專利名稱：一種模塊化真空斷路器的智能控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于模塊化真空斷路器的控制系統，屬于高壓智能電器技術領域。
背景技術：
20kV配網用真空斷路器需求數量巨大，其市場需求的潛力非常可觀，世界各國均有20kV電網。隨著我國經濟的高速發展，電力需求愈來愈大，電力供應日趨緊張，為解決我國的電力能源配置問題，我國正在實施IOkV電網升壓到20kV電網。這些工程迫切需要研究開發低成本高性能的MkV真空斷路器。因此，智能型真空斷路器在智能配網輸電工程中將有著廣闊的應用前景。斷路器正朝著智能化方向發展，同時，電力市場的競爭日趨激烈，要求進一步減少設備費用，延長維修周期，提高供電質量，提高系統運行的經濟性和可靠性。在此背景下，具有選相投切技術和標準通信功能的智能型斷路器會日益受到制造部門與用戶的關注，目前己成為智能電器的應用熱點之一。智能控制系統是模塊化真空斷路器的核心控制單元，目前市場上的控制器存在實時性差、通用性差和擴展性差的問題，中國專利200820145640. 1“中壓真空斷路器智能控制器”包括數字處理器、信號接點輸入裝置、紅外接收器、紅外發射器、溫度感應器等裝置，該專利只在紅外接收器和紅外發射器之間通過傳遞數字信號實現相互通訊，通訊方式單一， 通用性差，無法滿足真空斷路器控制領域的各種要求，實時性不高，可擴展性差。本設計其采用了微處理器技術，用數字化測控保護方式取代過去的電磁式和電子式保護裝置，不但使原有保護功能的精確度和穩定性大大提高，而且使其功能呈現多樣化， 能很好地滿足模塊化真空斷路器控制領域對信號處理的實時性要求，通用性好。該智能控制系統，對高壓斷路器內部的觸頭壽命、操動機構、SF6氣體壓力和溫度、真空度等關鍵部件能進行在線監測和評估，確保模塊化真空斷路器的可靠運行，避免由于高壓斷路器發生故障造成大面積停電，確保電網穩定可靠運行。
發明內容本實用新型的目的是提供一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，不僅實時性、 通用性好，而且具有很好的可擴展性。本實用新型的技術方案是一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，其特征在于， 該控制系統以數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA為核心，其中數字信號處理芯片DSP分別與DSP電源電路、DSP復位晶振電路、外擴FLASH、外擴SRAM、串行接口 RS485接口、局域網CAN及以太網相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板和開入/開出插板分別與現場可編程門陣列芯片FPGA相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA ；開入/開出插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA ；數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA通過背板總線通信，該系統能很好地滿足模塊化真空斷路器控制領域對信號處理的實時性要求，通用性好，豐富的輸入輸出端口能滿足模塊化真空斷路器控制領域的各種要求。如上所述的一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，其特征在于，數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA所在電路板上包含多個可插入模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板或開入/開出插板的插槽；可以根據實際需要擴展模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板或開入/開出插板的數量，提高了系統的可擴展性。本實用新型的有益效果是能很好地滿足模塊化真空斷路器控制領域對信號處理的實時性要求，通用性好，豐富的輸入輸出端口能滿足模塊化真空斷路器控制領域的各種要求，節約了因不同控制應用場合而帶來的開發人力和財力，縮短了開發周期；采用插板設計大大提高了系統的可擴展性。
