當前位置:首頁 > 測試測量 > 測試測量
[導讀]本文介紹了多核處理器OMAP5910的軟硬件結構和特點,提出了以OMAP5910為核心處理器的低壓保護測控裝置設計方案,簡述了保護測控裝置的硬件和軟件設計方案,并給出了A/D轉換電路、數(shù)字量輸入電路和數(shù)字量輸出電路的設計原理圖,介紹了繼電保護功能的特點。

本文介紹了多核處理器OMAP5910的軟硬件結構和特點,提出了以OMAP5910為核心處理器的低壓保護測控裝置設計方案,簡述了保護測控裝置的硬件和軟件設計方案,并給出了A/D轉換電路、數(shù)字量輸入電路和數(shù)字量輸出電路的設計原理圖,介紹了繼電保護功能的特點。由于采用了高性能的硬件平臺和嵌入式實時操作系統(tǒng),該裝置具有功能完善、保護配置靈活、運行可靠、維護方便、可擴充性好等特點,較好地滿足了低壓保護測控裝置的性能要求。

隨著電力系統(tǒng)自動化程度的不斷提高,繼電保護測控裝置數(shù)字化、智能化的趨勢日益明顯,并具有功能多樣化、通信接口豐富化、高可靠性和高性能指標等特點。目前,傳統(tǒng)低壓保護測控裝置的硬件平臺大多使用ARM+DSP+FPGA的多CPU結構,該結構可以保證數(shù)據(jù)交換的實時性和保護功能的可靠性,但存在數(shù)據(jù)共享、設備間隔擴展、時鐘信號同步、功耗高等方面的問題,為了解決這些問題,本文提出了一種以多核處理器OMAP5910(內部集成有DSP和ARM內核)為控制核心的低壓保護測控裝置設計方案,取得了較好的效果。

保護測控裝置的總體結構

多核處理器OMAP5910是TI公司推出的開放式多媒體應用平臺,片內集成了DSP處理器和ARM處理器,DSP處理器基于TMS320C55X核,提供2個乘累加(MAC)單元,1個40位的算術邏輯單元和1個16位的算術邏輯單元,由于DSP采用了雙ALU結構,大部分指令可以并行運行,其工作頻率達150MHz,并且功耗更低。ARM處理器是基于ARM9核的TI925T處理器,包括了1個16KByte的指令cache和8KByte的數(shù)據(jù)cache,1個協(xié)處理器,指令長度可以是16位或者32位。OMAP5910具有集成度高、硬件可靠性和穩(wěn)定性強、數(shù)據(jù)處理能力強、低功耗等優(yōu)點。

圖1保護測控裝置的結構框圖

為了檢修方便,保護測控裝置在設計時采用模塊化結構,主要包括交流模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、按鍵和顯示模塊、通信模塊、微控制器模塊等,其結構框圖如圖1所示。交流模擬量輸入模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理電路和A/D轉換電路,用于將交流模擬信號轉換為能被OMAP5910處理的數(shù)字信號;數(shù)字量輸入模塊用于采集負荷開關位置信號、低壓斷路器位置信號、熔斷器熔斷信號等普通開關量信號,還可以采集重瓦斯動作跳閘、輕瓦斯動作告警等非電量信號;數(shù)字量輸出模塊主要用于各種保護裝置的出口跳閘、信號報警等功能;按鍵和顯示模塊主要用于人機交互;通信模塊用于與其它智能設備和監(jiān)控中心進行通信。

OMAP5910中的DSP處理器是實現(xiàn)保護測控功能的核心,主要負責交流模擬量與數(shù)字量輸入信號的采集、數(shù)字濾波、電氣量計算、保護邏輯判斷、故障信息處理、保護動作出口等實時性任務。OMAP5910中的ARM處理器主要負責處理人機交互、GPS對時、網(wǎng)絡通信等非實時性任務。由于DSP處理器和ARM處理器集成在一個芯片內,所以其功耗相對于多CPU結構的硬件平臺要低很多,且不存在時鐘信號同步問題;DSP處理器和ARM處理器可以通過192K字節(jié)的內部SRAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,不存在數(shù)據(jù)共享和問題,且整個硬件平臺具有較靈活的可擴展性,較好地解決了多CPU硬件平臺中存在的問題。

