專利名稱：一種變流器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對變流器進(jìn)行控制的裝置，尤其是涉及一種采用DSP和FPGA作為控制核心的通用型變流器控制裝置，廣泛應(yīng)用于各類電力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有非線性特性的變流裝置和大容量動(dòng)態(tài)負(fù)載被廣泛使用，電網(wǎng)中的諧波污染和無功問題變得日益嚴(yán)重，影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常用電，抑制電網(wǎng)諧波和無功補(bǔ)償成了一個(gè)緊迫課題。靜止無功發(fā)生器(SVG)的基本原理是通過對自換相橋式電路中可控功率半導(dǎo)體器件(IGBT)的適當(dāng)控制，將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，使其電源電流的相位比電壓超前或滯后90度，使SVG發(fā)出或吸收無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。有源電力濾波器(APF)的基本原理是通過檢測電網(wǎng)中的諧波電流，利用可控的功率半導(dǎo)體器件(IGBT)向電網(wǎng)中注入與系統(tǒng)諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電網(wǎng)中的總諧波為零，從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。由上述知，SVG和APF裝置控制系統(tǒng)復(fù)雜，需要進(jìn)行大量算數(shù)運(yùn)算和控制邏輯處理，共同點(diǎn)在于均需要對大功率變流器(IGBT模塊)實(shí)行控制和在線狀態(tài)監(jiān)測，因此針對變流器的適用控制系統(tǒng)的研制顯得非常必要。SVG裝置和APF裝置所用變流器是兩個(gè)裝置所用核心部件，針對該兩個(gè)核心部件的控制技術(shù)成為該兩項(xiàng)裝置穩(wěn)定可靠運(yùn)行保證。國內(nèi)外對變流器控制系統(tǒng)的研究有著各種不同的方案，因此就有著各種不同的控制平臺(tái)框架。目前，國內(nèi)外普遍采用單DSP+單FPGA 的控制平臺(tái)構(gòu)架，并形成了一定規(guī)模的量產(chǎn)，但這都是針對個(gè)性化小容量、少數(shù)變流器，通訊方式單一的控制平臺(tái)，隨著核心裝置向多重化，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等大容量，多數(shù)變流器，多方式通訊的方向發(fā)展，現(xiàn)有的各種平臺(tái)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，需要進(jìn)行平臺(tái)的重新大規(guī)模構(gòu)架和設(shè)計(jì)，因此，我們針對各類應(yīng)用情況設(shè)計(jì)了各類裝置通用變流器控制平臺(tái)，來滿足目前針對各類變流器裝置的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控。與本發(fā)明較為相似的技術(shù)方案主要有以下幾種
現(xiàn)有技術(shù)1為北京金自天正智能控制股份有限公司于2008年11月20日申請，并于 2009年04月08日公開，公開號(hào)為CN101404457A的中國專利申請，一種基于DSP和FPGA的交交變頻電流數(shù)字控制系統(tǒng)，由DSP主板、FPGA接口板、基于VME總線上位機(jī)、同步電壓接口電路、脈沖驅(qū)動(dòng)接口電路、A/D采樣接口電路、同步變壓器、脈沖觸發(fā)功放板、電壓電流傳感器組成，DSP主板主要進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器、電流斷續(xù)補(bǔ)償和觸發(fā)角的計(jì)算，F(xiàn)PGA接口板負(fù)責(zé)和上位機(jī)系統(tǒng)、同步變壓器、電壓、電流檢測器件、電流過零檢測板、脈沖觸發(fā)功放板接口。該發(fā)明采用的技術(shù)方案DSP控制板和FPGA接口板分離，且由FPGA內(nèi)部的雙RAM實(shí)行數(shù)據(jù)交換，加大了 FPGA的工作強(qiáng)度，不利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，應(yīng)用專用雙RAM芯片實(shí)行數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)有技術(shù)2為上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上?？七_(dá)機(jī)電控制有限公司于2008 年12月30日申請，并于2009年06月17日公開，公開號(hào)為CN101459404A的中國專利申請，
