电力硬件

电力硬件（精选五篇）

电力硬件 篇1

基于Internet的电力电子实验系统是浙江大学网络实验室(简称网络实验室)的一个子系统。浙江大学网络实验室是一个以提供理工科电类和控制类实验为目标的远程综合实验室,所有实验都基于真实的物理对象,是一套系统、全面、完全真实的实验体系。

本系统针对单相交流调压电路、功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究这3个具体的实验,参考传统实验的设计[1],结合网络和计算机控制的特点进行硬件的构架和设计。

1网络实验室结构

整个系统的物理拓扑结构由“客户端(Client)+服务器(Server)+控制端(Client)”构成,被称为双C/S结构[2]。这种结构为实验和用户的调度管理提供了极大的便利,可以实现实验的综合管理、记录和调度,适合于大规模的网络实验室开发。

根据这种结构,设计任务很自然地被划分为3块:控制端设计、客户端设计、建立网络通讯。这3块在功能和设计方法上是相对独立的,但是在开始的分工和最终的相互配合上又互相联系。本系统的硬件设计属于控制端设计。

2电力电子实验系统

2.1系统结构

本系统由3个实验系统组成:单相交流调压系统、功率场效应管(MOSFET)特性和驱动电路系统、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路系统。每部分电路除了传统实验的主电路外,还外加了控制电路、隔离电路、采样电路、电源调节电路等等。本系统设计采用模块化模式,将各个功能模块拆分成单独模块,从而提高了系统的可移植性和可靠性。

2.2单相交流调压系统

单相交流调压系统包括实验主电路、脉冲触发电路、同步电路、波形采样电路,如图1所示。其工作原理简述如下:单相交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成。假定在正半周时VT1被触发导通,正半周过零时,VT1自然截止;负半周VT2被触发导通,负半周过零时,VT2关断。通过控制脉冲触发电路,改变各个晶闸管的控制角α,从而达到了调压的目的。在纯电阻负载下,负载上交流电压的有效值与控制角α的关系为:

$U{}_o=\sqrt{\frac{1}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_{\alpha }^{\text{π}}(}\sqrt{2}U{}_2\sin \omega t){}^2\text{d}\omega t}=U{}_2\sqrt{\frac{1}{2\text{π}}\sin 2\alpha +\frac{\text{π}-\alpha }{\text{π}}}$

2.2.1 主电路

主电路采用36 V电压进线,经晶闸管、电阻和电感形成一个回路。其电路,如图2所示。整个电路为大功率电路,因此在器件的选型上要特别注意功率和散热性能的指标。晶闸管采用KP10-6型晶闸管(平均电流10 A,正方向重复峰值电压为600 V)。电阻为50 W的大功率电阻,采用金属外壳封装,易于散热。电感采用大型陶瓷线圈的电感。系统通过控制晶闸管的导通角,从而控制了负载所承受的有效电压,达到了调压的目的。由于本实验的触发信号由工控机产生,可以突破传统实验的限制,使两个晶闸管的触发角不同。从而使实验者对交流调压有更深入的了解。

2.2.2 同步电路

所谓同步电压就是给晶闸管触发器提供与晶闸管承受的电源电压保持合适相位关系的电压,让各晶闸管在对应的电压作用下导通。同步电路原理,如图3所示。电路采用变压器、过零比较器及光藕组成。三相交流电源经过变压器降压后从副边输出,然后输入到过零比较器LM339。LM339将在一个周期内产生一个脉冲,从而准确地确定一个周期的起始时间。通过工控机延时处理,可以把一个周期进行等分,分别确定两个晶闸管的触发时间点。如果6等分,就可以应用于三相全控桥式电路。

同步电路的输出是一个脉冲信号。工控机对I/O口的检测有2种形式:①查询方式;②中断方式。由于工控机有很多信息需要处理,不可能对某一个I/O进行长时间的查询,这里的脉冲信号必须以中断信号的形式产生。这也决定了采样卡的类型必须是带有外部中断口的板卡。本系统采用PCI-1753。因为PCI-1753除了有外部中断口,还有大量的I/O口,能和接下来的其他实验共用I/O口资源。

2.2.3 脉冲触发电路

常见的触发电路有正弦波同步移相触发电路和锯齿波同步移相电路。本实验采用软件实现其脉冲的产生功能,即采用工控机控制I/O卡产生触发脉冲信号。但其功率远远不能满足晶闸管的触发需求,因此得进行功率放大。

功率放大电路,如图4所示。PCI-918产生脉冲信号,通过三极管进行功率放大。同时通过脉冲变压器原边电流的通/断,其副端将产生尖脉冲,保证了晶闸管的顺利导通。

2.2.4 波形采样电路

信号的采集分2大类:①电压采集;②电流采集。电流采集时,通过在电路中串入一小电阻,将电流转化为电压再采集。原理图,如图5所示。电压传感器采用HNV025A。被测量信号经过电压传感器线性变换成小信号。电压传感器的输出电压经由LF411进行电压放大和抬升[3],再经由采样卡送入计算机处理。

