基于dsp和arm的风电变流器运行参数控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统，包括数据采集单元、数据交互单元、以太网接口单元、虚拟示波器单元以及供电单元；所述的数据采集单元用于采集现场反映变流器运行参数的电网电压信号、网侧电流信号、机侧电流信号及定子电压信号，并将采集信号输入至次级的一次调理电路，一次调理电路接收输入信号，将输入信号进行滤波与放大，然后送入数据交互单元；本发明将以太网通信技术应用在风电变流器参数监视与控制系统中，使用双核处理器对变流器的现场参数进行数据采集与处理，将采集数据通过辅助控制ARM单元与上位机虚拟示波器单元进行交互，克服了DSP人机交互能力不足的缺点。
【专利说明】基于DSP和ARM的风电变流器运行参数控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电领域的监控系统，尤其涉及一种双核控制器的风电变流器运行参 数采集与显示系统。
【背景技术】
[0002]随着计算机技术的发展，通信技术也逐步走向成熟，工业以太网提供了一个无缝 集成到新的多媒体世界的途径，如今，外部互联网(Extranet)不但应用在办公领域，而且 还在生产和过程自动化中得到广泛的应用。
[0003]控制系统和工业自动化系统中，主要将以太网应用在PLC控制系统上，嵌入式控 制系统中主要应用RS-232、RS-485和USB通信协议进行信息传输，很少涉及以太网应用。 RS-232、RS-485和USB通信协议在进行大量数据量通信的时候，会出现瓶颈，以太网通信协 议与RS-232、RS-485、USB协议相比具有数据吞吐量大、可远距离传输、通信数据稳定等优 点。
[0004]目前，风电变流器中涉及数据传输的控制器多采用单核器，单核控制系统控制方 式简单，通信接口技术单一，无法满足复杂算法的控制需求，也不易实现人机双向交互。
[0005]风电变流器属于电力系统中重要的一部分，变流器的控制质量决定了风机是否能 够正常发电，数据的实时传输及显示对于分析变流器运行质量起到了决定性的因素，因此 设计一个可以满足复杂算法控制需求，实现人机双向交互的变流器运行参数的采集与显示 系统显得尤为重要。
[0006]风电现场多采用DSP控制器将风电变流器各个运行参数进行采集，在遵守 RS-232、RS-485及CAN0PEN通信协议的基础上，通过数据传输线与上位机连接，将采集信 号传递给上位机，DSP主要完成运行控制以及与上位机通信的工作，此种控制方式仅适用 于桌面调试，在工业环境中将控制信号进行远距离传输时较难实现，同时，应用RS-232和 RS-485协议通信过程中，电路中存在共地噪声和不可抑制的共模干扰。
[0007]RS-232和RS-485通信协议只适用于短距离工业信号传输，CAN0PEN属于中短距 离通信协议，对于计算机系统来说，计算机接口中并没有标准的CAN接口，若要实现通讯连 接，需要在通信线路中间加入一个转换模块进行协议转换，可实现远距离传输，但存在风险 与不稳定因素。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明提供了一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集 与显示系统，本系统将以太网通信技术应用在风电变流器参数监视与控制系统中，避免了 恶劣工业环境中使用串口通信技术影响数据传输的稳定性的问题，同时，本发明使用双核 处理器对变流器的现场参数进行数据采集与处理，将采集数据通过辅助控制ARM单元与上 位机虚拟示波器单元进行交互，克服了 DSP人机交互能力不足的缺点。
[0009]本发明采用如下技术方案:[0010]一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统，包括数据采集单元、 数据交互单元、以太网接口单元、虚拟示波器单元以及供电单元；
[0011]所述的数据采集单元用于采集现场反映变流器运行参数的电网电压信号、网侧电 流信号、机侧电流信号及定子电压信号，并将采集信号输入至次级的一次调理电路，一次调 理电路接收输入信号，将输入信号进行滤波与放大，然后送入数据交互单元；
[0012]所述的数据交互单元，包括DSP主处理器单元、数据交互中心双口 RAM单元、辅助 控制ARM单元；DSP主处理器单元用于接收一次调理电路发送的处理信号，接收信号在DSP 主处理器单元中运算处理，DSP主处理器单元将交互数据放到总线，数据通过总线传输至数 据交互中心双口 RAM单元，实现DSP主处理器单元与数据交互中心双口 RAM单元信息交互； 数据交互中心双口 RAM单元用于接收数据，将数据放到总线上，数据通过总线传输至辅助 控制ARM单元，通过数据交互中心双口 RAM单元实现DSP主处理单元与辅助控制ARM单元 数据双向传输，辅助控制ARM单元通过RMII接口接入以太网接口单元，应用以太网接口单 元与虚拟示波器显示单元进行通讯；
