專利名稱：基于dsp與mcu復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置的制作方法
技術領域：
基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置技術領域：
本實用新型涉及變電站設備監(jiān)控與保護的綜合自動化裝置，特別是一種優(yōu)化配置CPU,以提高綜合自動化裝置的可靠性和實時性的基于DSP與MCU復合結構的變電站監(jiān)控與保護的綜合自動化裝置。
背景技術：
微型繼電保護測控裝置，是一種適用于變電站間隔層的設備保護的綜合自動化保護裝置。目前，公知的微型繼電保護測控裝置，系統(tǒng)的核心芯片(即CPU)大多采用單一DSP結構，或采用DSP與單片機的雙CPU結構，來實現(xiàn)對設備的保護、測量、監(jiān)控、通訊以及人機交互等功能。由于單片機僅僅完成人機接口功能，而DSP既要完成保護功能又要完成監(jiān)測功能，所以DSP任務繁重，增大了DSP運行故障的風險，降低了綜合自動化裝置的可靠性。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，而提供一種基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置，該裝置采用DSP與MCU復合結構，結合兩者的優(yōu)點，合理配置系統(tǒng)功能，達到提高綜合自動化裝置的可靠性的目的。 本實用新型為解決上述問題所采用的方案是設計一種基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置。該裝置包括殼體和控制電路，其特征在于所述電路是DSP和MCU通過RS232內(nèi)部通訊組成的雙CPU系統(tǒng)；所述DSP通過保護測量信號單元采集設備保護用電壓電流，通過光電隔離模塊采集保護用遙信信號，再對采集的數(shù)據(jù)進行處理和運算，然后經(jīng)光電隔離模塊輸出遙控信號；與DSP相連的FRAM用于存儲非易失性數(shù)據(jù)，且掉電不丟失；CAN總線用于和上級系統(tǒng)進行通訊；所述MCU通過測量信號單元對設備的測量用電壓電流信號采集，通過光電隔離模塊對測量用遙信信號采集，再對采集的數(shù)據(jù)進行處理和運算，完成測量功能，并控制匪I人機接口單元顯示結果，再由系統(tǒng)軟件完成系統(tǒng)管理和人機交互；系統(tǒng)時鐘輸出顯示所需的時間；所述DSP和MCU采用內(nèi)部通訊模式進行通訊，DSP將處理的保護結果在執(zhí)行的同時也傳送給MCU顯示，MCU同時采集保護用電流信號，與DSP采集的進行對比，實現(xiàn)雙CPU互檢。 所述的DSP單元包括一個DSP數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A，四個TA電流互感器，四個TV電壓互感器和14個光電隔離模塊；所述DSP單元采集的保護用的電壓電流，由TA、TV隔離轉換成小信號輸入DSP芯片。DSP發(fā)出的遙控信號分為兩路，一路控制報警繼電器動作完成保護報警，一路控制操作機構動作完成保護跳閘。所述MCU單元包括一個MCU單片機C8051F021，四個TA電流互感器，四個TV電壓互感器，2個光電隔離模塊，液晶顯示器LCD和觸摸屏；所述MCU單元采集的測量用的電壓電流，經(jīng)TA、 TV模塊隔離并轉換成小信號輸入MCU芯片，遙信信號經(jīng)過光電隔離模塊輸入MCU芯片，MCU對電壓電流計算后，由液晶顯示器LCD顯示測量結果。[0007] 本實用新型的有益效果是[0008] 通過采用DSP與MCU復合的雙CPU結構，DSP與MCU系統(tǒng)相互獨立，兩者僅通過串行通信方式進行聯(lián)系，如果發(fā)生MCU單元失效不會影響綜合自動化裝置的保護功能。同時實現(xiàn)了合理的功能劃分，保護程序與其它功能程序分開單列運行，DSP僅完成與保護功能相關的工作，其它的電量測量，系統(tǒng)管理和人機接口工作等由MCU來承擔，減輕了 DSP保護單元的負擔和軟件復雜程度，避免了其它非保護性工作對保護工作的干擾，提高了裝置保護功能的可靠性和實時性，以及產(chǎn)品的可靠性。MCU采用數(shù)?；旌掀骷?，本身含有高精度A/D轉換單元，簡化了線路，提高了硬件的抗干擾能力和可靠性。DSP與MCU都對選定的保護信號進行檢測，通過對比分析，可以判別DSP與MCU的正常工作狀態(tài)，實現(xiàn)雙CPU互檢，及時發(fā)現(xiàn)故障并報警，提高了整個系統(tǒng)可靠性。