圖1是本實用新型實施例的電路原理框圖。圖 2-1、2-2、2-3、2-4 是圖 1 中 DSP 8 的原理圖。圖3-1是圖1中外擴SRAM 4的原理圖。圖3-2-1、3-2-2是圖1中DSP電源電路1的原理圖。圖3-3是圖1中外擴FLASH 3的原理圖。圖3-4是圖1中DSP復位電路2的原理圖。圖 4-1-1、4-1-2、4-1-3、4-1-4 是圖 1 中 RS4855 的原理圖。圖4-2是圖1中CAN 6的原理圖。圖4-3-1、4-3-2、4-3-3是圖1中以太網7的原理圖。圖5-1-1、5-1-2、5-1-3是圖1中ADC/DAC插板9中的ADC模塊原理圖。圖 5-2-1、5-2-2、5-2-3、5-2-4、5-2-5 是圖 1 中 ADC/DAC 插板 9 中的 DAC 模塊原理圖。圖 6-1-1、6-1-2、6-1-3、6-1-4、6-1-5、6-1-6、6-1-7、6-1-8、6-1-9、6-1-10、 6-1-11,6-1-12是圖1中開入開出插板10的開入部分原理圖。圖6-2是圖1中開入開出插板10的開出部分原理圖。
具體實施方式
整個控制器采用DSP加FPGA模式。DSP采用TI公司的TMS320Ii^812，FPGA采用 Xinlix公司的SPARTAN3。ADC采用AD公司的AD7656，DAC采用凌特公司的LTC2755。兩片 AD7656構成共12路的AD輸入，完全能滿足模塊化真空斷路器控制領域中對AD輸入的要求。參見圖1，一種基于DSP和FPGA模塊化真空斷路器的智能控制系統，該控制器以數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA為核心，其中數字信號處理芯片DSP 分別與DSP電源電路、DSP復位晶振電路、外擴FLASH、外擴SRAM、串行接口 RS485接口、局域網CAN及以太網相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板和開入/開出插板分別與現場可編程門陣列芯片FPGA相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA ；開入/開出插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片 FPGA ；數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA通過背板總線通信；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板中的現場可編程門陣列芯片FPGA主要負責根據數字信號處理芯片DSP的控制命令控制插板上的器件的信號采集和基本處理，最后以中斷的方式申請數字信號處理芯片DSP的訪問；開入開出插板中的現場可編程門陣列芯片FPGA主要負責根據數字信號處理芯片DSP的控制信號產生相應的脈沖輸出；數字信號處理芯片DSP負責算法的計算、協調外擴FLASH、外擴SRAM和以太網的控制，并為開入開出插板提供基準脈沖。如圖2-1、2-2、2-3、2-4，圖 3-1,圖 3_2-1、3-2_2，圖 3-3,圖 3-4,圖 4—1—1、 4-1-2、4-1-3、4-1-4，圖 4-2,圖 4-3-1、4-3-2、4-3-3 所示，DSP 即 DSP 芯片，“U12” 的數據線“D0-D15”分別與外擴FLASH、外擴SRAM、RS485、CAN、以太網相連接；“U12”的地址線 “A0-A18”與外擴FLASH、外擴SRAM的地址線相連接。RS485的輸入端口 “11、12”分別與 “U12”的“155、157”相連。CAN的輸入端口 “4、5”分別與“U12”的“87、89”相連。該控制器嵌入了 RS485、CAN、以太網等常用的通訊端口，便于與各種外設進行通信；通過以太網口能夠方便地實現模塊化真空斷路器的遠程監控與控制。參見圖5-1-1、5-1-2、5-1-3，圖 5-2-1、5-2-2、5-2-3、5-2-4、5-2_5，圖 6+1、 6-1-2、6-1-3、6-1-4、6-1-5、6-1-6、6-1-7、6-1-8、6-1-9、6-1-10、6-1-11、6-1-12，圖 6-2 所示，所述的模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板包含兩片型號結構完全相同的模數轉換器 ADC芯片“U2”、“U3”和兩片型號結構完全相同的數模轉換器DAC “U13”、“U14” ；所述的開入開出插板包含開入部分“0MC1-0MC12”和開出部分“0MC13-0MC20”。背板總線包括位數據總線、8位地址總線、讀寫控制線，它們分別與數字信號處理芯片DSP即“U12”的16位數據總線“D0-D15”、“U12”高八位地址總線“A16-A9”、“U12”的“XRD”、“XWR”外部讀寫控制線相連接。數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA所在電路板上包含多個可插入模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板或開入/開出插板的插槽；可以根據實際需要擴展模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板或開入開出插板的數量。