[0013]所述的虚拟示波器具有实时数据触发、变流器故障记录、故障波形保存、故障记录 回放的功能，可通过设置通道数量来增加虚拟示波器观测的变量数量；
[0014]所述的供电单元为本系统提供电压。
[0015]现场数据采集时，噪声干扰会影响模拟量采集的精确度，造成捕捉模块的误操作， 导致无法准确测量信号频率相位，本系统采用以下抗干扰措施降低噪声干扰对系统的影 响:
[0016]1、DSP和大功率器件的地线采用单独接地，以减小相互干扰。DSP的I/O 口，电源 线，电路板连接线等关键元件使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、回路退耦和电源滤波器。
[0017]2、一点共地:系统的模拟地与数字地分别布线，最后在一点通过磁珠共地。
[0018]3、共模电感:在控制系统电源输入端加入共模电感，滤除共模的纹波，提高电源稳 定性。同时，该电路对差模噪声也有一定的滤波作用。
[0019]4、屏蔽处理:为了进一步降低噪声，保证信号传输不受干扰，控制电路与功率电路 之间的信号线均采用屏蔽线。
[0020]5、软件滤波:对于ADC采集的模拟量，DSP都对其进行了软件滤波，以避免误动作。
[0021]本发明的有益效果为:
[0022]本系统将以太网通信技术应用在风电变流器参数监视与控制系统中，避免了恶劣 工业环境中使用串口通信技术影响数据传输的稳定性的问题，应用工艺以太网传输数据， 数据传输的可靠性高，可传输的数据量大，保障了现场数据的传输实时性、稳定性及抗干扰 性；
[0023]工业控制中，DSP可以对大量的数据进行运算控制。然而DSP在人机交互方面却 有不足，DSP中只有较少的通信接口，这些接口不能满足大量数据的传输应用，本发明使用 双核处理器对变流器的现场参数进行数据采集与处理，将采集数据通过辅助控制ARM单元 与上位机虚拟示波器单元进行交互，克服了 DSP人机交互能力不足的缺点，也减小了 DSP运 行时的控制压力，增强了 DSP数据的采集与存储能力；应用工业以太网进行数据传输，传输 数据量大，传输过程可靠、稳定；
[0024]本发明上位机使用虚拟示波器单元，将采集数据实时显示，便于工作人员对风电变流器各项参数掌握，通过数据分析，可以及早发现风电变流器可能存在的机器故障，及早 进行消除；
[0025]本发明可以通过上位机软件直接对控制器发送控制指令，易于对现场参数的控 制。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本系统的结构图
[0027]图2为DSP电源电路(数字部分)
[0028]图3为共模滤波电路
[0029]图4 为 DM9191RMII 接口
[0030]图5为虚拟示波器界面
具体实施方案
[0031]通过附图与具体实施例对本发明进一步说明。
[0032]一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统，包括数据采集单元 10、数据交互单元20、以太网接口单元30、虚拟示波器单元40以及供电单元50 ；
[0033]所述的数据采集单元10用于采集现场反映变流器运行参数的电网电压信号、网 侧电流信号、机侧电流信号及定子电压信号，并将采集信号输入至次级的一次调理电路，一 次调理电路接收输入信号，将输入信号进行滤波与放大，然后送入数据交互单元20 ；
[0034]所述的数据交互单元20，包括DSP主处理器单元201、数据交互中心双口 RAM单 元202、辅助控制ARM单元203 ；DSP主处理器单元201用于接收一次调理电路发送的处理 信号，接收信号在DSP主处理器单元201中运算处理，DSP主处理器单元201将交互数据放 到总线，数据通过总线传输至数据交互中心双口 RAM单元202，实现DSP主处理器单元201 与数据交互中心双口 RAM单元202信息交互；数据交互中心双口 RAM单元202用于接收数 据，将数据放到总线上，数据通过总线传输至辅助控制ARM单元203，通过数据交互中心双 口 RAM单元202实现DSP主处理单元与辅助控制ARM单元203数据双向传输，辅助控制ARM 单元203通过RMII接口接入以太网接口单元30，应用以太网接口单元30与虚拟示波器显 示单元进行通讯；
[0035]所述的虚拟示波器具有实时数据触发、变流器故障记录、故障波形保存、故障记录 回放的功能，可通过设置通道数量来增加虚拟示波器观测的变量数量；
[0036]所述的供电单元50采用DC5V/2A电源适配器为系统供应电压，供电单元50最大 输入、输出功率为10W，供电单元50采用3.3V、1.8V双数字电源芯片，DSP中的电源管理芯 片采用TPS767D301芯片，自动完成上电顺序控制，上电时，首先为数据采集单元10、数据交 互单元20、以太网接口单元30供应的3.3V电压，然后再供应1.8V或1.9V电压；掉电时， VDD降低到1.5V之前，处理器的复位引脚插入最小Sus的低电平。
