基于DSP+FPGA的数字化继电保护测试仪

2018-9-6 10:21:51 1864 智能化

0 数字化继电保护设备的出现和大规模的投入实际电力生产中，为继电保护测试装置提出了新要求。新型的数字化继电保护测试装置，成为继电保乎测试系统的发展趋势。基于此种需求，我们提出了一种新型的数字化继电保护测试仪的实现方式。]一、总体构成继电保护测试仪的主要功能是按照既定的测试实验条件，产生一定的电压、电流信号来监测继电保护测试装置，从而达到监测继电保护装置的逻辑功能和动作特性的目的，并根据实验数据生成相应的实验测试报告，为设备检修、运维提供可靠的数据分析依据。数字化继电保护测仪由上位机（PC机）、数字化继电保护测试仪主机组成。上位机主要工作是人机界面和实验参数配置和数据生成。下位机由通信接口、光以太网输出接口、串行光输出接口、对时接口、硬节点输入输出接口以及电源组成、整机采用型材铝合金机箱，具有结构紧凑、功能完善、携带方便的特点。]二、硬件设计本文所提出的数字化继电保护测试仪整体硬件结构如图1所示。]1 DSP控制器数字化继电保护测试仪工作时，有大量的数据需要实时处理，因此实时数据处理能力是主控制器选型的关键威廉希尔官方网站指标。本测试仪方案采用DSP+FPGA硬件架构，采用ti公司的TMS320VC5502作为硬件主控。TMS320VC5502是基于C55系列内核的高性能、低功耗DSP芯片，该芯片具有高达300MHz的工作主频，同时片内包含6个独立的DMA通道，同时可外扩SDRAM用于大数据存储。本设计中利用DSP芯片强大的数据运算能力实现实验流程控制，上、下位机通信，网络报文编解码等功能。]图1 测试仪硬件结构图 2]测试仪在运行中对时序控制有较为严格的要求，尤其是在数字化测试系统中，对采样报文和GOOSE报文的发送间隔都有严格的时间间隔要求，因此本设计中时序控制采用FPGA实现，相对与DSP系统，FPGA系统在时序控制上能实现更为精准的时序，本方案中FPGA芯片主要作为以太网总线控制器，时间信号解码器，时序控制触发器。FPGA芯片通过16位HPI接口与DSP相连，同时外扩32位以太网控制总线与以太网接口芯片相连。实现网络报文从接口芯片到DSP之间的数据链桥接。 3]数字化继电保护设备与传统设备的一个显著不同是，数字化继电保护设备用光纤接口取代了传统设备的电缆连接模式，因此，数字化继电保护测试仪的主要输出接口为光以太网输出。本方案中MICREL公司的KSZ8862作为光接口驱动芯片，芯片内置两个100M以太网MAC+PHY接口，一个32位通用数据总线接口，可方便与通用CPU总线相连。本设计中，采用3片KSZ8862芯片通过32位总线连接到FPGA实现6个以太网输出接口的硬件设计。三、软件设计]图2 手动试验流程图 1]上位机软件运行在PC机平台，采用Visual C++作为编程语言。整个测试系统软件采用模块化的设计思想，整，根据实现功能的不同，软件分为多个不同的模块，各个模块通过统一的接口集成到统一的人机界面上。整个系统包括一下模块：人机界面模块、SCD解析及通用参数设置模块、通信接口口、专项实验模块等。上位机与下位机之间数据交换包括三个部分：报文模版、实验数据、控制命令。根据IEC61850通信规约的特点，一个智能设备一旦装置模型确定了，其发送的数据报文的格式也就确定了，变化的仅是报文帧中数据域的实时数据。因此为提高上下位机的通信效率，测试仪所发送的报文首先以报文模版的方式下送至下位机保存，然后专项实验模块根据实验参数生成瞬时实验数据，然后通过通信口向下位机实时发送实验数据和实验控制命令。以手动实验为例，上位机软件实验流程图2所示。 2]下位机采用DSP作为核心控制芯片，这里我们采用TI公司提供的CCS3.3作为下位机软件开发平台。为了最大限度的发挥DSP芯片的性能，在设计DSP程序时，采用C语言和汇编语言作为编程基础，同时DSP程序的运行环境不基于任何嵌入式系统。下位机的主要作用是实验数据的数据帧合成和实验数据发送流程的控制。 2.1]DSP主程序是一个单线程程序，主要作用是DSP系统初始化以及上下位机之间通信数据的处理。 2.2]在数字化继电保护测试仪运行过程中，有大量的数据需要在内存与外设之间传递，如果采用循环读写内存的方式处理数据搬运的工作，则整个DSP系统的大部分时间都被数据搬运的任务占用，这样效率十分低下，不能满足整个系统的设计需要。本方案中所采用的DSP芯片TMS320VC5502内含6通道DMA管理器，同时每个DMA通道均能独立的灵活配置，每个DMA通道完成数据搬运工作后均能触发DMA中断，这里我们采用中断嵌套的方式以一系列DMA操作完成测试仪报文组帧、发送报文的工作。当测试仪向外发送一帧报文时，这个过程中的DMA操作分为以下几个步骤：]（1）主程序查询全局标志位，如需发送报文则配置并激活DMA通道1，将SDRAM中的报文模板复制到DSP芯片RAM中的发送缓冲区。并配置DMA通道2。（2）DMA1任务完成后，进入DMA1中断服务程序，在中断程序中启动DMA通道2的数据复制，退出DMA1中断服务。（3）DMA通道2将SDRAM中的实验数据复制到DSP芯片RAM中发送缓冲区中已存储报文模版的ASDU域，这样一个完整的SV报文就存储到DSP芯片RAM中的发送缓冲区。（4）DMA2任务完成后，进入DMA2中断服务程序，在中断服务程序中，修改所需发送报文的相关参数。如采样序号、质量标记等。并修改全局变量标记位。然后退出DMA2中断。（5）DSP主程序查询全局变量标记位，发现所需发送数据准备就绪。启动DMA3任务，DMA3任务是将DSP芯片内发送缓冲区的数据通过HPI总线外设发送到FPGA芯片。（6）DMA3任务完成后，进入DMA3中断服务程序。修改全局标志位。四、结语]随着威廉希尔官方网站的发展与进步，数字化智能设备必将取代传统设备成为继电保护专业的发展方向，本文提所出的一种基于DSP+FPGA硬件平台的数字化继电保护测试仪，具有结构紧凑、功能完善的特点。尤其是其上位机测试软件采用模块化、开放性的设计，可方便进行功能扩展，从而实现较为复杂的动态模型仿真功能。经测试，本测试仪完全满足数字化变电站智能设备调试、检修的要求，为智能化变电站设备产品研发、设备运维、故障检修等提供了有力的测试手段。 0 测试仪硬件结构图.jpg (30.3 KB, 下载次数: 9) 手动试验流程图.jpg (29.93 KB, 下载次数: 17)
2018-9-6 10:21:51　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 继电保护测试仪怎么使用 409 • 继电保护测试仪的应用 667 • 如何使用继电保护测试仪？ 6081 • 基于DSP的微机继电保护测试仪的研究与设计 30 • 继电保护测试仪使用常见问题 5876 • 继电保护测试仪的功能_继电保护测试仪的检验周期 2186 • 微机继电保护测试仪 1258 • 继电保护测试仪的发展历程_继电保护测试仪的分类有哪些 1725 • 继电保护测试仪简单概述 3277 • 光数字继电保护测试仪的功能有哪些 902