一种模块化真空断路器的智能控制系统的制作方法

文档序号:7316211阅读:280来源:国知局
专利名称:一种模块化真空断路器的智能控制系统的制作方法
技术领域
本实用新型是关于模块化真空断路器的控制系统,属于高压智能电器技术领域。
背景技术
20kV配网用真空断路器需求数量巨大,其市场需求的潜力非常可观,世界各国均有20kV电网。随着我国经济的高速发展,电力需求愈来愈大,电力供应日趋紧张,为解决我国的电力能源配置问题,我国正在实施IOkV电网升压到20kV电网。这些工程迫切需要研究开发低成本高性能的MkV真空断路器。因此,智能型真空断路器在智能配网输电工程中将有着广阔的应用前景。断路器正朝着智能化方向发展,同时,电力市场的竞争日趋激烈,要求进一步减少设备费用,延长维修周期,提高供电质量,提高系统运行的经济性和可靠性。在此背景下,具有选相投切技术和标准通信功能的智能型断路器会日益受到制造部门与用户的关注,目前己成为智能电器的应用热点之一。智能控制系统是模块化真空断路器的核心控制单元,目前市场上的控制器存在实时性差、通用性差和扩展性差的问题,中国专利200820145640. 1“中压真空断路器智能控制器”包括数字处理器、信号接点输入装置、红外接收器、红外发射器、温度感应器等装置,该专利只在红外接收器和红外发射器之间通过传递数字信号实现相互通讯,通讯方式单一, 通用性差,无法满足真空断路器控制领域的各种要求,实时性不高,可扩展性差。本设计其采用了微处理器技术,用数字化测控保护方式取代过去的电磁式和电子式保护装置,不但使原有保护功能的精确度和稳定性大大提高,而且使其功能呈现多样化, 能很好地满足模块化真空断路器控制领域对信号处理的实时性要求,通用性好。该智能控制系统,对高压断路器内部的触头寿命、操动机构、SF6气体压力和温度、真空度等关键部件能进行在线监测和评估,确保模块化真空断路器的可靠运行,避免由于高压断路器发生故障造成大面积停电,确保电网稳定可靠运行。
发明内容本实用新型的目的是提供一种模块化真空断路器的智能控制系统,不仅实时性、 通用性好,而且具有很好的可扩展性。本实用新型的技术方案是一种模块化真空断路器的智能控制系统,其特征在于, 该控制系统以数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA为核心,其中数字信号处理芯片DSP分别与DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、串行接口 RS485接口、局域网CAN及以太网相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板和开入/开出插板分别与现场可编程门阵列芯片FPGA相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA ;开入/开出插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA ;数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA通过背板总线通信,该系统能很好地满足模块化真空断路器控制领域对信号处理的实时性要求,通用性好,丰富的输入输出端口能满足模块化真空断路器控制领域的各种要求。如上所述的一种模块化真空断路器的智能控制系统,其特征在于,数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA所在电路板上包含多个可插入模数转换器ADC/数模转换器DAC插板或开入/开出插板的插槽;可以根据实际需要扩展模数转换器ADC/数模转换器DAC插板或开入/开出插板的数量,提高了系统的可扩展性。本实用新型的有益效果是能很好地满足模块化真空断路器控制领域对信号处理的实时性要求,通用性好,丰富的输入输出端口能满足模块化真空断路器控制领域的各种要求,节约了因不同控制应用场合而带来的开发人力和财力,缩短了开发周期;采用插板设计大大提高了系统的可扩展性。

图1是本实用新型实施例的电路原理框图。图 2-1、2-2、2-3、2-4 是图 1 中 DSP 8 的原理图。图3-1是图1中外扩SRAM 4的原理图。图3-2-1、3-2-2是图1中DSP电源电路1的原理图。图3-3是图1中外扩FLASH 3的原理图。图3-4是图1中DSP复位电路2的原理图。图 4-1-1、4-1-2、4-1-3、4-1-4 是图 1 中 RS4855 的原理图。图4-2是图1中CAN 6的原理图。图4-3-1、4-3-2、4-3-3是图1中以太网7的原理图。图5-1-1、5-1-2、5-1-3是图1中ADC/DAC插板9中的ADC模块原理图。图 5-2-1、5-2-2、5-2-3、5-2-4、5-2-5 是图 1 中 ADC/DAC 插板 9 中的 DAC 模块原理图。图 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是图1中开入开出插板10的开入部分原理图。图6-2是图1中开入开出插板10的开出部分原理图。
具体实施方式
整个控制器采用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。两片 AD7656构成共12路的AD输入,完全能满足模块化真空断路器控制领域中对AD输入的要求。参见图1,一种基于DSP和FPGA模块化真空断路器的智能控制系统,该控制器以数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA为核心,其中数字信号处理芯片DSP 分别与DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、串行接口 RS485接口、局域网CAN及以太网相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板和开入/开出插板分别与现场可编程门阵列芯片FPGA相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA ;开入/开出插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片 FPGA ;数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA通过背板总线通信;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板中的现场可编程门阵列芯片FPGA主要负责根据数字信号处理芯片DSP的控制命令控制插板上的器件的信号采集和基本处理,最后以中断的方式申请数字信号处理芯片DSP的访问;开入开出插板中的现场可编程门阵列芯片FPGA主要负责根据数字信号处理芯片DSP的控制信号产生相应的脉冲输出;数字信号处理芯片DSP负责算法的计算、协调外扩FLASH、外扩SRAM和以太网的控制,并为开入开出插板提供基准脉冲。