[0037]现场数据采集时，噪声干扰会影响模拟量采集的精确度，造成捕捉模块的误操作， 导致无法准确测量信号频率相位，本系统采用以下抗干扰措施降低噪声干扰对系统的影 响:
[0038]1、DSP和大功率器件的地线采用单独接地，以减小相互干扰。DSP的I/O 口，电源线，电路板连接线等关键元件使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、回路退耦和电源滤波器。
[0039]2、一点共地:系统的模拟地与数字地分别布线，最后在一点通过磁珠共地。
[0040]3、共模电感:在控制系统电源输入端加入共模电感，滤除共模的纹波，提高电源稳 定性。同时，该电路对差模噪声也有一定的滤波作用。
[0041]4、屏蔽处理:为了进一步降低噪声，保证信号传输不受干扰，控制电路与功率电路 之间的信号线均采用屏蔽线。
[0042]5、软件滤波:对于ADC采集的模拟量，DSP都对其进行了软件滤波，以避免误动作。
[0043]本系统将DSP主处理器单元201、数据交互中心双口 RAM单元202、辅助控制ARM 单元203、以太网接口单元30集成在一起，变流器的实时运行参数与控制状态经由DSP主处 理器单元201采集、采集信号传输至数据交互中心双口 RAM单元202及辅助控制ARM单元 203，由上位机通过标准以太网协议栈与辅助控制ARM单元203进行数据通信，虚拟示波器 界面应用C++进行界面编程，上位机界面将采集数据实时显示，实现变流器故障记录、故障 波形保存功能。
【权利要求】
1.一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统，其特征在于:包括数据采集单元(10)、数据交互单元(20)、以太网接口单元(30)、虚拟示波器单元(40)以及供电单元；所述的数据采集单元(10)用于采集现场反映变流器运行参数的电网电压信号、网侧电流信号、机侧电流信号及定子电压信号，并将采集信号输入至次级的一次调理电路，一次调理电路接收输入信号，将输入信号进行滤波与放大，然后送入数据交互单元(20)；所述的数据交互单元(20)，包括DSP主处理器单元(201)、数据交互中心双口 RAM单元 (202)、辅助控制ARM单元(203) ;DSP主处理器单元(201)用于接收一次调理电路发送的处理信号，接收信号在DSP主处理器单元(201)中运算处理，DSP主处理器单元(201)将交互数据放到总线，数据通过总线传输至数据交互中心双口 RAM单元(202)，实现DSP主处理器单元(201)与数据交互中心双口 RAM单元(202)信息交互；数据交互中心双口 RAM单元 (202)用于接收数据，将数据放到总线上，数据通过总线传输至辅助控制ARM单元(203)，通过数据交互中心双口 RAM单元(202)实现DSP主处理单元与辅助控制ARM单元(203)数据双向传输，辅助控制ARM单元(203)通过RMII接口接入以太网接口单元(30)，应用以太网接口单元(30)与虚拟示波器显示单元进行通讯；所述的虚拟示波器具有实时数据触发、变流器故障记录、故障波形保存、故障记录回放的功能，可通过设置通道数量来增加虚拟示波器观测的变量数量；所述的供电单元(50)为本系统提供电压。
2.如权利要求1所述的一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统， 其特征在于:DSP和大功率器件的地线采用单独接地，磁珠、磁环、回路退耦和电源滤波器使用抗干扰元件。
3.如权利要求1所述的一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统， 其特征在于:系统的模拟地与数字地分别布线，最后在一点通过磁珠共地。
4.如权利要求1所述的一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统， 其特征在于:在控制系统电源输入端加入共模电感，滤除共模的纹波。
5.如权利要求1所述的一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统， 其特征在于:控制电路与功率电路之间的信号线均采用屏蔽线。`
6.如权利要求1所述的一种基于DSP和ARM的风电变流器运行参数采集与显示系统， 其特征在于:对于ADC采集的模拟量，DSP都对其进行了软件滤波。
【文档编号】G01R19/25GK103604983SQ201310604327
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】欧阳广伟, 吴志敢, 王云生, 宋君健 申请人:大连尚能科技发展有限公司