4一種基于DSP與FPGA的勵(lì)磁系統(tǒng)智能功率柜調(diào)節(jié)板，包括三相脈沖觸發(fā)電路，其特征在于， 三相脈沖觸發(fā)電路連接FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接三相同步檢測電路、DSP芯片、光電隔離數(shù)字量信號(hào)、光纖信號(hào)、D/A轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊，上述連接皆為雙向連接。該發(fā)明采用的技術(shù)方案單DSP+單FPGA芯片控制容量有限，不利于大容量變頻器的控制和對外通訊?，F(xiàn)有技術(shù)3為中國電力科學(xué)研究院于2005年09月13日申請，并于2006年05月 03日公開，公開號(hào)為CN1766775A的中國專利申請，基于浮點(diǎn)數(shù)DSP與FPGA的靜止無功補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)板，主要由32位浮點(diǎn)數(shù)DSP與FPGA組合而成。還包括40路14位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、 數(shù)字鎖相環(huán)PLL、CAN控制器和8路光電隔離輸入輸出電路等輔助外部設(shè)備。全部電路集成在一塊可插拔的4層印刷電路板上，實(shí)現(xiàn)CPU總線不出電路板。該電路板采用4層布線， 水晶工藝，表貼電路，歐式插接件，抗電磁干擾達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)EMC快速瞬變4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可在線編程。該發(fā)明采用的技術(shù)方案模擬采集精度有限，通訊功能不夠多樣化，只有CAN控制器。因此在現(xiàn)有技術(shù)中，均用單DSP+單FPGA芯片單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、PWM脈沖生成、 通訊接口，使得現(xiàn)有芯片的工況較為復(fù)雜，容易導(dǎo)致現(xiàn)有平臺(tái)核心芯片的過度使用，從而導(dǎo)致平臺(tái)運(yùn)行的不穩(wěn)定和不可靠。因此針對這些缺點(diǎn)，在保證快速計(jì)算精度和計(jì)算速度和平臺(tái)的抗電磁干擾達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下，設(shè)計(jì)一種分工更合理，計(jì)算速度更快，計(jì)算精度更高， 信號(hào)接口和通訊方式更多，可靠性和穩(wěn)定性更好的變流器控制平臺(tái)成為現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種變流器控制裝置，能夠運(yùn)用于變流器模塊的實(shí)時(shí)控制， 實(shí)現(xiàn)多重化PWM控制，同時(shí)具有多種方式的通訊功能，滿足各類應(yīng)用變流器裝置的通用型控制平臺(tái)。本發(fā)明具體提供了一種變流器控制裝置的具體實(shí)施方式
，一種變流器控制裝置， 包括第一 DSP模塊、第二 DSP模塊、第一 FPGA模塊、第二 FPGA模塊、DRAM模塊、通訊接口模塊、A/D模塊和D/A模塊，第一 DSP模塊外接通訊接口模塊，第一 DSP模塊的數(shù)據(jù)總線和地址總線與第一 FPGA模塊相連，接收和發(fā)送各種通訊數(shù)據(jù)；第一 FPGA模塊與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊相連，與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第一 FPGA模塊與第二 FPGA模塊相連，進(jìn)行控制信號(hào)傳接；DRAM模塊分別與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊相連， 實(shí)現(xiàn)第一 DSP模塊和第二 DSP模塊兩個(gè)主控制芯片間的數(shù)據(jù)交換；第二 DSP模塊與A/D模塊，D/A模塊，第一 FPGA模塊，第二 FPGA模塊相連。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，第一 FPGA模塊負(fù)責(zé)第一 DSP 模塊和第二 DSP模塊兩個(gè)主控制芯片的控制邏輯、數(shù)字信號(hào)入出、同步信號(hào)輸入的信號(hào)處理，通過與第一 DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和對主從式RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB通訊接口模塊和以太網(wǎng)通訊接口模塊的片選控制，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞通訊數(shù)據(jù)，通過對第二 DSP模塊和第二 FPGA模塊的邏輯控制，進(jìn)行A/D模塊和D/A模塊的數(shù)據(jù)采樣、I/O信號(hào)采集，第一 FPGA模塊對DRAM模塊進(jìn)行片選控制。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，變流器控制裝置包括數(shù)字入出模塊，變流器控制裝置通過輸入數(shù)字入出模塊的開關(guān)狀態(tài)量，讀入包括空氣開關(guān)、斷路器在內(nèi)的通斷狀態(tài)，再通過數(shù)字入出模塊的開關(guān)狀態(tài)輸出控制輸出繼電器的通斷，從而控制包括斷路器在內(nèi)的開關(guān)，數(shù)字入出模塊的輸入信號(hào)首先通過整流管進(jìn)行整流，后由光耦模塊進(jìn)行光耦隔離，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成3. 3V電壓信號(hào)后送給第一 FPGA模塊讀取。