在线监测数据采集系统中的应用研究.pdf

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CPLD在断路器在线监测数据采集系统中的应用研究bit转换精度，最高采样速率可达250kbj以，单张永伟，尹项根，李彦武，胡文平，王志华Pmgr咖mable断路器在线监测数据采集系统基本功能2系统硬件工作原理及结构框图(华中科技太学电气与电子I程学院，湖北武汉430074)摘要：介绍了断路器在线监测数据采集系统的功能特点及硬件构成，分析了采用大规模可编程逻辑器件cPLD(complexDevice)实现系统的功能扩展和逻辑控制的优势，详细论述了如何利用CPLD实现CPU外围器件片选、I／0和通信功能扩展、大容量存储器的扩展。逻辑仿真及硬件调试结果表明，CPI．D能很好地实现系统的逻辑功能，采集系统逻辑设计合理可行，该器件的应用既简化了电路的设计，又提高了系统的可靠性。基于CPLD+CPU模式的系统结构必将在电力设备在线监测领域获得广泛的应用。关键词：大规模可编程逻辑器件；数据采集；断路器；在线监测中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1006—6047(2003)04—0034～03本文介绍丁基于大规模可编程逻辑器件cPLDDevice)为CPU协处理器的断路器在线监测数据采集系统，简化了系统的硬件设计，提高了系统的稳定性，并使系统维护方便，有效地实现数据采集与存储上传的并行通信，具有功能集成度高、编程方便的优点。系统监测基本参量“1a．监测断路器开断电流，送主CPU进行断路器触头电寿命预测计算。b．监测故障线路母线电压。c．监测断路器合／分闸线圈电流，监测电磁铁及所控制的锁闩或阀门及连锁触头等在操作过程中的工作情况。d．监测断路器合／分闸线圈电压，监测控制回路与电压是否正常。e．监测断路器分／合闸时间及合／分位置。f．监测断路器动作次数统计。g．监测液压或气压机构启动次数，根据记录的启动次数，估计出机构的漏油或漏气情况。1．2采集系统实现的功能数据采集系统可实现存储、开出告警、遥信、系统自维护、网络通信及可扩充功能。数据采集系统结构框图如图l所示。系统基于TI公司的数字信号处理DSP(Di酊试Processing)芯片TMS320F206为cPu进行设计。该芯片采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，具有6条总线，极大地提高了数据处理能力。通过程序、数据空间分离，可同时进行程序指令的存取，提供高度并行性。以cHD器件作为DsP的协处理器，完成DSP外围器件扩展和逻辑控制操作。DSP采用外部32MHz晶振。2，l外围器件扩展a．存储器扩展。外部全局数据存储器(cY7c1021)kB，占用数据空间8H。局部数据存储器64kB，数据存储空间范围为0000通过DSP的／DS和／BR引脚经cPLD编码输出确定访问外部全局或局部数据存储器。扩展程序存储器kB用于存储程序，占用程序空间0000扩展非易失性存储器DSl270YA／B为大容量存储器。b．多路转换和A／D。A／D转换芯片MAxl25为高速、多通道数据采集系统芯片，自带采样保持。具有14通道转换时间3岬，能满足在线监测每周期100点采样的要求。多路转换开关选用Dallas公司的双4选2多路转换开关DG409。c．扩展时钟芯片Dsl2C887作为时钟，记录系统工作时问，并定时和主处理板校准时钟。d．看门狗电路。采用MAx705芯片完成系统故障复位功能。e．串行EEPROM扩展芯片采用AT25640芯片存储定值，并可进行定值在线调整。(complexlI．ogic56；TM76PmgmmmableL09ic1．1收稿日期：2002一】l—01sigIlal32000H—FFFFH～FFFFH。H～8000一
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—面—』=挫_1墨!鍪[o．．．．．．．．．．．L——CPLD在数据采集系统中的应用f．先进先出FIF0(FirstOut)。采集系统和主处理系统采用并行通信方式，选用IDl7202A芯片，它基于先进先出，内部带双口sRAM，并带有内部读／写计数器。读／写相互独立操作，且可进行同步和异步通信。它利用空和满标志位防止数据的下溢和溢出，其容量为1晷通信接口部分包括cAN网和主处理板的通信，留Rs一485和RS一232为通信备用接口。2．2采集系统工作原理每个数据采集系统对应32路模拟量和64路开关量输入的数据采集处理，同时带有16路开关量输出。当系统正常工作时，模拟电量数据采用每周期采样36点，故障状态下采用100点采样。在系统初始化、自检完成后，DsP内部定时器定时通过cPLD始能4片多路转换开关，同时给地址，选通多路转换开关，8路模拟量选通。然后，DsP通过CPID给出A／D片选转换信号，开始A／D转换。MAxl25完成32路模拟量儿，D转换共需要96肛s。每个采样间隔200¨s，这样cPu用余下的104扯s完成数据的处理。系统通过主CPu和其他采集系统发