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一种基于OMAP5910的低压保护测控装置设计

归档日期:05-11       文本归类:断路位置      文章编辑:爱尚语录

  :介绍了多核处理器OMAP5910的软硬件结构和特点,提出了以OMAP5910为核心处理器的低压保护测控装置设计方案,简述了保护测控装置的硬件和软件设计方案,并给出了A/D转换电路、数字量输入电路和数字量输出电路的设计原理图,介绍了继电保护功能的特点。由于采用了高性能的硬件平台和嵌入式实时操作系统,该装置具有功能完善、保护配置灵活、运行可靠、维护方便、可扩充性好等特点,较好地满足了低压保护测控装置的性能要求。

  随着电力系统自动化程度的不断提高,继电保护测控装置数字化、智能化的趋势日益明显,并具有功能多样化、通信接口丰富化、高可靠性和高性能指标等特点。目前,传统低压保护测控装置的硬件平台大多使用ARMDSP+FPGA的多CPU结构[1],该结构可以保证数据交换的实时性和保护功能的可靠性,但存在数据共享、设备间隔扩展、时钟信号同步、功耗高等方面的问题[2],为了解决这些问题,本文提出了一种以多核(内部集成有DSPARM内核)为控制核心的低压保护测控装置设计方案,取得了较好的效果。

  多核是TI公司推出的开放式多媒体应用平台,片内集成了ARM处理器,DSP处理器基于TMS320C55X核,提供2个乘累加(MAC)单元,1个40位的算术逻辑单元和1个16位的算术逻辑单元,由于DSP采用了双ALU结构,大部分指令可以并行运行,其工作频率达150MHz,并且功耗更低。ARM处理器是基于ARM9核的TI925T处理器,包括了1个16KByte的指令cache和8KByte的数据cache,1个协处理器,指令长度可以是16位或者32位。OMAP5910具有集成度高、硬件可靠性和稳定性强、数据处理能力强、低功耗等优点。

  为了检修方便,保护测控装置在设计时采用模块化结构,主要包括交流模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、按键和显示模块、通信模块、微控制器模块等[3],其结构框图如图1所示。交流模拟量输入模块包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路和A/D转换电路,用于将交流模拟信号转换为能被OMAP5910处理的数字信号;数字量输入模块用于采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、熔断器熔断信号等普通开关量信号,还可以采集重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警等非电量信号;数字量输出模块主要用于各种保护装置的出口跳闸、信号报警等功能;按键和显示模块主要用于人机交互;通信模块用于与其它智能设备和监控中心进行通信。

  OMAP5910中的DSP处理器是实现保护测控功能的核心,主要负责交流模拟量与数字量输入信号的采集、数字滤波、电气量计算、保护逻辑判断、故障信息处理、保护动作出口等实时性任务。OMAP5910中的ARM处理器主要负责处理人机交互、GPS对时、网络通信等非实时性任务。由于DSP处理器和ARM处理器集成在一个芯片内,所以其功耗相对于多CPU结构的硬件平台要低很多,且不存在时钟信号同步问题;DSP处理器和ARM处理器可以通过192K字节的内部SRAM实现数据共享,不存在数据共享和问题,且整个硬件平台具有较灵活的可扩展性,较好地解决了多CPU硬件平台中存在的问题。

  低压保护测控装置采集的交流模拟信号包括三相测量电流、三相保护电流、零序电流和三相电压[4],三相测量电流使用5A/3.53V的线性电流互感器采样,三相保护电流信号使用100A/7.07V的电流互感器采样,零序电流使用20A/7.07V的电流互感器采样,三相电压使用220V/7.07V的电压互感器采样,共需要10路A/D转换通道。

  A/D转换芯片使用TI公司生产的TLC3578,它是8通道14位串行模数转换器,采用单5V模拟电源和3V~5V数字电源供电,模拟量输入范围为-10V~+10V,完全可以满足同时接多个互感器的设计要求[5]。TLC3578的接口电路如图2所示,TLC3578同OMAP5910的串行接口主要由片选信号 、时钟信号SCLK、串行数据输入SDI和三态串行数据输出SDO四个引脚组成, /EOC端连接至OMAP5910的中断输入端,当TLC3578内部FIFO存储区满时产生相应的外部中断,触发相应中断程序将数据读走。

  数字量输入电路不但可以采集低压供电系统中的负荷开关位置信号、熔断器熔断信号、低压断路器位置信号等普通开关量信号,而且还可以采集低压变压器的重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、超高温跳闸、高温告警等非电量信号。该装置设有20路强电数字量输入接口,并提供有4路可编程的备用非电量输入接口,便于非电量功能扩展。数字量输入接口电路如图3所示,DIIN是数字量输入端子,DICOM是数字量输入电路的公共端,DIOUT为数字量输入的输出端,DIIN端的输入交流信号经整流、滤波、光电耦合器后变成数字信号输出。

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