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，變流器控制裝置包括信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊首先將傳感器的電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過由二階低通濾波電路組成的抗混疊濾波器，變換為O 9V的電壓信號(hào)，最后輸出至A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行讀取。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，變流器控制裝置包括光纖輸入模塊和光纖輸出模塊，光纖輸入模塊和光纖輸出模塊連接在變流器控制裝置與變流器模塊之間，由第二 FPGA模塊調(diào)制產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為5V電壓信號(hào)后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，由光纖輸出驅(qū)動(dòng)變流器模塊，輸出PWM信號(hào)連接下拉電阻。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，第二 FPGA模塊負(fù)責(zé)PWM脈沖的移相、分配和產(chǎn)生，同時(shí)接收變流器模塊工作狀態(tài)的光脈沖信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理后送至第二 DSP模塊，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)變流器模塊的實(shí)時(shí)控制。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，第二 DSP模塊負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)和變流器模塊的模擬信號(hào)，輸出參考波形至第二 FPGA模塊，第二 FPGA模塊同時(shí)接收變流器模塊反饋的光信號(hào)，從而控制電網(wǎng)的無功和實(shí)時(shí)監(jiān)測變流器模塊狀態(tài)。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，通訊接口模塊包括主從式 RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊，主從式RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊均與第一 DSP模塊相連。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，第一 DSP模塊和第二 DSP模塊的芯片采用TI的TMS320F2812 ；所述第一 FPGA模塊和第二 FPGA模塊的芯片采用Altera 的 EP3(^5F3M。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式，第一 FPGA模塊的輸入輸出處理信號(hào)包括16路數(shù)字量輸入信號(hào)、8路數(shù)字量輸出信號(hào)、3路電壓同步信號(hào)、3路硬件故障保護(hù)輸入電路和4塊AD采樣控制邏輯；所述第二 DSP模塊采集模擬量信號(hào)，包括12路傳感器采集量，用于檢測變流器模塊直流電壓和變流器模塊輸出電流信號(hào)，12路互感器采集量， 用于變流器模塊母線電流和母線電壓信號(hào)，4路12位DA輸出，用于程序調(diào)試過程中總線上的數(shù)據(jù)量觀測。通過實(shí)施本發(fā)明一種變流器控制裝置的具體實(shí)施方式
，使得變流器控制裝置具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和輸出能力，同時(shí)通用性很強(qiáng)，并具備各種通訊功能和接口，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用場合需要。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明一種變流器控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明一種變流器控制裝置的處理器部分結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明一種變流器控制裝置信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖； 圖4是本發(fā)明一種變流器控制裝置數(shù)字I/O電路的電路原理圖； 圖5是本發(fā)明一種變流器控制裝置光纖收發(fā)電路的電路原理圖； 其中1-第一 DSP模塊，2-第二 DSP模塊，3-第一 FPGA模塊，4-第二 FPGA模塊， 5-DRAM模塊，6-數(shù)字入出模塊，7-信號(hào)調(diào)理模塊，8-A/D模塊，9-D/A模塊，10-光纖輸出模塊，11-光纖輸入模塊，12-RS485通訊接口主模塊，13- RS485通訊接口從模塊，14-USB通訊接口模塊，15-以太網(wǎng)通訊接口模塊，16-eCAN通訊接口模塊，17-通訊模塊。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。作為本發(fā)明一種變流器控制裝置的具體實(shí)施方式
，如圖1所示的變流器控制裝置主要包括主控制模塊，信號(hào)調(diào)理模塊，光纖輸入模塊，光纖輸出模塊，數(shù)字入出模塊?？蚣軋D中，各虛線框?yàn)楦鞣职骞δ苣K，實(shí)線框內(nèi)為主控制模塊板插件的各功能模塊分布。各模塊功能原理介紹如下
