TMS320F2812高壓電機(jī)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

0引言
　　高壓電機(jī)一般都是用于工業(yè)生產(chǎn)中的重要場所，它的可靠運(yùn)行對于生產(chǎn)安全來說非常關(guān)鍵；而電機(jī)保護(hù)設(shè)備又是電動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行的主要保障，電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備最為重要 的特性指標(biāo)就是可靠性和實(shí)時(shí)性。目前在市場上應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置最為先進(jìn)的是基于普通單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)，這類設(shè)備為了保證測量、計(jì)算和保護(hù)的實(shí)時(shí)性，在設(shè)計(jì)時(shí)往往采用多CPU結(jié)構(gòu)，采用插件的形式，這導(dǎo)致在力圖保證實(shí)時(shí)性的同時(shí)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大大提高，可靠性降低，很大程度是因?yàn)樗捎?a href='http://srfitnesspt.com/v/tag/137/' target='_blank' class='arckwlink_none'>芯片的局限性所致。DSP芯片是專門為快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理而設(shè)計(jì)的、具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，文中介紹了TI公司2000系列DSP中最新最先進(jìn)的TMS320F2812芯片在高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用，大大提高了電機(jī)保護(hù)的可靠性和實(shí)時(shí)性。
　　1TMS320F2812 DSP芯片
　　TMS320F2812是美國TI公司最新研制的2000系列數(shù)字信號處理器，是面向電機(jī)控制、工業(yè)自動(dòng)化的第一款帶片內(nèi)Flash、工作頻率達(dá)到150 MHz的32位DSP。它采用經(jīng)典哈佛總線結(jié)構(gòu)，利用多總線在存儲(chǔ)器、外圍模塊和CPU之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，這種多總線結(jié)構(gòu)使得 它可以在一個(gè)周期內(nèi)并行完成取指令、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)，同時(shí)它采用了指令流水線技術(shù)，保證信號處理的快速性和實(shí)時(shí)性。
　　TMS320F2812芯片的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括14 K的RAM和128 K×16 bit的Flash；芯片內(nèi)集成的外圍模塊非常豐富：包括16通道12 bits的ADC模塊；16通道的PWM輸出；多達(dá)56個(gè)獨(dú)立的、可編程的GPIO口；3個(gè)帶有6種模式的通用目的定時(shí)器；3個(gè)可配置死區(qū)的比較器；3個(gè)單端比較單元；4個(gè)捕捉單元；同時(shí)還集成有多種串行接口：完全符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的雙通道串行接口、CAN總線模塊、McBSP接口和SPI接口，這些都充分保證了通信設(shè)計(jì)的方便。
　　2基于TMS320F2812的高壓電機(jī)保護(hù)裝置整體設(shè)計(jì)
　　保護(hù)裝置包括5大部分：主功能系統(tǒng)、電源、電量輸入和開關(guān)量處理、通信及人機(jī)接口。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　
　　裝置充分利用了TMS320F2812芯片高集成度的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)裙δ艿闹饕酒?，附帶信號變換和調(diào)理電路，不需外擴(kuò)外圍功能芯片，這使得裝置整體電路規(guī)模大大精簡，不論是集成度還是可靠性都有質(zhì)的提高。
　　2.1數(shù)據(jù)采集
　　保護(hù)中的首要功能就是數(shù)據(jù)采集，裝置直接利用了TMS320F2812芯片中集成的ADC模塊來實(shí)現(xiàn) ，其最高采樣速度可達(dá)12.5 MSPS，因此無論在采集通道數(shù)、采樣精度還是采樣速度上都滿足電機(jī)保護(hù)的要求。ADC模塊內(nèi)建雙采樣保持器（S／H），可以根據(jù)需要配置，既可配置成兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊，也可將這兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊級聯(lián)而形成一個(gè)16通道模塊。ADC模塊的模擬量輸入范圍為0～3 V，在電機(jī)保護(hù)現(xiàn)場電流信號取自電流互感器CT二次側(cè)，并將其作為裝置內(nèi)電流變送器的輸入，在裝置中選用的是西南自動(dòng)化研究所的WBI513 C0型電流變送器，其輸出的信號為0～25 mA，不能直接輸入到TMS320F2812的ADC模塊，所以必須設(shè)計(jì)具有信號轉(zhuǎn)換和濾波等功能的信號調(diào)理電路。裝置中選用了TI公司的自校準(zhǔn)精密雙 運(yùn)算放大器TLC4502作為信號調(diào)理電路的核心芯片，TLC4502是利用1 μm／5 V數(shù)字CMOS技術(shù)制造的高性能運(yùn)算放大器，它具有非常高的直流增益以及良好的電源抑制比和共模抑制比。