基于DSP的电力操作电源集中监控器的研究

分享到：摘　要：介绍一种基于DSP的电力电源集中监控器，该监控器能实时监视蓄电池组、充电模块、直流屏、交流屏的工作状态，实现对各整流器和蓄电池的智能控制，并能通过串行通信或CAN总线接受远程控制。
　　关键词：电力直流系统；监控器；数字信号处理器
　　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　监控系统整体结构
　　监控系统的整体结构由监控调度中心计算机、集中监控器、充电模块监控单元组成。监控调度中心可通过电话网、MODEM或CAN、LONWORK总线与集中监控器进行串行通信；集中监控器通过RS485、RS232与智能充电模块进行串行通信。集中监控器能随时通过串行通信接受并快速响应来自上层监控中心的监测命令和控制指令，一方面通过串行通信实现对下层监控单元（充电模块）的遥测、遥控、遥信、遥调。另一方面向监控调度中心发送状态改变或告警信息。维护人员可在监控调度中心监视各个现场整流配电设备的运行情况，实现无人值守。
　　2　集中监控器的工作原理与硬件设计
　　2．1　集中监控器的工作原理
　　集中监控器由数据处理单元、人机接口（键盘、显示、时钟）单元、串行通信单元等组成。
　　
　　如图1所示，各监测的模拟量经多路开关CD4051选择进入DSP芯片TMS320LF2407A的A／D转换接口， 由2407A定时采样。由于监测的模拟量较多，采样时DSP采用级联模式，一次作16个转换；DSP对转换后的数据进行比较、计算、存储、显示、报警等。开关量输入经光耦和缓冲器进入DSP的IOPB口，DSP以对IOPB口的检测和数值处理的结果产生相应的动作，如声光报警，关闭电源模块等。通过人机接口的按键，可上、下、前、后翻屏查看监控信息（充电模块状态，蓄电池状态等）和更改系统参数设置（温度补偿系数、电压、电流阈值等）。DSP对模块电源、蓄电池的控制分别通过串行通信、继电器动作来完成。其中模拟量输入包括交流输入电压、交流输入电流、系统输出的直流电压、系统负载总电流、蓄电池的电压、电流、温度、环境温度等等。这些模拟量信号通过传感器和变送器转换而来，如：直流输出电压取样来自直流屏输出端，经降压、缓冲、滤波后，变换为0～3．3V的电压；电流取样来自配电屏分流器，经放大、光电耦合、滤波、缓冲后，变换为0～3．3V的电压。数字量输出包括熔丝断、直流输出过压、欠压信号，主要开关状态等。
　　2．2　集中监控器的硬件设计
　　我们采用TMS320LF2407A定点DSP控制器作为数据处理单元的处理器，它的供电电压为3．3伏，执行速度为30MIPS，片内有32K字的FLASH程序存储器，1．5K字的数据程序RAM，544字的双口RAM和2K字的单口RAM，两个事件管理器模块，看门狗定时器模块，控制器网络（CAN）2．0B模块，10位A／D转换器，40个单独编程或复用的I／O口等。
　　人机接口单元的主要功能是显示系统的状态信息，提供声光报警，接受按键输入。通过一块LCD液晶模块显示系统的状态信息及提示按键输入参数信息，通过发光二极管及蜂鸣器来显示告警信息。时钟采用带I2C总线接口的日历芯片PCF8583。由于2407A没有专用的I2C时序引脚，在本设计中用软件来模拟I2C总线时序，将2407ASPI口的引脚SPISIM、SPISTE设置为I／O方式分别接PCF8583的SCL、SDA引脚，并且接上拉电阻。为了能简化电路，我们只用了5个按键来完成查询设置需要。
　　数据通信单元包括DSP与上层监控系统和DSP与下层监控单元的数据交换。在此，上层监控系统指调度中心计算机或本地PC机，下层监控单元指由单片机构成的充电模块监控单元。为实现与中心计算机的远程通信可选用异步串行收发器16C550及MO－DEM；与本地机通信可通过RS232总线。由于2407A芯片采用的电源为3．3V，且其串行通信SCI接口为CMOS电平，而微机串口采用的是标准RS－232－CEIA电平（－3V～－15V为1，＋3V～＋15V为0），因此，使用MAX3232E实现CMOS和EIA电平转换，各通信接口之间都采用光耦隔离和3线传送（地线、发送线、接收线）。2407与单片机的通信接口芯片选择MAX488，接口电路符合RS－485标准。根据用户的不同需要，对外通信可利用CAN总线，实现现场总线控制。