1.2 監(jiān)控模塊

　　1.2.1 CAN 通信模塊

　　當(dāng)前有很多微控制器將CAN 控制器嵌入到系統(tǒng)之中，DSP 56F807 內(nèi)部也集成有CAN 控制器， 它支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展信息幀， 外圍只需連接CAN 收發(fā)器即可以方便地將CAN 控制器連接到CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上， 網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，實(shí)時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　1.2.2 其他模塊

　　RS-485 通訊： 通訊采用485 主從網(wǎng)絡(luò)， 使用MAXIM公司生產(chǎn)的差分平衡性收/發(fā)器芯片MAX485 ，MAX485系列芯片采用半雙工通訊， 可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)器件綜合保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)功能。每個(gè)IC 芯片包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器， 符合RS-485/RS-422 通訊標(biāo)準(zhǔn)。

　　6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器， 具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能， 在本次設(shè)計(jì)中， 使用6N137 光耦合器將DSP 中TXD1 和RXD1 信號(hào)與TX和RX 隔離開(kāi)。

　　顯示電路： 作為電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的顯示模塊， 本系統(tǒng)使用的LCD 是TG160128A1, 它已由制造商裝配好了液晶顯示驅(qū)動(dòng)， 并提供了驅(qū)動(dòng)電路的接口， 通過(guò)DSP56F807的I/O 口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD 的讀寫(xiě)操作。

　　電源模塊：DSP 的工作電壓是3.3 V， 而開(kāi)發(fā)板的供電電壓為5 V， 所以必須做一個(gè)5 V~3.3 V 電壓的轉(zhuǎn)換。

　　使用了AS1117M5 -33 芯片把5 V 電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V 電壓。數(shù)字電源和模擬電源之間用磁珠相連， 數(shù)字地和模擬地之間也用磁珠相連。模擬地和模擬電源之間連小電容， 數(shù)字地和數(shù)字電源之間也連小電容。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　在電機(jī)保護(hù)裝置中， 各檢測(cè)節(jié)點(diǎn)定期采集現(xiàn)場(chǎng)的電壓電流信號(hào)， 然后用傅里葉算法對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理， 計(jì)算出電壓、電流的有效值和各次諧波分量值，并進(jìn)行幅值、相位、正負(fù)序等實(shí)時(shí)參數(shù)計(jì)算， 判斷得到的實(shí)時(shí)值是否超過(guò)限定值， 即判斷是否發(fā)生故障， 并通過(guò)CAN 總線(xiàn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。

　　2.1 系統(tǒng)總體軟件

　　設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)， 分為三個(gè)部分： 初始化模塊、系統(tǒng)控制模塊和通信模塊。初始化模塊主要完成DSP 系統(tǒng)、外設(shè)部件， 以及系統(tǒng)管理方式的初始化等。由于電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的系統(tǒng)，因而采用主程序模塊和中斷子程序模塊相結(jié)合的方法。

　　中斷子程序主要由保護(hù)模塊和通信模塊組成。主程序流程圖以及保護(hù)模塊流程圖如圖3 所示。

?

圖3 系統(tǒng)流程圖

　　2.2 各相電流、電壓幅值算法

　　由于56F807 芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)： 在一個(gè)指令周期內(nèi)可以完成一次加法和一次乘法， 程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)， 可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)指令和數(shù)據(jù)、支持流水線(xiàn)操作， 使取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊進(jìn)行。另外其主頻極高，可以為在設(shè)計(jì)中采用復(fù)雜、精確的保護(hù)算法提供時(shí)間保證。故求取電流與電壓的幅值均采用付氏濾波算法。先求出付氏正、余弦系數(shù)， 再用平方、開(kāi)方公式算出幅值。

　　設(shè)輸入電量為：

?

　　如有離散后一周波內(nèi)連續(xù)N 點(diǎn)采樣值Y1、Y2，Y3,Yn， 則可求出全周傅氏正、余弦函數(shù)如下：

?

　　式中：N 為一周波采樣點(diǎn)數(shù)，600 Hz 采樣頻率時(shí)，N=12。

　　k=1 時(shí)得到基波的正、余弦系數(shù)為：

?

　　然后依據(jù)（6） 式計(jì)算出幅值的精確值， 進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的故障判斷。

?

　　由（6）式對(duì)幅值的計(jì)算中有兩次平方和一次開(kāi)方， 計(jì)算量比較大， 所以選用有著強(qiáng)大計(jì)算功能的DSP， 可以不用考慮時(shí)間問(wèn)題而保證幅值的精確性， 從而保證了保護(hù)的可靠性。

　　2.3 負(fù)序電流算法的選擇

　　負(fù)序電流作為電機(jī)保護(hù)中一種判據(jù)， 在判斷是否有不對(duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障的類(lèi)型時(shí)， 有著非常重要的作用。由于選用的DSP 有著非常強(qiáng)大的處理數(shù)據(jù)的能力，可以考慮用軟件計(jì)算的方法替代硬件邏輯的方法， 不僅可能減少硬件的連接， 而且能夠提高整個(gè)保護(hù)的可靠性和精確性。

　　由于三相電流XA、XB、XC可以根據(jù)對(duì)稱(chēng)分量法分解為正序、負(fù)序和零序三個(gè)分量， 而對(duì)稱(chēng)分量負(fù)序與三相基波相量的關(guān)系為：

?

　　由于采樣率為每周12 點(diǎn)， 三相電流采樣瞬時(shí)值為XA（k）、XB （k）、XC （k）， 則通過(guò)快速負(fù)序算法， 實(shí)際中取瞬時(shí)負(fù)序電流為：

?

　　由（8） 式可以看出， 負(fù)序電流的瞬時(shí)值于A(yíng) 相第k點(diǎn)采樣，B 相第k 和第k-4 點(diǎn)采樣值以及C 相的第k-4點(diǎn)采樣值有關(guān)， 利用電流幅值計(jì)算公式就可以精確計(jì)算出負(fù)序電流的幅值。