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)控器能實時監(jiān)視蓄電池組、充電模塊、直流屏、交流屏的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對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)字信號處理器
　　Research of Central Monitor of　the Electric Power
　　DC　System　Based on DSP
　　ZHAOHui－juan，WANGZhi－qiang
　　（The 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)度中心計算機、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)控器進行串行通信；集中監(jiān)控器通過RS485、RS232與智能充電模塊進行串行通信。集中監(jiān)控器能隨時通過串行通信接受并快速響應(yīng)來自上層監(jiān)控中心的監(jiān)測命令和控制指令，一方面通過串行通信實現(xiàn)對下層監(jiān)控單元（充電模塊）的遙測、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。維護人員可在監(jiān)控調(diào)度中心監(jiān)視各個現(xiàn)場整流配電設(shè)備的運行情況，實現(xiàn)無人值守。
　　2　集中監(jiān)控器的工作原理與硬件設(shè)計
　　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、人機接口（鍵盤、顯示、時鐘）單元、串行通信單元等組成。
　　
　　如圖1所示，各監(jiān)測的模擬量經(jīng)多路開關(guān)CD4051選擇進入DSP芯片TMS320LF2407A的A／D轉(zhuǎn)換接口， 由2407A定時采樣。由于監(jiān)測的模擬量較多，采樣時DSP采用級聯(lián)模式，一次作16個轉(zhuǎn)換；DSP對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行比較、計算、存儲、顯示、報警等。開關(guān)量輸入經(jīng)光耦和緩沖器進入DSP的IOPB口，DSP以對IOPB口的檢測和數(shù)值處理的結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的動作，如聲光報警，關(guān)閉電源模塊等。通過人機接口的按鍵，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（溫度補償系數(shù)、電壓、電流閾值等）。DSP對模塊電源、蓄電池的控制分別通過串行通信、繼電器動作來完成。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。這些模擬量信號通過傳感器和變送器轉(zhuǎn)換而來，如：直流輸出電壓取樣來自直流屏輸出端，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，主要開關(guān)狀態(tài)等。
　　2．2　集中監(jiān)控器的硬件設(shè)計
　　我們采用TMS320LF2407A定點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，兩個事件管理器模塊，看門狗定時器模塊，控制器網(wǎng)絡(luò)（CAN）2．0B模塊，10位A／D轉(zhuǎn)換器，40個單獨編程或復(fù)用的I／O口等。
　　人機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顯示告警信息。時鐘采用帶I2C總線接口的日歷芯片PCF8583。由于2407A沒有專用的I2C時序引腳，在本設(shè)計中用軟件來模擬I2C總線時序，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。為了能簡化電路，我們只用了5個按鍵來完成查詢設(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)度中心計算機或本地PC機，下層監(jiān)控單元指由單片機構(gòu)成的充電模塊監(jiān)控單元。為實現(xiàn)與中心計算機的遠(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，對外通信可利用CAN總線，實現(xiàn)現(xiàn)場總線控制。