(1)第一 DSP模塊1 該模塊外接2路RS485通訊接口，1路eCAN通訊接口，一路USB接口和一路以太網(wǎng)接口，其數(shù)據(jù)總線和地址總線與第一 FPGA模塊相連，接收和發(fā)送各種通訊方式的數(shù)據(jù)。(2) RS485通訊接口主模塊12和RS485通訊接口從模塊13 —種主從通訊方式， 與第一 DSP模塊相連進(jìn)行通訊。(3)USB通訊接口模塊14 通用串行通訊方式，與第一 DSP模塊相連，并進(jìn)行通訊。(4) Ethernet (以太網(wǎng))通訊接口模塊15 以太網(wǎng)通訊，與第一 DSP模塊相連進(jìn)行通訊。(5)第一 FPGA模塊3 與第一 DSP模塊和第二 DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)和第二 FPGA模塊之間進(jìn)行相關(guān)控制信號(hào)的傳接，通過與第一 DSP模塊之間的數(shù)據(jù)交換和對USB通訊接口模塊、RS485通訊接口主模塊和RS485通訊接口從模塊、以太網(wǎng)通訊接口模塊等通訊模塊的片選控制，達(dá)到實(shí)時(shí)傳遞通訊數(shù)據(jù)的目的，通過與第二 DSP模塊和第二 FPGA模塊的邏輯控制，達(dá)到A/D模塊和D/A模塊的數(shù)據(jù)采樣、I/O信號(hào)采集等功能，同時(shí)還對DRAM模塊雙端口存儲(chǔ)器進(jìn)行片選控制。(6)DRAM模塊5 通過連接第一 DSP模塊和第二 DSP模塊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主控制芯片間的數(shù)據(jù)交換。(7)1/0 (數(shù)字入出)模塊6 與第一 FPGA模塊相連，由第一 FPGA模塊進(jìn)行I/O信號(hào)數(shù)據(jù)處理。(8)信號(hào)調(diào)理模塊7 將調(diào)理好后的信號(hào)送入A/D模塊。(9)A/D模塊8 將信號(hào)調(diào)理模塊送入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入第二 DSP模塊進(jìn)行處理，A/D模塊的片選和讀寫時(shí)序由第一 FPGA模塊控制。(10) D/A模塊9 接收第二 DSP模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過第一 FPGA模塊的邏輯片選控制，輸出模擬信號(hào)。(11)第二 DSP模塊2 接收變流器模塊上A/D模塊和FPGA_1模塊傳過來的數(shù)字入出信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)算法，輸出控制PWM信號(hào)到第二 FPGA模塊，達(dá)到控制變流器模塊的目的。 同時(shí)與第一 FPGA模塊、DRAM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。(12)第二 FPGA模塊4 通過接收第二 DSP模塊的PWM信號(hào)，進(jìn)行處理后生成控制變流器模塊的光信號(hào)，同時(shí)接收變流器模塊狀態(tài)光信號(hào)對變流器狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，與第一 FPGA模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對外通訊采用光纖通訊模式進(jìn)行隔離通訊。(13)光纖輸入模塊11和光纖輸出模塊10 光纖輸入模塊將變流器模塊狀態(tài)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給第二 FPGA模塊進(jìn)行處理，光纖輸出模塊將第二 FPGA模塊傳送的變流器控制電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)輸出。(14)通訊模塊17 通過第二 FPGA模塊與外界進(jìn)行光隔離通訊，傳送變流器模塊的狀態(tài)。其中，第一 DSP模塊和第二 DSP模塊的DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812，該芯片是TI公司近年來推出的一款高性能、多功能、高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片，是目前工業(yè)控制領(lǐng)域最先進(jìn)的處理器之一。其主頻最高可達(dá)150MHz，及單個(gè)指令周期為6. 67ns，提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片的處理能力，可以很好的滿足靜止無功發(fā)生器的實(shí)時(shí)控制要求。而且該芯片還提供浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫，使得能夠在定點(diǎn)處理器上方便地實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。F2812的主要性能和技術(shù)特征如下