如图2-1、2-2、2-3、2-4,图 3-1,图 3_2-1、3-2_2,图 3-3,图 3-4,图 4—1—1、 4-1-2、4-1-3、4-1-4,图 4-2,图 4-3-1、4-3-2、4-3-3 所示,DSP 即 DSP 芯片,“U12” 的数据线“D0-D15”分别与外扩FLASH、外扩SRAM、RS485、CAN、以太网相连接;“U12”的地址线 “A0-A18”与外扩FLASH、外扩SRAM的地址线相连接。RS485的输入端口 “11、12”分别与 “U12”的“155、157”相连。CAN的输入端口 “4、5”分别与“U12”的“87、89”相连。该控制器嵌入了 RS485、CAN、以太网等常用的通讯端口,便于与各种外设进行通信;通过以太网口能够方便地实现模块化真空断路器的远程监控与控制。参见图5-1-1、5-1-2、5-1-3,图 5-2-1、5-2-2、5-2-3、5-2-4、5-2_5,图 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,图 6-2 所示,所述的模数转换器ADC/数模转换器DAC插板包含两片型号结构完全相同的模数转换器 ADC芯片“U2”、“U3”和两片型号结构完全相同的数模转换器DAC “U13”、“U14” ;所述的开入开出插板包含开入部分“0MC1-0MC12”和开出部分“0MC13-0MC20”。背板总线包括位数据总线、8位地址总线、读写控制线,它们分别与数字信号处理芯片DSP即“U12”的16位数据总线“D0-D15”、“U12”高八位地址总线“A16-A9”、“U12”的“XRD”、“XWR”外部读写控制线相连接。数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA所在电路板上包含多个可插入模数转换器ADC/数模转换器DAC插板或开入/开出插板的插槽;可以根据实际需要扩展模数转换器ADC/数模转换器DAC插板或开入开出插板的数量。背板总线包括16位数据总线、8位地址总线、读写控制线,它们分别与数字信号处理芯片DSP的16位数据总线、高八位地址总线、外部读写控制线相连。可以根据实际的需要任意的扩展信号采集的通道数和开关量输出路数,具有极强的可扩展性。具体实施过程控制系统按功能可以整体分解为三个主要部分,各个部分的详细介绍如下1.主从DSP间通信1)双口 RAM位于从DSP板的FPGA中,发起通信的一方先将通信内容写入双口 RAM, 再以中断形式通知对方读,对方读完之后才能再写。双口 RAM分为A区,B区,其中A区供主写从读,B区供从写主读。2)可借由A,B区提供主从机间读完成确认,例如主写A-发中断要求读_从读 A-完毕后从写B-发中断要求主读-主读B,确认从已读A区中的内容,再进行下一次通信。3)从机由FPGA提供的中断信号只可能是主写从读,而主机来自FPGA的中断却来自多个从机,需要在主机FPGA中设置中断管理。2.主 DSP,从 AD/DA 板主机通过写特定外部存储区地址直接启动ADC转换,转换完成信号由从ADC/DAC 板上的FPGA负责监视,一旦ADC完成,则向主DSP板上的FPGA申请中断,主机在中断服务程序中直接读取ADC结果,所有通道的转换结果读取完毕后对从ADC/DAC板上的FPGA中断源清零,最后对DSP板上FPGA的中断清零。主机直接启动DA转换,DAC按照要求输出。3.主DSP,从数字10(开入开出板)1)对输入从FPGA负责扫描输入状态,并写入从机的FPGA中,如有开关变位,则向主DSP申请中断,由主机来读,主机运行读操作时,从FPGA不能进行写操作,即读完再写。2)对输出主机将输出状态指令写入从FPGA,从FPGA扫描双口 RAM,再输出给开出,主机写时从机不读,封锁输出信号。
权利要求1.一种模块化真空断路器的智能控制系统,其特征在于,该控制系统以数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA为核心,其中数字信号处理芯片DSP分别与DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、串行接口 RS485接口、局域网CAN及以太网相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板和开入/开出插板分别与现场可编程门阵列芯片FPGA相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA ;开入/开出插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA ;数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA通过背板总线通信。
2.如权利要求1所述的一种模块化真空断路器的智能控制系统,其特征在于,数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA所在电路板上包含多个可插入模数转换器 ADC/数模转换器DAC插板或开入/开出插板的插槽。
专利摘要一种模块化真空断路器的智能控制系统,其特征在于,该控制系统以数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA为核心,其中数字信号处理芯片DSP分别与DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、串行接口RS485接口、局域网CAN及以太网相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板和开入/开出插板分别与现场可编程门阵列芯片FPGA相连接;模数转换器ADC/数模转换器DAC插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA;开入/开出插板中包含核心元件现场可编程门阵列芯片FPGA;数字信号处理芯片DSP和现场可编程门阵列芯片FPGA通过背板总线通信。该智能控制系统具有实时性和通用性好,且可扩展性好的特点。
文档编号H02J13/00GK201956745SQ20102020232
公开日2011年8月31日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者何妍, 尹婷, 徐思恩, 李辉, 杜砚, 许晶, 赵军, 邱进, 陈江波, 陈轩恕, 黄琴 申请人:国网电力科学研究院
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