警,接受按鍵輸入。通過一塊LCD液晶模塊顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息及提示按鍵輸入?yún)?shù)信息,通過發(fā)光二極管及蜂鳴器來顯示告警信息。時(shí)鐘采用帶I2C總線接口的日歷芯片PCF8583。由于2407A沒有專用的I2C時(shí)序引腳,在本設(shè)計(jì)中用軟件來模擬I2C總線時(shí)序,將2407ASPI口的引腳SPISIM、SPISTE設(shè)置為I/O方式分別接PCF8583的SCL、SDA引腳,并且接上拉電阻。為了能簡(jiǎn)化電路,我們只用了5個(gè)按鍵來完成查詢?cè)O(shè)置需要。
數(shù)據(jù)通信單元包括DSP與上層監(jiān)控系統(tǒng)和DSP與下層監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)交換。在此,上層監(jiān)控系統(tǒng)指調(diào)度中心計(jì)算機(jī)或本地PC機(jī),下層監(jiān)控單元指由單片機(jī)構(gòu)成的充電模塊監(jiān)控單元。為實(shí)現(xiàn)與中心計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信可選用異步串行收發(fā)器16C550及MO-DEM;與本地機(jī)通信可通過RS232總線。由于2407A芯片采用的電源為3.3V,且其串行通信SCI接口為CMOS電平,而微機(jī)串口采用的是標(biāo)準(zhǔn)RS-232-CEIA電平(-3V~-15V為1,+3V~+15V為0),因此,使用MAX3232E實(shí)現(xiàn)CMOS和EIA電平轉(zhuǎn)換,各通信接口之間都采用光耦隔離和3線傳送(地線、發(fā)送線、接收線)。2407與單片機(jī)的通信接口芯片選擇MAX488,接口電路符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)用戶的不同需要,對(duì)外通信可利用CAN總線,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制。
關(guān)鍵詞:電力直流系統(tǒng);監(jiān)控器;數(shù)字信號(hào)處理器
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DC System Based on DSP
ZHAOHui-juan,WANGZhi-qiang
(The Electric Power college,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)
Abstract:This article describesthe centralsupervisor of DCsystembased on DSP,which can monitorthe states ofbatteries,DCpowersupplymodules,DCpanel,ACpanel.The instrument can notonly controlthe modules and batteriesintelligently,but also acceptremote control.
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1 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由監(jiān)控調(diào)度中心計(jì)算機(jī)、集中監(jiān)控器、充電模塊監(jiān)控單元組成。監(jiān)控調(diào)度中心可通過電話網(wǎng)、MODEM或CAN、LONWORK總線與集中監(jiān)控器進(jìn)行串行通信;集中監(jiān)控器通過RS485、RS232與智能充電模塊進(jìn)行串行通信。集中監(jiān)控器能隨時(shí)通過串行通信接受并快速響應(yīng)來自上層監(jiān)控中心的監(jiān)測(cè)命令和控制指令,一方面通過串行通信實(shí)現(xiàn)對(duì)下層監(jiān)控單元(充電模塊)的遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)。另一方面向監(jiān)控調(diào)度中心發(fā)送狀態(tài)改變或告警信息。維護(hù)人員可在監(jiān)控調(diào)度中心監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)整流配電設(shè)備的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)無人值守。
2 集中監(jiān)控器的工作原理與硬件設(shè)計(jì)
2.1 集中監(jiān)控器的工作原理
集中監(jiān)控器由數(shù)據(jù)處理單元、人機(jī)接口(鍵盤、顯示、時(shí)鐘)單元、串行通信單元等組成。