(1)高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)6. 67ns指令周期(150MHz)，低功耗(核心電壓1. 8V，I/O 口電壓3. 3V) ；Flash編程電壓3. 3V。(2)片內(nèi)存儲(chǔ)器128KX16位的Flash存儲(chǔ)器(存取時(shí)間36ns); 18KX 16位單口隨機(jī)存儲(chǔ)器(SARAM) ；IKX 16位OTP型只讀存儲(chǔ)器。(3)外部存儲(chǔ)器接口 可外擴(kuò)大于IMX 16位的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；可編程等待狀態(tài)；可編程讀/寫選通計(jì)數(shù)器；三個(gè)獨(dú)立的片選端。(4)兩個(gè)事件管理器(EV)模塊每個(gè)模塊分別包含2個(gè)16位通用定時(shí)器，3個(gè)比較單位可作為6路脈寬調(diào)制(PWM)通道、三個(gè)捕獲單位(CAP)，2路正交編碼脈沖電路(QEP)寸。(5) 12位ADC :2X8通道(最快轉(zhuǎn)換時(shí)間80ns)。(6)外設(shè)通信接口 :2 路 SCI、1 路 SPI、1 路 McBSPU 路 eCAN 等。(7)三個(gè)外部中斷。(8)外部中斷擴(kuò)展(PIE)模塊可支持96個(gè)外部中斷。(9) 3個(gè)32位的CPU定時(shí)器。 其中，第一 FPGA模塊和第二 FPGA模塊的FPGA芯片采用Altera公司最新的 Cyclone III系列中的EP3C25F324，該芯片使用戶能夠靈活地實(shí)現(xiàn)高級(jí)設(shè)計(jì)功能，提高效率。 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本和高性能。EP3C25F324的主要性能和技術(shù)特征如下 (1)具有246 個(gè)LE，具有很高的系統(tǒng)集成度。(2)嵌入式存儲(chǔ)器模塊高達(dá)66個(gè)，共有594Kbits，適用于大容量存儲(chǔ)應(yīng)用，例如視頻線緩沖等。
(3)嵌入式乘法器的性能達(dá)到^OMHz的66個(gè)18位X 18位嵌入式乘法器，適用于寬帶并行處理應(yīng)用。(4)外部存儲(chǔ)器接口，支持高速外部存儲(chǔ)器接口，包括DDR\DDR2\SDR SDRAM和 QDR2SDRAM,速率道道400Mbps。自校準(zhǔn)外部存儲(chǔ)器接口 PHY簡化了時(shí)序逼近，消除了工藝、 電壓和溫度(PVT)等導(dǎo)致的偏差。(5)擁有4個(gè)鎖相環(huán)(PLL)，每個(gè)PLL有5路輸出，實(shí)現(xiàn)20個(gè)全局時(shí)鐘，支持頻率和相位變化的動(dòng)態(tài)重新配置。(6)差分信號(hào)支持高達(dá)875Mbps接收和840Mbps發(fā)送的LVDS信號(hào)，不需要外部電阻，能夠使用低擺幅差分信號(hào)(RSDS)、LVDS和點(diǎn)對點(diǎn)差分信號(hào)(PPDS)。(7)簡便的并行配置，提供低成本配置選項(xiàng)。(8) SEU自動(dòng)探測電路采用32為循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)單事件干擾(SEU)自動(dòng)探測電路。(9)功能強(qiáng)大的片內(nèi)熱插拔和上電排序支持，確保器件正常工作不受上電順序的影響。如圖1所示，第一DSP模塊負(fù)責(zé)平臺(tái)所有參數(shù)的通訊功能，其中RS485_1、RS485_2、 USB,Ethernet,eCAN作為對外通訊接口，根據(jù)用戶具體要求選用相應(yīng)通訊功能；第二 DSP模塊負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)和變流器模塊的模擬信號(hào)，輸出參考波形至第二 FPGA模塊，第二 FPGA模塊同時(shí)接收變流器模塊反饋的光信號(hào)，達(dá)到控制電網(wǎng)無功和實(shí)時(shí)監(jiān)測變流器模塊狀態(tài)的目的；第一 DSP模塊和第二 DSP模塊兩個(gè)DSP芯片之間通過DRAM模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。第一 FPGA模塊負(fù)責(zé)兩個(gè)DSP芯片的控制邏輯、數(shù)字信號(hào)入出、同步信號(hào)輸入等信號(hào)處理；第二 FPGA模塊負(fù)責(zé)PWM脈沖的移相、分配和產(chǎn)生，同時(shí)接收變流器模塊的狀態(tài)信號(hào)，做相關(guān)邏輯處理后送至第二 DSP模塊，達(dá)到對整個(gè)變流器模塊的實(shí)時(shí)控制。變流器控制裝置的通訊接口主要包括主從式的RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊16，USB接口模塊14和以太網(wǎng)接口模塊15，主從式RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊均與第一 DSP模塊相連。在輸入輸出接口上，本發(fā)明具體實(shí)施方式
描述的變流器控制裝置包括 路高速16位高精度模擬量采集；4路數(shù)字轉(zhuǎn)模擬輸出；16路數(shù)字量輸入；8路數(shù)字量輸出；對路？麗信號(hào)輸出；56路可轉(zhuǎn)換光纖輸入和輸出信號(hào)接口 ；一對對外通訊光纖接口；2路RS485、1路USB、1路KhernetU路eCAN 對外通訊接口。如圖2所示，本發(fā)明具體實(shí)施方式
