PLC在異步電機(jī)智能保護(hù)數(shù)據(jù)采集電路中的應(yīng)用

1、    plc在異步電機(jī)智能保護(hù)數(shù)據(jù)采集電路中的應(yīng)用    況洋洋摘 要：本文對plc在異步電機(jī)智能保護(hù)數(shù)據(jù)采集電路中的應(yīng)用進(jìn)行分析，基于芯片tms320lf2407a，對數(shù)據(jù)采集的采樣模塊、人機(jī)接口模塊、時鐘晶振模塊以及總線通信模塊等模塊進(jìn)行了設(shè)計。關(guān)鍵詞：tms320lf2407a;采樣;人機(jī)接口;總線通信1芯片tms320lf2407a簡介數(shù)字信號處理已經(jīng)發(fā)展了20多年，最初僅在信號處理領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其高速運(yùn)算能力使很多復(fù)雜的控制算法和功能得以實現(xiàn)，同時將實時處理能力和控制器的外設(shè)功能集于一身，在控制領(lǐng)域內(nèi)也得到很好的應(yīng)

2、用。數(shù)字控制系統(tǒng)克服了模擬控制系統(tǒng)電路功能單一、控制精度不高的缺點，它抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，可實現(xiàn)復(fù)雜控制，增強(qiáng)了控制的靈活性。2數(shù)據(jù)采集模塊2.1模擬量的采樣模擬量的采樣是通過電壓互感器和電流互感器采集三相電流、三相電壓和零序電流，并經(jīng)過信號調(diào)理后由i/o接口送至dsp芯片內(nèi)的a/d轉(zhuǎn)換電路再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，dsp芯片對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理和計算，得到三相電壓、電流的有效值、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)，與整定值比較運(yùn)算，判斷電機(jī)是否處于不正常的運(yùn)行狀態(tài)，并執(zhí)行相應(yīng)的控制指令，實現(xiàn)對電動機(jī)的保護(hù)。（1）電壓和電流調(diào)理電路下面以三相四線制供電系統(tǒng)為例說明如何將電網(wǎng)電壓、電流經(jīng)二次電壓互感器、電流

3、互感器調(diào)理并抬高為03.3vac之間的電壓信號的。因為電網(wǎng)電壓、電流是交流信號，根據(jù)lf2407a內(nèi)置adc模塊的特點，在作a/d轉(zhuǎn)換時，希望被轉(zhuǎn)換的信號是單極性的，所以經(jīng)過電壓互感器、電流互感器變換后的交流電壓還要被抬高，變到03.3v范圍內(nèi)。以a相電壓為例，電網(wǎng)a相電壓首先經(jīng)一次互感器和二次互感器，變換后的電壓為雙極性交流電壓信號。再經(jīng)過rc低通濾波，濾除高次諧波，并通過電壓跟隨器保持電壓。最后經(jīng)過電平抬升電路和放大電路以及穩(wěn)壓電路將雙極性交流電壓信號調(diào)理為03.3v的單極性電壓信號，正好滿足dsp的a/d轉(zhuǎn)換模塊要求的電壓轉(zhuǎn)換范圍：03.3v。（2）頻率測量電路由于采樣周期與電網(wǎng)中的頻率

4、有關(guān)，而電網(wǎng)中的頻率又是變化的，為了實現(xiàn)采樣的整分割，必須跟蹤電網(wǎng)中的頻率信號。頻率的測量是通過采集兩個電壓周期信號上升沿之間的時間差來實現(xiàn)的。電壓波形經(jīng)過零電壓比較器產(chǎn)生方波，送入tms320lf2407的捕獲定時器引腳cap1進(jìn)行上升沿捕獲，采用定時/計數(shù)器1作為時間基準(zhǔn)。2.2人機(jī)接口模塊（1）鍵盤設(shè)計tms320lf2407adsp有多達(dá)40個通用、雙向的數(shù)字i/o引腳，其中大多數(shù)都是基本功能和一般i/o功能復(fù)用。將iopf0至iopf5六個端口設(shè)置為一般i/o口輸入方式，實現(xiàn)鍵盤輸入功能。為滿足實時性要求，本系統(tǒng)采用按鍵中斷方式完成人機(jī)交互功能。本電路設(shè)計的鍵盤共有6個鍵，分別用于選

5、擇調(diào)節(jié)項、增減設(shè)定值、設(shè)置、確定、啟動、停止。當(dāng)按鍵沒有被按下時，i/o口和xint引腳一直為高電平狀態(tài)，當(dāng)任一按鍵按下時，xint1引腳的輸入出現(xiàn)低電平跳變（int13設(shè)置為下降延觸發(fā)）觸發(fā)dsp外部中斷，cpu響應(yīng)中斷后在中斷服務(wù)子程序中讀取鍵盤狀態(tài)，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。（2）液晶顯示器本模塊選用lcm320240液晶顯示器。lcm320240是北京青云公司生產(chǎn)的320x240點陣lcd模塊。內(nèi)含7602個簡體中文字型，支持4/8位6800/8080mpu接口，工作電源（3.3v）與dsp兼容，本設(shè)計中采用6800時序，8位數(shù)據(jù)并行方式。lcm320240工作在兩種不同的顯示模式：文字顯示模