圖1為基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護測控裝置原理框圖； 圖2為裝置的內(nèi)部結構示意圖； 圖3-l至3-4為DSP單元的電路原理圖； 圖4-1至4-3為MCU單元的電路原理圖。 以下結合本實用新型的實施例，并參照附圖進行詳細敘述。
具體實施方式
本裝置是適用于變電站間隔層的設備保護的綜合自動化保護裝置，該裝置的內(nèi)部結構俯視圖如附圖2所示，其中1是觸摸屏，2是液晶顯示器，1和2屬于人機接口單元。3是前面板，4是主板，主要用于連接各個功能板，5是接口插槽，6是出口單元，7是DSP保護控制單元，8是MCU測量控制單元，9是裝置主殼體。 圖1所示為本裝置雙CPU系統(tǒng)的原理框圖。圖中DSP單元主要完成保護功能，采集保護用的遙信信號和保護測量信號；遙信信號為開關量，使用傳輸效率高的光耦進行光電隔離后，送入DSP芯片進行處理；保護測量信號為模擬量，使用電壓互感器與電流互感器將二次交流信號隔離并轉換為小信號，送入DSP芯片進行處理；DSP將處理的結果由光耦進行光電隔離后送到出口遙控單元，完成操作機構的跳閘、合閘操作及防跳躍功能，實現(xiàn)對設備保護控制。MCU單元主要完成測量與監(jiān)控、系統(tǒng)管理和人機接口等功能，采集測量用的測量信號為模擬量，使用電壓互感器與電流互感器將二次交流信號隔離并轉換為小信號，送入MCU芯片進行處理后，控制液晶顯示器顯示測量的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電氣量，
實現(xiàn)測量與監(jiān)控功能；系統(tǒng)管理與人機接口功能，由系統(tǒng)軟件結合人機接口器件(液晶顯示器和觸摸屏)來實現(xiàn)。此外，DSP與MCU采用串行通信聯(lián)系；MCU同時采集保護測量信號，與DSP采集結果進行對比，實現(xiàn)雙機互檢，一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時給出報警信號。匪I作為用戶操作界面，供用戶瀏覽信息，修改參數(shù)設置等。FRAM鐵電存儲器保存定值、系數(shù)和配置，確保這些參數(shù)不被誤修改而且能夠掉電保持。CAN外部通訊接口 ，裝置通過CAN數(shù)據(jù)總線上傳裝置狀態(tài)信息、運行數(shù)據(jù)及故障報告；接收上級控制命令，實現(xiàn)遠方在線修改定值和投入退出各類保護功能。 DSP單元原理圖如附圖3-1至3-4所示，圖3-1是模擬量和開關量采集模塊。0PT106是光耦，TV是電壓互感器。圖3-2是CAN通訊模塊，U8是CAN收發(fā)器(選用PCA82C250) ， U6、 U7是光耦芯片；圖3_3是內(nèi)部通信與鐵電存儲器模塊，U4是鐵電存儲器芯片(選用FM25L16) ， U5是內(nèi)部通信接口芯片(選用MAX3232)，圖3_4中Ul是核心器件DSP (選用TMS320LF2407A)，此外TA電流互感器模塊在MCU功能板，兩者通過主板連接(以下不再贅述)。模擬量用TA電流互感器、TV電壓互感器將交流信號隔離并轉換為小信號，通過濾波電路，送入Ul進行模數(shù)轉換，再進行計算處理；遙信量通過0PT106進行光電隔離，再經(jīng)過信號保持電路和濾波電路送入Ul計算處理；U1將計算的結果_開關量，送到出口單元，來實現(xiàn)對設備的自動化保護控制。 MCU單元原理圖如附圖4-1至4-3所示，圖4_1是模擬量采集模塊，TA是電流互感器；圖4-2中U2是是內(nèi)部通信接口芯片(選用MAX3232)， U3是實時時鐘芯片(選用DS12887) ， U4是觸摸屏接口芯片(選用AD7843A);圖4_3中Ul是核心器件MCU (選用C8051F021)。模擬量用TA電流互感器、TV電壓互感器將交流信號隔離并轉換為小信號，通過濾波電路，送入Ul芯片進行模數(shù)轉換，再由Ul計算處理；遙信量電能脈沖信號通過信號保持電路和濾波電路送入U1計算處理；U1將通過控制液晶屏顯示結果，完成對設備的測量監(jiān)控功能。MCU通過U5連接觸摸屏，完成人機交互。