描述的變流器控制裝置采用雙DSP+雙FPGA的平臺(tái)構(gòu)架。其中，第一 DSP模塊與第二 DSP模塊之間通過DRAM模塊或第一 FPGA模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，第一 FPGA模塊作為控制第一 DSP模塊與第二 DSP模塊各功能模塊的中間紐帶， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)與第二 FPGA模塊的數(shù)據(jù)交換。第二 FPGA模塊實(shí)現(xiàn)與第二 DSP模塊和第一 FPGA 模塊的數(shù)據(jù)處理。第一 FPGA模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)量的采集及整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)工作。第一 FPGA模塊可處理的數(shù)字信號(hào)最多為50路，其中包括16路數(shù)字量輸入信號(hào)、8路數(shù)字量輸出信號(hào)(可擴(kuò)展為32路數(shù)字量輸入信號(hào)、12路數(shù)字量輸出信號(hào))，3路電壓同步信號(hào)，3路硬件故障保護(hù)輸入電路；同時(shí)負(fù)責(zé)4塊AD芯片采樣的控制邏輯，同時(shí)還管理DRAM模塊的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)第一 DSP模塊與第二 DSP模塊實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。
第二 FPGA模塊負(fù)責(zé)PWM脈沖的移相、分配和生成。可輸出M路PWM脈沖，供4個(gè)三相變流器模塊工作所需。同時(shí)采集變流器模塊工作狀態(tài)的光脈沖信號(hào)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。硬件上設(shè)計(jì)了 56路光纖接收回路。另外第二 FPGA模塊還附帶一路光纖通信功能。 第一 DSP模塊負(fù)責(zé)控制平臺(tái)的所有通信功能，包括一路USB通訊、一路Khernet通訊、Ecan 通訊、兩路RS485通訊。第二 DSP模塊負(fù)責(zé)采集本控制系統(tǒng)有關(guān)的所有模擬量信號(hào)，采集通路多達(dá)M路。其中傳感器采集量12路，主要用于檢測變流器本身的變化較快的直流電壓、 變流器輸出電流信號(hào)；互感器采集量12路，主要用于檢測系統(tǒng)母線電流、母線電壓信號(hào)。另外硬件上還設(shè)計(jì)了 4路12位的DA輸出模塊，方便了程序調(diào)試過程中總線上的數(shù)據(jù)量的觀測。其中，USB通訊接口模塊采用CYPRESS公司的高速、低成本的芯片CY7C68001。該 USB通訊接口模塊支持USB2.0接口，同時(shí)兼容USB1. 1。最高數(shù)據(jù)傳輸速率480MBps，集成了 USB2. 0收發(fā)器(物理層)，USB2. 0串行接口引擎SIE (鏈路層，試驗(yàn)底層通信協(xié)議)。Ethernet以太網(wǎng)通訊接口模塊采用的控制器是用于嵌入式設(shè)備的低成本的 CS8900A。CS8900A包括片上RAM、100Base-T傳輸和接收濾波器，并提供8位或16位兩種接口。MKhernet通訊突出的特點(diǎn)就是使用靈活，其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都可以根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)部寄存器設(shè)置來適應(yīng)不同的環(huán)境。Ecan通訊接口模塊采用美國TI公司的CAN收發(fā)器SN65HVD251，該芯片具有通訊速度快，兼容性強(qiáng)，低功耗等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在通信領(lǐng)域中。本通訊接口模塊完全兼容 CAN2. OB協(xié)議，支持高達(dá)IMbps的傳輸速率；抗干擾性強(qiáng)，能在有干擾環(huán)境在正常傳輸數(shù)據(jù)； 多達(dá)32個(gè)郵箱，使得數(shù)據(jù)傳輸更加方便靈活、信息量大大增加。RS485通訊是目前工業(yè)控制領(lǐng)域采用的最廣泛的通訊方式。本發(fā)明具體實(shí)施方式
采用美國TI公司的通用模式收發(fā)器SN65HVD20D，該芯片具有輸入電壓范圍大，抗噪聲干擾性好、功耗低等特點(diǎn)，并可抑制雷電及其他原因在線路中產(chǎn)生的瞬時(shí)過電壓，保護(hù)接口電路免受損壞。為了實(shí)現(xiàn)總線與外部信號(hào)的隔離，將外部的異步通信口和485芯片之間采用光耦HCPL-0631-500E隔離。本設(shè)計(jì)方案支持EIA RS-485標(biāo)準(zhǔn)，適合遠(yuǎn)距離傳輸，最長可為 9. 6公里。本發(fā)明具體實(shí)施方式
描述的變流器控制裝置具有多通道各類信號(hào)接口，包括24 路高速16位高精度模擬量采集；4路數(shù)字轉(zhuǎn)模擬輸出；16路數(shù)字輸入，8路數(shù)字輸出路 PWM信號(hào)輸出；56路可轉(zhuǎn)換光纖輸入和輸出信號(hào)接口，2路對外通訊光纖接口。變流器控制裝置的供電由電源插件完成。電源插件是DCllOV輸入，經(jīng)過EMI抑制電路和電源模塊后輸出+5V和士 15V，功率為120W。信號(hào)調(diào)理電路為有效調(diào)節(jié)變流器主回路輸出電壓、電流及功率因數(shù)等，需要檢測的有三相電壓、電流信號(hào)及直流環(huán)節(jié)電壓等信號(hào)。鑒于該控制平臺(tái)采樣精度和采樣速率的需求，選用Analog Device公司的AD7656。該器件是一款高速、低功耗的6通道同步采樣的 16位A/D轉(zhuǎn)換器。采集電路首先將傳感器的電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過由二階低通濾波電路組成的抗混疊濾波器，變換為0 9V的電壓信號(hào)送給AD7656讀取，如圖3所示。