6、式：內(nèi)建512kb的16x16中文顯示字型rom，存儲7602個標(biāo)準(zhǔn)gb碼的簡體中文。每個簡體中文漢字由兩個8位代碼組成，對應(yīng)關(guān)系參見lcm320240中文代碼表。通過將漢字所對應(yīng)的兩個8位代碼寫入資料寄存器，就可以將對應(yīng)漢字顯示在當(dāng)前光標(biāo)處，漢字大小為16x16。繪圖顯示模式：它是以字元映射方式在displayram上填入圖形資料。當(dāng)所要顯示的漢字大小不為16x16時，可以將lcd設(shè)置為繪圖模式，通過字模提取軟件得到所需大小的漢字字碼表，再在lcd上以繪圖方式顯示。通過控制其指令寄存器fd實現(xiàn)lcd在這兩種不同模式之間切換。對lcm320240的操作實質(zhì)上就是通過控制rs引腳對指令寄存器和資

7、料寄存器進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。dsp經(jīng)常會對讀寫周期較慢的輸入/輸出設(shè)備（如液晶顯示模塊、打印機(jī)、鍵盤等）進(jìn)行訪問，通常用以下兩種方法來解決dsp與這些慢速設(shè)備之間的輸入/輸出時序匹配問題。直接訪問：直接訪問方式是將dsp的讀寫信號線與慢速設(shè)備接口控制板引出的讀寫信號線直接相連，時序由dsp內(nèi)部讀寫邏輯控制。由于慢速外設(shè)的讀寫周期相對dsp較慢，要使兩者的時序匹配，還必須進(jìn)行一些時序方面的控制處理。一種處理方法是軟件編程等待狀態(tài)發(fā)生器，將外部總線周期擴(kuò)展到數(shù)個機(jī)器周期。由于受硬件條件的限制，這種擴(kuò)展通常也是有限的，tms320c2000系列dsp最多只能擴(kuò)展到7個機(jī)器周期。另一種處理方法是利用d

8、sp的ready（外部設(shè)備準(zhǔn)備就緒）引腳，通過硬件擴(kuò)展實現(xiàn)外部狀態(tài)自動等待，從而使dsp與慢速設(shè)備之間的時序匹配。雖然可以將總線周期擴(kuò)展到任意個機(jī)器周期，但是需要進(jìn)行硬件擴(kuò)展，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。間接訪問：用dsp的數(shù)字i/0間接控制慢速設(shè)備，通過軟件控制dsp的i/o口來實現(xiàn)與慢速設(shè)備的時序匹配。此種方式無需硬件擴(kuò)展即可實現(xiàn)與任意時序慢速設(shè)備之間的時序匹配。2.3時鐘晶振模塊與一般微處理器不同，c240x系列dsp利用掛接在片內(nèi)外設(shè)總線上的鎖相環(huán)時鐘模塊（pll）合成系統(tǒng)需要的各種時鐘信號（cpu時鐘、系統(tǒng)時鐘、模擬時鐘和看門狗時鐘）。外部時鐘信號經(jīng)pll倍頻后合成系統(tǒng)時鐘頻率。外部時鐘

9、信號由lomhz晶振提供，通過系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器（scsr1）設(shè)置4倍頻因子后，2407adsp以最大時鐘頻率（40mhz）工作。通過檢查dsp時鐘輸出引腳（clk0ut）的頻率，可以判斷dsp芯片是否已開始正常工作。pll模塊使用外部濾波器回路來抑制信號抖動和電磁干擾。濾波器回路由pll接在濾波器輸入引腳pllf和pllf2之間的電阻r1和電容cl、c2組成。電容cl、c2必須為無極性電容。在不同的振蕩器頻率下，r1、cl、c2的取值不同，常用的參數(shù)組合如表l所列。pll模塊的電源引腳pllvcca分別通過磁珠和0.1f的電容與數(shù)字電源引腳vdd和數(shù)字地引腳vss連接，構(gòu)成低通濾波電路，保

10、證時鐘模塊的可靠供電。2.4總線通信模塊目前電力系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都是基于rs-485構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，采用半雙工的電氣協(xié)議，這種機(jī)制使得在構(gòu)建復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時存在不足，可靠性低，系統(tǒng)故障隔離能力差。在本設(shè)計方案中采用了can總線技術(shù)。can總線型結(jié)構(gòu)是一種適合工業(yè)現(xiàn)場自動控制的計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。它由物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩部分組成，而數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問控制子層。can總線的應(yīng)用范圍很廣，從高速的局域網(wǎng)絡(luò)到低價位的多路配線都可以使用can總線。can總線技術(shù)具有獨特的機(jī)制，其主要有以下幾個優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不分主動主從;采用非破壞總線仲裁;支持競爭;傳輸距離遠(yuǎn);通信速度較高（最大1mbit/s）;組網(wǎng)靈活;其報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾小，具有自己的協(xié)議等;所以現(xiàn)場總線can以其自身的優(yōu)點有效支持分布式控制系統(tǒng)或成為實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。參考文獻(xiàn)：1 甄國涌，張傳民，齊蕾等.一種182路傳感器數(shù)據(jù)采集