基于DSP的電力操作電源集中監(jiān)控器的研究

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
　?。═he 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(lái)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(wú)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(lái)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(lái)，如：直流輸出電壓取樣來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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。