I/O (數(shù)字入出)電路控制平臺(tái)通過開關(guān)狀態(tài)量的輸入，讀入主回路空氣開關(guān)、斷路器等通斷狀態(tài)，通過開關(guān)狀態(tài)輸出及控制輸出繼電器的通斷控制主回路斷路器等開關(guān)。 本設(shè)計(jì)方案輸入交直流IlOV至220V，具有很寬的電壓輸入范圍，輸入信號(hào)首先通過整流管MB6S整流，后經(jīng)過TLP521光藕隔離，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換成3. 3V電壓信號(hào)后送給FPGAl讀取， 如圖4所示。光纖輸入和光纖輸出電路第二FPGA模塊調(diào)制產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換為5V信號(hào)后通過SN7M52驅(qū)動(dòng)后采用光纖HFBR1521輸出驅(qū)動(dòng)變流器模塊。通用控制平臺(tái)與變流器模塊之間光纖隔離，實(shí)現(xiàn)了高低壓隔離，同時(shí)也消除了外部高頻信號(hào)對PWM信號(hào)的干擾。輸出PWM信號(hào)接下拉電阻避免了復(fù)位期間或FPGA下載程序期間因PWM信號(hào)狀態(tài)不定導(dǎo)致的開關(guān)器件誤導(dǎo)通，如圖5所示。本發(fā)明具體實(shí)施方式
描述的變流器控制裝置具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能。變流器控制裝置可采集最多M路模擬量及32路數(shù)字量信號(hào)，最多可輸出12路數(shù)字量開關(guān)信號(hào)，最多可采56路光纖采集回路。各種通訊功能完備。本控制平臺(tái)包括USB、Ethernet、Ecan, RS485通訊接口，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用場合需要。通用性較強(qiáng)。變流器控制裝置中配備了 M路脈沖發(fā)生通路及硬件保護(hù)通道，能夠滿足多種場合的控制要求。易于軟件編寫。變流器控制裝置的DSP、FPGA程序采用控制領(lǐng)域內(nèi)通用的C語言和VHDL語言進(jìn)行開發(fā)，非常方便程序的移植。數(shù)據(jù)處理及交換的速度較快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。FPGA和DSP的高速運(yùn)算內(nèi)核保證了數(shù)據(jù)處理的速度。成本低，適合批量應(yīng)用，采用的DSP和FPGA芯片都是業(yè)界比較流行且價(jià)格低的控制芯片，有效降低了采購難度和成本。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變流器控制裝置，其特征在于包括第一 DSP模塊、第二 DSP模塊、第一 FPGA模塊、第二 FPGA模塊、DRAM模塊、通訊接口模塊、A/D模塊和D/A模塊，第一 DSP模塊外接通訊接口模塊，第一 DSP模塊的數(shù)據(jù)總線和地址總線與第一 FPGA模塊相連，接收和發(fā)送各種通訊數(shù)據(jù)；第一 FPGA模塊與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊相連，與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第一 FPGA模塊與第二 FPGA模塊相連，進(jìn)行控制信號(hào)傳接；DRAM模塊分別與第一 DSP模塊，第二 DSP模塊相連，實(shí)現(xiàn)第一 DSP模塊和第二 DSP模塊兩個(gè)主控制芯片間的數(shù)據(jù)交換；第二 DSP模塊與A/D模塊，D/A模塊，第一 FPGA模塊，第二 FPGA模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述第一FPGA模塊負(fù)責(zé)第一 DSP模塊和第二 DSP模塊兩個(gè)主控制芯片的控制邏輯、數(shù)字信號(hào)入出、同步信號(hào)輸入的信號(hào)處理，通過與第一 DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和對主從式RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB通訊接口模塊和以太網(wǎng)通訊接口模塊的片選控制，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞通訊數(shù)據(jù)， 通過對第二 DSP模塊和第二 FPGA模塊的邏輯控制，進(jìn)行A/D模塊和D/A模塊的數(shù)據(jù)采樣、 I/O信號(hào)采集，第一 FPGA模塊對DRAM模塊進(jìn)行片選控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述變流器控制裝置包括數(shù)字入出模塊，變流器控制裝置通過輸入數(shù)字入出模塊的開關(guān)狀態(tài)量，讀入包括空氣開關(guān)、斷路器在內(nèi)的通斷狀態(tài)，再通過數(shù)字入出模塊的開關(guān)狀態(tài)輸出控制輸出繼電器的通斷，從而控制包括斷路器在內(nèi)的開關(guān)，數(shù)字入出模塊的輸入信號(hào)首先通過整流管進(jìn)行整流，后由光耦模塊進(jìn)行光耦隔離，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成3. 3V電壓信號(hào)后送給第一 FPGA模塊讀取。