主要硬件電路設計

A/D轉換電路

低壓保護測控裝置采集的交流模擬信號包括三相測量電流、三相保護電流、零序電流和三相電壓[4],三相測量電流使用5A/3.53V的線性電流互感器采樣,三相保護電流信號使用100A/7.07V的電流互感器采樣,零序電流使用20A/7.07V的電流互感器采樣,三相電壓使用220V/7.07V的電壓互感器采樣,共需要10路A/D轉換通道。

圖2TLC3578的接口電路

A/D轉換芯片使用TI公司生產的TLC3578,它是8通道14位串行模數(shù)轉換器,采用單5V模擬電源和3V~5V數(shù)字電源供電,模擬量輸入范圍為-10V~+10V,完全可以滿足同時接多個互感器的設計要求。TLC3578的接口電路如圖2所示,TLC3578同OMAP5910的串行接口主要由片選信號、時鐘信號SCLK、串行數(shù)據(jù)輸入SDI和三態(tài)串行數(shù)據(jù)輸出SDO四個引腳組成,/EOC端連接至OMAP5910的中斷輸入端,當TLC3578內部FIFO存儲區(qū)滿時產生相應的外部中斷,觸發(fā)相應中斷程序將數(shù)據(jù)讀走。

數(shù)字量輸入電路

數(shù)字量輸入電路不但可以采集低壓供電系統(tǒng)中的負荷開關位置信號、熔斷器熔斷信號、低壓斷路器位置信號等普通開關量信號,而且還可以采集低壓變壓器的重瓦斯跳閘、輕瓦斯告警、超高溫跳閘、高溫告警等非電量信號。該裝置設有20路強電數(shù)字量輸入接口,并提供有4路可編程的備用非電量輸入接口,便于非電量功能擴展。數(shù)字量輸入接口電路如圖3所示,DIIN是數(shù)字量輸入端子,DICOM是數(shù)字量輸入電路的公共端,DIOUT為數(shù)字量輸入的輸出端,DIIN端的輸入交流信號經整流、濾波、光電耦合器后變成數(shù)字信號輸出。

圖3數(shù)字量輸入電路

數(shù)字量輸出電路采用啟動繼電器閉鎖形式,啟動繼電器的控制信號由OMAP5910的ARM內核控制,出口繼電器的控制信號由OMAP5910的DSP內核控制,只有啟動繼電器動作后,才能開放出口繼電器的正電源,從而實現(xiàn)數(shù)字量輸出控制的部分解耦,避免由于器件損壞而引起保護誤動作。數(shù)字量輸出接口電路如圖4所示,當需要輸出時,首先使啟動繼電器的DOENH置高電平,DOENL置低電平,光電耦合器EL852導通,啟動繼電器動作,其常開觸點閉合,使+24VE連接到+24V;然后將DOOUT置為低電平,光電耦合器EL852導通,出口繼電器動作,其常開觸點閉合,使跳閘或告警電路導通。

圖4數(shù)字量輸出電路

通信接口電路

OMAP5910的ARM內核是實現(xiàn)信息交換的主要樞紐,本裝置配置有兩路10/100Mbit/s光纖以太網(wǎng)口和兩路RS485接口。兩路以太網(wǎng)口組成雙GOOSE網(wǎng),負責接收和解析來自過程層智能操作單元的跳閘、開關等數(shù)字量信息,并向智能操作單元實時傳送數(shù)字量輸出信息,與過程層設備實現(xiàn)信息共享。RS485接口主要用于裝置的調試與維護,也可以用于與其它智能設備進行數(shù)據(jù)通信。

