新型配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)

1、.：.； HYPERLINK bbs.itgoal/space.php?uid=7526986 t _blank doublesun HYPERLINK bbs.itgoal/pm.php?action=new&uid=7526986 o 發(fā)短音訊 發(fā)短音訊 HYPERLINK bbs.itgoal/my.php?item=buddylist&newbuddyid=7526986&buddysubmit=yes o 加為好友 t _blank 加為好友 HYPERLINK bbs.itgoal/space.php?uid=7526986 t _blank doublesun 當(dāng)前離線 UID7

2、526986帖子966精華0積分1558閱讀權(quán)限10cqupt在線時(shí)間296 小時(shí)注冊(cè)時(shí)間2007-5-11最后登錄2021-8-7 HYPERLINK bbs.itgoal/space.php?uid=7526986 t _blank 大校UID7526986帖子966積分1558itgoal幣679 專業(yè)指數(shù)23 cqupt在線時(shí)間296 小時(shí)注冊(cè)時(shí)間2007-5-11新型配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)近年來(lái)，電能質(zhì)量日益引起人們的注重，如何有效的監(jiān)測(cè)和分析電能質(zhì)量參數(shù)逐漸成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)懷的問題。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀表和監(jiān)控器存在著明顯的缺陷：實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，監(jiān)測(cè)目的少，任務(wù)量大，精度不高，效率

3、低。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的監(jiān)控器由于在信號(hào)調(diào)理電路上采用巧妙的設(shè)計(jì)思緒、高性價(jià)比的集成芯片，微處置器采用STR710FTbZ6與FPGA相結(jié)合，具有多種通訊技術(shù)，使得該監(jiān)控器優(yōu)越性突穎而出。在配電自動(dòng)化終端采用該監(jiān)測(cè)器能及時(shí)準(zhǔn)確的分析和反映電網(wǎng)、電能的質(zhì)量程度，對(duì)保證電網(wǎng)的平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，也為電力部門對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的支持。 1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體構(gòu)造框圖見圖1，包括隔離、放大、濾波、量程自動(dòng)切換、鎖相電路、時(shí)鐘模塊、LCD顯示、通訊、FPGA諧波檢測(cè)、以態(tài)網(wǎng)接口等模塊。用交流采樣法高速采集經(jīng)調(diào)理后的三相電壓、三相電流及經(jīng)過二次運(yùn)算計(jì)算出零線電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)及三

4、相不平衡度等參數(shù)，并能檢測(cè)到21次諧波，對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)展記錄堅(jiān)持，并可經(jīng)過液晶屏察看這些數(shù)據(jù)。另外，實(shí)現(xiàn)多種通訊技術(shù)，如RS232，CAN總線、以太網(wǎng)通訊等。點(diǎn)擊看原圖由于本監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)目的多，功能復(fù)雜，任務(wù)量大，因此控制器的選擇是非常關(guān)鍵的。思索到STR710FTbZ6具有高性價(jià)比、功能靈敏、易于人機(jī)對(duì)話等眾多特點(diǎn)；FPGA那么具有高速、高可靠以及開發(fā)便利、規(guī)范等優(yōu)點(diǎn)。因此控制器采用STR710FTbZ6與ACEX1K30相結(jié)合，就充分發(fā)揚(yáng)兩者的互補(bǔ)性。1.1 主控制器的選擇由于本監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)目的多，功能復(fù)雜，任務(wù)量大，因此控制器的選擇是非常關(guān)鍵的。思索到STR710FTbZ6具有高性價(jià)比、功能靈

5、敏、易于人機(jī)對(duì)話等特點(diǎn)；FPGA那么有高速、高可靠及開發(fā)便利、規(guī)范等優(yōu)點(diǎn)。因此控制器采用STR710FTbZ6與ACEX1K30相結(jié)合，就能充分發(fā)揚(yáng)兩者的互補(bǔ)性。1.2 隔離、放大、量程自動(dòng)切換電路如今以電流信號(hào)為例闡明該部分的電路設(shè)計(jì)，電壓信號(hào)的調(diào)理電路與電路信號(hào)類似。該部分的電路設(shè)計(jì)如圖2。在正常供電的情況下，經(jīng)過編寫循環(huán)子程序?qū)Ω飨嗄M開關(guān)的控制信號(hào)賦值，從而到達(dá)對(duì)三置信號(hào)分時(shí)循環(huán)采集的目的。對(duì)于電流量丈量，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了量程自動(dòng)切換功能(分兩個(gè)量程檔)?，F(xiàn)以A置信號(hào)為例，分忻一下如何實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換功能。在默許情況下當(dāng)監(jiān)測(cè)A置信號(hào)時(shí)，Clal控制信號(hào)為0，經(jīng)過電流互感器(TA-6A)后的