背板總線包括16位數據總線、8位地址總線、讀寫控制線，它們分別與數字信號處理芯片DSP的16位數據總線、高八位地址總線、外部讀寫控制線相連。可以根據實際的需要任意的擴展信號采集的通道數和開關量輸出路數，具有極強的可擴展性。具體實施過程控制系統按功能可以整體分解為三個主要部分，各個部分的詳細介紹如下1.主從DSP間通信1)雙口 RAM位于從DSP板的FPGA中，發起通信的一方先將通信內容寫入雙口 RAM， 再以中斷形式通知對方讀，對方讀完之后才能再寫。雙口 RAM分為A區，B區，其中A區供主寫從讀，B區供從寫主讀。2)可借由A，B區提供主從機間讀完成確認，例如主寫A-發中斷要求讀_從讀 A-完畢后從寫B-發中斷要求主讀-主讀B，確認從已讀A區中的內容，再進行下一次通信。3)從機由FPGA提供的中斷信號只可能是主寫從讀，而主機來自FPGA的中斷卻來自多個從機，需要在主機FPGA中設置中斷管理。2.主 DSP，從 AD/DA 板主機通過寫特定外部存儲區地址直接啟動ADC轉換，轉換完成信號由從ADC/DAC 板上的FPGA負責監視，一旦ADC完成，則向主DSP板上的FPGA申請中斷，主機在中斷服務程序中直接讀取ADC結果，所有通道的轉換結果讀取完畢后對從ADC/DAC板上的FPGA中斷源清零，最后對DSP板上FPGA的中斷清零。主機直接啟動DA轉換，DAC按照要求輸出。3.主DSP，從數字10(開入開出板)1)對輸入從FPGA負責掃描輸入狀態，并寫入從機的FPGA中，如有開關變位，則向主DSP申請中斷，由主機來讀，主機運行讀操作時，從FPGA不能進行寫操作，即讀完再寫。2)對輸出主機將輸出狀態指令寫入從FPGA，從FPGA掃描雙口 RAM，再輸出給開出，主機寫時從機不讀，封鎖輸出信號。
權利要求1.一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，其特征在于，該控制系統以數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA為核心，其中數字信號處理芯片DSP分別與DSP電源電路、DSP復位晶振電路、外擴FLASH、外擴SRAM、串行接口 RS485接口、局域網CAN及以太網相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板和開入/開出插板分別與現場可編程門陣列芯片FPGA相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA ；開入/開出插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA ；數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA通過背板總線通信。
2.如權利要求1所述的一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，其特征在于，數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA所在電路板上包含多個可插入模數轉換器 ADC/數模轉換器DAC插板或開入/開出插板的插槽。
專利摘要一種模塊化真空斷路器的智能控制系統，其特征在于，該控制系統以數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA為核心，其中數字信號處理芯片DSP分別與DSP電源電路、DSP復位晶振電路、外擴FLASH、外擴SRAM、串行接口RS485接口、局域網CAN及以太網相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板和開入/開出插板分別與現場可編程門陣列芯片FPGA相連接；模數轉換器ADC/數模轉換器DAC插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA；開入/開出插板中包含核心元件現場可編程門陣列芯片FPGA；數字信號處理芯片DSP和現場可編程門陣列芯片FPGA通過背板總線通信。該智能控制系統具有實時性和通用性好，且可擴展性好的特點。
文檔編號H02J13/00GK201956745SQ20102020232
公開日2011年8月31日 申請日期2010年5月25日 優先權日2010年5月25日
發明者何妍, 尹婷, 徐思恩, 李輝, 杜硯, 許晶, 趙軍, 邱進, 陳江波, 陳軒恕, 黃琴 申請人:國網電力科學研究院