以太網(wǎng)接口電路采用以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS實現(xiàn),RTL8019AS是REALTEK公司出品的10Mbit/s以太網(wǎng)控制器,支持8位或16位數(shù)據(jù)總線,實現(xiàn)了以太網(wǎng)媒介訪問層(MAC)和物理層(PHY)的所有功能,通過RJ45接口與以太網(wǎng)相連。RS485接口電路使用RSM485D芯片實現(xiàn),RSM485D是集成雙路電源隔離、電氣隔離、RS485接口芯片和總線保護器于一身的雙路隔離收發(fā)器模塊,具有很好的隔離特性,隔離電壓高達2500VDC。

保護功能配置靈活

保護測控裝置設置有豐富的保護功能,包括三段式帶復壓閉鎖的定時限過流保護、三段式過負荷保護、反時限過流保護、零序電流保護、負序電流保護、低電壓保護、過電壓保護和PT斷線告警等。保護測控裝置按照模塊化的設計思想,將不同的保護功能給劃分為獨立的模塊,各個模塊具有獨立的入口條件和出口狀態(tài),并且每個模塊設置有控制軟壓板,可以通過控制軟壓板的投入或退出來配置裝置的保護功能,各保護功能的整定值和出口方式(跳閘或告警)可以通過按鍵或通信網(wǎng)絡來配置。這種模塊化的設計使保護功能具有極強的可讀性和移植性,各模塊間的協(xié)作關系清晰明了,有利于提高保護的可靠性。

OMAP5910的DSP內核根據(jù)配置的保護功能和保護整定值與出口方式,將采集到的保護用交流模擬量通過數(shù)字處理后,與保護整定值進行比較,當滿足保護動作條件時,按照配置的出口方式動作,并將出口信息傳遞給ARM核,供LCD顯示、狀態(tài)指示和數(shù)據(jù)通信使用。當裝置被配以某種或多種保護功能時,其它未被配置的保護功能的相關整定值和事件信息變?yōu)椴豢梢?,在系統(tǒng)程序中不執(zhí)行相關保護功能,因此只需配置所需保護功能的整定值,可以最大限度地減少整定值數(shù)量,簡化用戶的定值管理,減少出錯的可能。

軟件設計

OMAP5910是一個高度集成的硬件和軟件應用平臺,它支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多種操作系統(tǒng),由于VxWorks操作系統(tǒng)具有高效的任務管理功能、支持多任務多優(yōu)先級、支持優(yōu)先級搶占和輪轉調度機制、極高的實時性和可靠性等特點,使其非常適合在保護測控裝置中應用,可以提高裝置的實時性、保護軟件的可靠性和軟件開發(fā)及維護效率。

由于VxWorks操作系統(tǒng)采用多任務、優(yōu)先級搶占機制,因此在編程中把重點放在對任務、中斷進行劃分和任務調度的實現(xiàn)等問題上。系統(tǒng)主要包括三個中斷、一個任務調度和多個任務,三個中斷包括A/D采樣中斷、定時器中斷和按鍵輸入中斷,任務包括模擬量計算任務、保護邏輯判斷任務、保護功能任務、數(shù)字量控制任務、故障錄波任務、通信處理任務、按鍵管理任務、報警功能(LCD顯示和指示燈指示)任務和GPS對時任務。實時多任務調度是整個系統(tǒng)的核心,是保證多個任務合理有序地執(zhí)行的關鍵,設計時將任務調度放在數(shù)據(jù)采樣中斷處理中執(zhí)行,其任務調度框圖如圖5所示。

圖5任務調度流程圖

結論

本文提出了以OMAP5910為核心處理器的低壓保護測控裝置設計方案,借助OMAP強大的硬件平臺和VxWorks操作系統(tǒng)的軟件環(huán)境,使整個裝置的硬件結構更加簡潔和優(yōu)化,有效地降低了裝置的整體功耗,提高了裝置內部數(shù)據(jù)交換的效率和軟件開發(fā)的靈活性,提高了裝置的可靠性和可擴展性。同時,裝置具有靈活的保護功能配置和保護出口配置功能,簡化了保護整定值的管理和使用,便于使用和維護。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