權利要求一種基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置，包括殼體和控制電路，其特征在于所述電路是DSP和MCU通過RS232內(nèi)部通訊組成的雙CPU系統(tǒng)；所述DSP通過保護測量信號單元采集設備保護用電壓電流，通過光電隔離模塊采集保護用遙信信號，再對采集的數(shù)據(jù)進行處理和運算，然后經(jīng)光電隔離模塊輸出遙控信號；與DSP相連的FRAM用于存儲非易失性數(shù)據(jù)，且掉電不丟失；CAN總線用于和上級系統(tǒng)進行通訊；所述MCU通過測量信號單元對設備的測量用電壓電流信號采集，通過光電隔離模塊對測量用遙信信號采集，再對采集的數(shù)據(jù)進行處理和運算，完成測量功能，并控制MMI人機接口單元顯示結果，再由系統(tǒng)軟件完成系統(tǒng)管理和人機交互；系統(tǒng)時鐘輸出顯示所需的時間；所述DSP和MCU采用內(nèi)部通訊模式進行通訊，DSP將處理的保護結果在執(zhí)行的同時也傳送給MCU顯示，MCU同時采集保護用電流信號，與DSP采集的進行對比，實現(xiàn)CPU互檢。
2. 按照權利要求1所述的基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置，其特征在于所述的DSP單元包括一個DSP數(shù)字信號處理器TMS 320LF2407A，四個TA電流互感器，四個TV電壓互感器和14個光電隔離模塊；所述DSP單元采集的保護用的電壓電流，由TA、 TV隔離轉換成小信號輸入DSP芯片。
3. 按照權利要求1或2所述的基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置，其特征在于所述DSP發(fā)出的遙控信號分為兩路， 一路控制報警繼電器動作完成保護報警，一路控制操作機構動作完成保護跳閘。
4. 按照權利要求1或2所述的基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置，其特征在于所述MCU單元包括一個MCU單片機C8051F021，四個TA電流互感器，四個TV電壓互感器，2個光電隔離模塊，液晶顯示器LCD和觸摸屏；所述MCU單元采集的測量用的電壓電流，經(jīng)TA、TV模塊隔離并轉換成小信號輸入MCU芯片，遙信信號經(jīng)過光電隔離模塊輸入MCU芯片，MCU對電壓電流計算后，由液晶顯示器LCD顯示測量結果。
專利摘要本實用新型是一種基于DSP與MCU復合結構的微型繼電保護自動化測控裝置。其通過采用DSP與MCU復合的雙CPU結構，DSP與MCU系統(tǒng)相互獨立，兩者僅通過串行通信方式進行聯(lián)系，如果發(fā)生MCU單元失效不會影響綜合自動化裝置的保護功能。同時實現(xiàn)了合理的功能劃分，保護程序與其它功能程序分開單列運行，DSP僅完成與保護功能相關的工作，其它的電量測量，系統(tǒng)管理和人機接口工作等由MCU來承擔，減輕了DSP保護單元的負擔和軟件復雜程度，避免了其它非保護性工作對保護工作的干擾，提高了裝置保護功能的可靠性和實時性，以及產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H02H7/22GK201466694SQ20092009684
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者孫澤廷 申請人:天津港保稅區(qū)益誠電力設備有限公司