新型数字式高压保护装置硬件平台设计

发布日期:[08-07-27 11:08:14] 浏览人次:[]

硬件平台系统主要包括两部分:基于TMS320C32的运算处理单元和基于MC68332的逻辑控制单元。运算处理单元任务定位于模拟量数据采集、数据处理、功能模块运算等功能;逻辑控制单元定位于保护逻辑判断、开入量检测、开出控制,以及监控等功能。采用这种MPU DSP结构,充分利用了DSP适于数据处理优点的同时,也充分发挥了MPU丰富的I/O引脚、较强的逻辑处理能力,以及强大的通讯处理功能。

 

图1 硬件平台系统结构
2.1.1 运算单元区设计方案
运算单元区主要由TMS320C32、RAM、FLASH、A/D、EPLD等器件构成。此区核心器件TMS320C32芯片为TMS320C3X系列中的一款,是TI公司1995年推出的32位浮点型DSP。该芯片内部采用哈佛结构、流水线操作、特殊的并行指令、专用的硬件乘法器等适宜于数据运算的设计,这种特殊的硬件结构使得TMS320C32的处理能力达到60MFLOPS/30MIPS(每秒60兆次浮点运算或30兆条指令)。它采用增强型存储器接口,并具有灵活的数据/地址总线,可充分利用存储空间,增加了设计的灵活性,简化了电路设计。
运算单元区的模数转换部分采用MAXIM公司生产的14位逐次逼近型、2×4通道、带采样保持器的A/D芯片。改变了原来的多路开关切换的方式,减小了各模拟量之间不同步性。此单元区的译码、AD定时转换启动等功能完全由可编程逻辑器件EPM7128实现,这样既简化了印制版的设计,提高了电路设计的灵活性,又简化了程序软件的逻辑设计。从而在保证采样高可靠性的同时,节省了DSP的处理时间。

2.1.2 逻辑控制单元区设计方案
逻辑控制单元区主要由MC68332、RAM、FLASH、EEPROM、EPLD、秒脉冲对钟电路、标准232维护口、开入开出电路,以及通信电路构成。此区核心器件MC68332是由MOTOROLA公司生产的32位微处理器,它采用HCMOS技术和精简的指令系统计算机(RISC)技术,数据处理能力达32位,因而具有较高的执行速度、较高的稳定性和很强的逻辑处理能力。软件看门狗、丰富的I/O口、可掉电保持的2K片上RAM、QSPI等丰富的控制功能使MC68332是一款非常适合控制领域的高性能芯片。
逻辑控制单元区的开出电路由EPLD和光电隔离器构成。通信电路由UART芯片及EPLD硬件设计的HDL协议构成的FDK_BUS(本公司自主开发的一种局域总线)板间通信网络。秒脉冲对钟电路利用TPU口检测秒脉冲的触发沿获得GPS秒脉冲,保证了板级对钟精度,为系统的故障分析提供了统一的时钟。FLASH用于保存程序代码,EEPROM用于保存定值、程序的CRC校验码、故障报告、扰动数据和装置的事件记录等。标准232维护口为程序调试提供了方便。
2.2 系统实现原理
采用这种DSP MPU的平台系统结构,按照设计的功能分工:DSP来完成数据处理运算,如:数字滤波、相量计算、故障分量提取等,以及保护功能相对独立模块的处理,如:六个阻抗的计算、各序量方向元件计算、各阻抗区域判别等;而MPU来完成电力系统的状态检测,根据不同的状态,按照保护逻辑方案来组织运算单元的计算结果以及开入量等,最终根据逻辑结果作相应控制,另外此单元区还实现所有的监控功能。两CPU相对独立,同时两者相互监视是否正常运行;两者之间唯一的联络方式通过双口RAM来完成。由此有机地组成一个功能分布、协同运行的整体系统。
系统具体的组织方式为:运算单元区A/D所有通道转换完成后以中断方式激发DSP采样中断,DSP响应外部中断用DMA的方式读走原始采样数据;DSP在获得采样数据后,将采样数据精加工,并利用最新数据运算所有的功能模块,然后将采样数据、加工后数据,以及各模块接口信息放到双端口RAM中;运算处理单元通过邮箱机制,使双端口RAM在对侧产生一个中断电平通知逻辑控制单元;逻辑控制单元在响应外部中断电平后,将双端口RAM中信息读出,置于自身数据区域
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