以太网控制器CS8900A线路保护电路设计

　　随着电力系统的迅速发展，我国电网规模越来越大，结构也日趋复杂，对于线路保护装置的性能提出了更高的要求。传统的基于单片机的微处理器结构和基于RS485、CAN 总线的通信方案已经无法满足系统的需要。数字信号处理（DSP）技术、复杂可编程序逻辑器件CPLD 技术和以太网通信技术的迅猛发展，为电力系统微机保护技术的进步提供了有利的条件。基于这种发展趋势，文中开发研制了一种基于TMS320F2812 的针对于中低压线路的微机保护装置。

　　硬件设计

　　装置硬件按功能实现模块化设计，核心CPU 模块采用保护DSP+监控DSP 的双CPU 结构，它们之间通过CAN 口实现信息共享。DSP 采用的是TI 公司的32 位高性能定点处理器芯片TMS320F2812，该芯片处理能力好（150MIPS）、程序存储器大（128k 字的FLASH）、片内外设丰富、事件管理能力强、具有在线仿真功能，使得接口、模块化设计以及调试都很方便。

　　模拟量数据采集电路

　　模拟量数据采集电路主要完成电压、电流等模拟量的采集、信号调理和A/D 转换工作。电网实际的高电压、大电流信号经过一次PT、CT 和数据采集板上二次小PT、CT 两次变换后，还需要通过信号调理电路才能变为A/D 转换器可以接受的电压范围。信号调理电路如图2 所示。

　　

　　图2 模拟量信号调理电路

　　模数转换器采用的是TI 公司的16 位、6 通道同步采样A/D 转换器ADS8364。ADS8364 的三组启动转换端holdA、holdB 、holdC 由2812 的同一I/O口经过CPLD 控制，每隔T/N （T 为测得模拟信号周期，N 为周期采样点数）时间，启动A/D 转换。ADS8364 转换结束时会产生一个中断信号，2812 检测到该中断后，通过中断服务程序读取转换结果。

　　CPLD 电路

　　CPLD 采用的是XILINIX 公司推出的复杂可编程逻辑芯片XC95108。该芯片具有支持IEEE 1149.1标准的JTAG 引脚，支持ISP 方式下载程序。能反复擦写内部逻辑，可以在外部I/O 引脚和接线不变的情况下实现CPLD 内部逻辑的改变。CPLD 在装置硬件设计中的作用主要是：地址译码、产生时延信号、扩展I/O 口以及解决外设芯片和2812 之间的速度匹配问题。其功能框图如图3 所示。

　　

　　图3 CPLD功能框图

　　通信电路

　　通信电路主要担负着监控CPU 与外部通信的功能。其与外部的通信方式主要是RS485/232 和以太网接口。RS485/232 通过2812 自带的SCIA/B 实现。以太网接口电路采用低功耗的以太网控制器

　　CS8900A，RJ45 接口，与IEEE802.3 标准完全兼容。CS8900A 被设置为16 位工作模式，和2812 之间的数据传输采用的是默认的I/O 方式。其应用电路如图4 所示。

　　

　　图4 以太网控制器CS8900A应用电路图

　　基于DSP、CPLD 和以太网通信技术，该文研制了一套针对于中低压线路的微机保护装置。该装置经过相关测试后已经投入现场运行，实际运行表明该装置结构简单，处理精度高，反应速度快，抗干扰能力强，很好的实现了设计的保护功能。而且在此基础上经过软硬件平台的升级，可以较方便的实现高压线路保护的功能。