6、A置信號(hào)Ia經(jīng)過U1A(四路模擬開關(guān)CD4016的第一路)輸入到放大電路中。但當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到該相的信號(hào)小于5A時(shí)，那么立刻對(duì)CIa1置1，CIa2置0，Ia經(jīng)過UlB(四路模擬開關(guān)CD4016的第二路)輸入到放大電路中。由于R1R2，所以減小Ia信號(hào)的衰減，從而實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換的功能，也進(jìn)一步的提高了本系統(tǒng)的丈量精度。為了防止頻譜混疊呵斥信號(hào)的失真，因此普通的電子系統(tǒng)中多需求設(shè)計(jì)濾波器。對(duì)于本系統(tǒng)，由于測(cè)試電網(wǎng)諧波時(shí)，必需計(jì)算功率，即計(jì)算電壓、電流的相互關(guān)，所以對(duì)相位的要求很高。本系統(tǒng)采用公用的四階Butterworth低通開關(guān)電容濾波器TLC14。防止了傳統(tǒng)的由于采用運(yùn)放、電阻、電容搭建的濾波

7、電路易受干擾、穩(wěn)定性不好等問題。該濾波器具有以下特點(diǎn)：低本錢，易用；濾波器的截止頻率取決于外部時(shí)鐘頻率；截止頻率范剛從0.130 kHz。放大電路的輸出信號(hào)作為抗混疊濾波器的輸入信號(hào)。該濾波器的截止頻率fc取決于其時(shí)鐘頻率fclock，其關(guān)系為fc=fclock/100；fclock14.23RC，由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的諧波丈量次數(shù)要求到達(dá)21次，其截止頻率為fc=1.05kHz，因此選擇C=100pF，R=2k即可滿足要求。1.3 電平提升電路與鎖相倍頻電路由于經(jīng)過抗混疊濾波器后的輸出信號(hào)是雙極性的，因此，在進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換之前必需經(jīng)過電平提升路將雙極性信號(hào)經(jīng)過電平移位為適宜AD采集要求單極性信號(hào)作為

8、同步鎖相倍頻電路的輸入信號(hào)。PLL采用CMOS集成鎖相環(huán)芯片CD4046和計(jì)數(shù)CD74F163配合實(shí)現(xiàn)信號(hào)準(zhǔn)確同步鎖相64倍頻的的，該倍頻數(shù)滿足快速傅立葉radix-2算法及奈奎斯采樣頻率要求。2 基于FPGA的FFT功能實(shí)現(xiàn)2.1 算法分析采用radix-2 FFT實(shí)現(xiàn)諧波丈量能盡能夠減少?gòu)?fù)數(shù)，同時(shí)邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單，易于編程。它可以用蝶形處置器有效地實(shí)現(xiàn)，由一個(gè)復(fù)數(shù)加法器、復(fù)數(shù)減法器和旋轉(zhuǎn)因子的復(fù)數(shù)乘法器綃成。高效復(fù)數(shù)乘法器：復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)因子乘法R+Ji=(X+jY)(C+js)=XC-YS+j(CY+XS)，通常由4次乘法和2次加減運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。在簡(jiǎn)化運(yùn)算處置中， 令E=X-Y和Z=CE=C(X-Y)

9、。然后用：這種算法運(yùn)用了3次乘法、1次加法和2次減法，代價(jià)是額外的(C，C+S，C-S)笫三個(gè)表，這些數(shù)以128歸一化為8Bit有符號(hào)數(shù)存儲(chǔ)在ROM中。 為了防止運(yùn)算中的溢出，碟形處置器需求計(jì)算兩個(gè)蝶形方程：暫時(shí)結(jié)果必需乘以旋轉(zhuǎn)因子。采用maxplusII做為開發(fā)軟件，maxplusII支持原理圖、VHDL等言語(yǔ)文本文件。maxplus2可以支持功能仿真和時(shí)序仿真，可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。2.2 波形分析假設(shè)CLK為輸入一個(gè)周期為80ns的時(shí)鐘，Are_in，Aim_in為輸入數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，旋轉(zhuǎn)因子采用乘以128歸一化的8bit有符弓數(shù)。旋轉(zhuǎn)因子歐拉公式變換為近似值C+jS=59+j25，