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述變流器控制裝置包括信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊首先將傳感器的電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過由二階低通濾波電路組成的抗混疊濾波器，變換為0 9V的電壓信號(hào)，最后輸出至A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行讀取。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述變流器控制裝置包括光纖輸入模塊和光纖輸出模塊，光纖輸入模塊和光纖輸出模塊連接在變流器控制裝置與變流器模塊之間，由第二 FPGA模塊調(diào)制產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為5V 電壓信號(hào)后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后，由光纖輸出驅(qū)動(dòng)變流器模塊，輸出PWM信號(hào)連接下拉電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述第二FPGA模塊負(fù)責(zé) PWM脈沖的移相、分配和產(chǎn)生，同時(shí)接收變流器模塊工作狀態(tài)的光脈沖信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理后送至第二 DSP模塊，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)變流器模塊的實(shí)時(shí)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述第二DSP模塊負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)和變流器模塊的模擬信號(hào)，輸出參考波形至第二 FPGA模塊，第二 FPGA模塊同時(shí)接收變流器模塊反饋的光信號(hào)，從而控制電網(wǎng)的無功和實(shí)時(shí)監(jiān)測變流器模塊狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述通訊接口模塊包括主從式RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊，主從式 RS485通訊接口模塊，eCAN通訊接口模塊，USB接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊均與第一 DSP模塊相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5、6、8中任一權(quán)利要求所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述第一 DSP模塊和第二 DSP模塊的芯片采用TI的TMS320F2812 ；所述第一 FPGA模塊和第二 FPGA模塊的芯片采用Altera的EP3C25F3M。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種變流器控制裝置，其特征在于所述第一 FPGA模塊的輸入輸出處理信號(hào)包括16路數(shù)字量輸入信號(hào)、8路數(shù)字量輸出信號(hào)、3路電壓同步信號(hào)、3路硬件故障保護(hù)輸入電路和4塊AD采樣控制邏輯；所述第二 DSP模塊采集模擬量信號(hào)，包括 12路傳感器采集量，用于檢測變流器模塊直流電壓和變流器模塊輸出電流信號(hào)，12路互感器采集量，用于變流器模塊母線電流和母線電壓信號(hào)，4路12位DA輸出，用于程序調(diào)試過程中總線上的數(shù)據(jù)量觀測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變流器控制裝置，第一DSP模塊外接通訊接口模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)和地址總線與第一FPGA模塊相連，接收和發(fā)送各種通訊數(shù)據(jù)；第一FPGA模塊與第一、第二DSP模塊相連，與第一、第二DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第一FPGA模塊與第二FPGA模塊相連，進(jìn)行控制信號(hào)傳接；DRAM模塊分別與第一DSP模塊，第二DSP模塊相連，實(shí)現(xiàn)第一和第二DSP模塊的數(shù)據(jù)交換；第二DSP模塊與A/D模塊，D/A模塊，第一、第二FPGA模塊相連。本發(fā)明所描述的技術(shù)方案使得變流器控制裝置具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和輸出能力，同時(shí)通用性很強(qiáng)，并具備各種通訊功能和接口，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用場合需要。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102156416SQ201110097189
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉華東, 劉永麗, 呂順凱, 唐建宇, 張定華, 李保國, 楊磊, 王衛(wèi)安, 王桂華, 胡曉東, 譚勝武, 邱岳烽, 黃燕艷 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司