如圖1所示,各監(jiān)測(cè)的模擬量經(jīng)多路開關(guān)CD4051選擇進(jìn)入DSP芯片TMS320LF2407A的A/D轉(zhuǎn)換接口, 由2407A定時(shí)采樣。由于監(jiān)測(cè)的模擬量較多,采樣時(shí)DSP采用級(jí)聯(lián)模式,一次作16個(gè)轉(zhuǎn)換;DSP對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等。開關(guān)量輸入經(jīng)光耦和緩沖器進(jìn)入DSP的IOPB口,DSP以對(duì)IOPB口的檢測(cè)和數(shù)值處理的結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作,如聲光報(bào)警,關(guān)閉電源模塊等。通過人機(jī)接口的按鍵,可上、下、前、后翻屏查看監(jiān)控信息(充電模塊狀態(tài),蓄電池狀態(tài)等)和更改系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(溫度補(bǔ)償系數(shù)、電壓、電流閾值等)。DSP對(duì)模塊電源、蓄電池的控制分別通過串行通信、繼電器動(dòng)作來完成。其中模擬量輸入包括交流輸入電壓、交流輸入電流、系統(tǒng)輸出的直流電壓、系統(tǒng)負(fù)載總電流、蓄電池的電壓、電流、溫度、環(huán)境溫度等等。這些模擬量信號(hào)通過傳感器和變送器轉(zhuǎn)換而來,如:直流輸出電壓取樣來自直流屏輸出端,經(jīng)降壓、緩沖、濾波后,變換為0~3.3V的電壓;電流取樣來自配電屏分流器,經(jīng)放大、光電耦合、濾波、緩沖后,變換為0~3.3V的電壓。數(shù)字量輸出包括熔絲斷、直流輸出過壓、欠壓信號(hào),主要開關(guān)狀態(tài)等。
2.2 集中監(jiān)控器的硬件設(shè)計(jì)
我們采用TMS320LF2407A定點(diǎn)DSP控制器作為數(shù)據(jù)處理單元的處理器,它的供電電壓為3.3伏,執(zhí)行速度為30MIPS,片內(nèi)有32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器,1.5K字的數(shù)據(jù)程序RAM,544字的雙口RAM和2K字的單口RAM,兩個(gè)事件管理器模塊,看門狗定時(shí)器模塊,控制器網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊,10位A/D轉(zhuǎn)換器,40個(gè)單獨(dú)編程或復(fù)用的I/O口等。
人機(jī)接口單元的主要功能是顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息,提供聲光報(bào)警,接受按鍵輸入。通過一塊LCD液晶模塊顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息及提示按鍵輸入?yún)?shù)信息,通過發(fā)光二極管及蜂鳴器來顯示告警信息。時(shí)鐘采用帶I2C總線接口的日歷芯片PCF8583。由于2407A沒有專用的I2C時(shí)序引腳,在本設(shè)計(jì)中用軟件來模擬I2C總線時(shí)序,將2407ASPI口的引腳SPISIM、SPISTE設(shè)置為I/O方式分別接PCF8583的SCL、SDA引腳,并且接上拉電阻。為了能簡(jiǎn)化電路,我們只用了5個(gè)按鍵來完成查詢?cè)O(shè)置需要。
數(shù)據(jù)通信單元包括DSP與上層監(jiān)控系統(tǒng)和DSP與下層監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)交換。在此,上層監(jiān)控系統(tǒng)指調(diào)度中心計(jì)算機(jī)或本地PC機(jī),下層監(jiān)控單元指由單片機(jī)構(gòu)成的充電模塊監(jiān)控單元。為實(shí)現(xiàn)與中心計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信可選用異步串行收發(fā)器16C550及MO-DEM;與本地機(jī)通信可通過RS232總線。由于2407A芯片采用的電源為3.3V,且其串行通信SCI接口為CMOS電平,而微機(jī)串口采用的是標(biāo)準(zhǔn)RS-232-CEIA電平(-3V~-15V為1,+3V~+15V為0),因此,使用MAX3232E實(shí)現(xiàn)CMOS和EIA電平轉(zhuǎn)換,各通信接口之間都采用光耦隔離和3線傳送(地線、發(fā)送線、接收線)。2407與單片機(jī)的通信接口芯片選擇MAX488,接口電路符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)用戶的不同需要,對(duì)外通信可利用CAN總線,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制。
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