10、那么cps=c+s=84，cms=c-s=34，計(jì)算出的第一個(gè)數(shù)的實(shí)部、席部為Dre_out、Dim_out，第一個(gè)數(shù)的實(shí)部、虛部為Ere_out、Eim_out，由maxplus2生成的波形文件的圖形如圖3所示。3 STR710FZ2b6控制器功能STR710FZ2b6與ACEX1K30均有豐富的IO口資源，囚此采用并行通訊使數(shù)據(jù)的交換速度比較快。ACEX1K30內(nèi)部可配置的RAM的總?cè)萘啃∮?KB，地址總線有A0A12組成。數(shù)據(jù)線由D0D7組成，接口信號(hào)線中包含片選信號(hào)，控制總線包括讀寫信號(hào)線，NRD與NEW。對(duì)于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)控制器，除廠功能多樣性外，實(shí)時(shí)性及通訊技術(shù)也是關(guān)鍵目的。CO

11、S-操作系統(tǒng)是一個(gè)完好的、可移植、可固化、可裁剪的搶占式實(shí)時(shí)多義務(wù)內(nèi)。因此在STR710FZ2b6平臺(tái)上移植該操作系統(tǒng)就可以很好的處理系統(tǒng)義務(wù)繁重性與實(shí)時(shí)性要求高之間的矛盾。在通訊方面，除了RS32、USB等技術(shù)之外，還采用了以態(tài)網(wǎng)通訊，它具有可靠性好、通訊速度快、互連性、開放性好，設(shè)備本錢低等優(yōu)點(diǎn)，因此在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器中采用以太網(wǎng)技術(shù)就可以很好地處理終端數(shù)量的增多和用戶對(duì)自動(dòng)化程度要求提高等一系列問題。本系統(tǒng)采用美國(guó)CIRRUSLOGIC公司塵產(chǎn)的CS8900A以太網(wǎng)控制器。該控制器符合EthernetII與IEEE802.3規(guī)范，全雙工，收發(fā)可同時(shí)到達(dá)10Mbits速率，內(nèi)置16kB

12、SRAM用于收發(fā)緩沖等性能。該控制器經(jīng)過RJ45接口與以太網(wǎng)通訊。在通訊方面，除了采用RS32，USB等技術(shù)之外，還采用了以態(tài)網(wǎng)通訊，它具有可靠性好，通訊速度快，瓦連性、開放性好和設(shè)備本錢低等優(yōu)點(diǎn)，因此在配電自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制器中采用以太網(wǎng)技術(shù)就能很好的處理了終端數(shù)量的增多和用戶對(duì)自動(dòng)化程度要求提高等一系列問題。本系統(tǒng)采用美國(guó)CIRRUS LOGIC公司消費(fèi)的CS8900A5以太網(wǎng)控制器。該控制器符合EthernetII與IEEE802.3規(guī)范，全雙工，收發(fā)可同時(shí)到達(dá)10Mbps的速率，內(nèi)置16KB的SRAM用于收發(fā)緩沖等性能。該控制器經(jīng)過RJ45接口與以太網(wǎng)通訊。采用TFTP文件傳輸協(xié)議，程序或

13、文件可以同時(shí)向許多計(jì)算機(jī)下載，該協(xié)議代碼所占的內(nèi)存比較小。系統(tǒng)的總體程序流程如圖4所示，中斷處置程序模塊包括鍵盤處置、通訊模塊(呼應(yīng)通訊懇求中斷)、缺點(diǎn)處置等。在電能自量監(jiān)測(cè)控制器信號(hào)調(diào)理電路上采用巧妙的設(shè)計(jì)思緒、采用高性價(jià)比的集成芯片等元器件，處置器采用FPGA與STR710FZ2b6相結(jié)合構(gòu)造，通訊上采用多種通訊方式。使得該系統(tǒng)具有精度高、可靠性強(qiáng)、集成度高，接口方便、靈敏性好、嚴(yán)密性好以及時(shí)分復(fù)劇、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)。 HYPERLINK bbs.itgoal/my.php?item=favorites&tid=56753 收藏 HYPERLINK bbs.itgoal/misc.php

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