2.3功率场效应管特性和驱动电路系统

整个系统包括PWM发生电路、光耦隔离电路、MOSFET驱动电路、触发信号发生电路、信号采集电路和继电控制电路部分。PWM波形发生器产生的PWM信号,经过快速光藕和驱动电路来触发MOSFET,MOSFET的输出则作用于主电路[4]。原理框图,如图6所示。继电控制部分主要用来代替传统电路实验的接插线,本研究采用计算机控制继电器来实验电路两点间的通/断。

2.3.1PWM波发生电路

PWM波形发生电路由LM555组成[5]。555电路是一种经典的脉冲发生电路,成本低,且能产生稳定的脉冲信号。它通过改变RC振荡电路的时间常数来改变电路中电容的充/放电时间,从而控制脉冲的频率。而且只需设立两组电容,便可以轻易地实现改变频率的目的。其电路,如图7所示。如果S2开关断开,脉冲发生频率就为1 kHz,如果S2开关闭合,脉冲发生频率则为10 kHz。S1和S2由继电器控制。

2.3.2MOSFET驱动电路

驱动电路采用比较器和推挽电路组成,如图8所示。光藕输出脉冲和设定的电压值进行比较得到稳定的脉冲信号,再经过推挽电路进行正反向电压的放大使得到的信号有足够的功率驱动MOSFET的导通。由于大多数的功率MOSFET体内二极管都不是快速恢复二极管,因此,和一般二极管一样存在较大的反向恢复电流。这个大的反向恢复电流在特定的条件下,特别是在关断时,在漏源间加的大的电压变化率共同作用下,有时会损坏功率MOSFET。而且,此功率MOSFET体内二极管反向恢复时间和耐压有关,例如,耐压100 V时,反向恢复时间为150 ns;而耐压为400 V时,反向恢复时间为500 ns～1 μs。为此,在特定的电路中,也可采用串并联快速恢复二极管的形式,使体内二极管失效,以保证功率MOSFET安全。

2.3.3 触发信号发生电路

触发信号要求是0 V～15 V任意可变的电压。采用控制机板卡PCI-918的DA产生0 V～5 V的可变电压,再经过线性光耦隔离和运放放大,最后送入一个压控电压源产生一个0 V～15 V的可变电压。线性光耦隔离和放大电路原理图,如图9所示。线性光耦采用HCNR200。通过调节两端运放的电路即可调节电压的放大比例。

2.3.4 信号采集电路

本系统对信号采集电路的采样频率要求很高,因为需要采样到脉冲的上升沿和下降沿。假设一个脉冲信号为10 k,而上升沿占一个周期的0.5%,那么如果想在上升沿采样4个点,则整个周期就要采样2 000个点,采样频率就要达到20 M。因此笔者选用PCI-9810作为采样卡。直接通过电阻将电压进行转化后,送入PCI-9810进行数据的采集。但是这样采到的电压干扰也很大。因此采样电路应先接小电容进行高频滤波[6],再由PCI-9810采集。计算机得到这些数据后,再进行数字滤波。这种双重滤波保证了数据的正确性。

2.4绝缘栅双极型晶体管特性与驱动电路系统

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路系统和功率场效应管(MOSFET)特性和驱动电路系统极为相似,也包括PWM发生电路、光耦隔离电路、驱动电路、触发信号发生电路、信号采集电路和继电控制电路部分。只是其中的驱动电路采用EXB841专用芯片。EXB841具有内置信号隔离、过流保护和抗干扰能力强等特点。

3结束语

该系统的硬件设计在传统实验设备的基础上充分发挥了计算机控制和网络控制的特点。本系统现运行良好,可靠性强,并充分利用了有限的设备资源,最大限度地达到了资源共享。同时硬件部分具有一定的可移植性,为学生远程实验室带来了不少的方便。

摘要：给出了浙江大学网络实验室中基于Internet的电力电子实验系统的硬件设计和实现方法。介绍了网络实验室的整体构架和原理。同时对电力电子实验系统的各功能模块给予了详细的说明,并详细介绍了设计原理和器件性能。对交流调压电路,功率场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电路进行了深入地研究,详细分析了信号采集和信号处理以及数字滤波的软、硬件功能模块。同时与传统实验进行了比较,充分展现出了网络实验室的优点。

关键词：网络实验室,电力电子实验,交流调压,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管

参考文献

[1]黄俊.电力电子交流技术[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]YING Shao-dong,ZHU Shan-an.Remote Laboratory basedon Client-server-controller Architecture[C]//InternationalConference On Control,Automation,Robotics,and Vision.Kun-ming:[s.n.],2004.

[3]佛朗哥.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].刘树棠,译.西安:西安交通大学出版社,2004.

[4]贺益康,潘再平.电力电子技术[M].北京:科学出版社,2004.

[5]汤建新.电力电子技术实验指导书[M].杭州:浙江大学出版社,2005.

智能硬件≠APP+传统硬件 篇2

相对于国外厂商的稳重与慢热，国内厂商就似乎积极了很多—各种“智能”产品层出不穷。但除了个别精品，国内越来越多的所谓“智能设备”，已经背离了“智能”这二字的初衷，变得为了智能而智能。我最近玩过不少所谓的智能硬件，让人“惊艳”的却不是产品设计和理念，而是开发团队的“大胆”—什么产品都敢冠上“智能”二字。且不说把显示屏从机身上移植到手机端，就敢自称“智能”的秤，以及将计步器穿上表带，变成的“智能手环”，那些可以通过手机调节发光颜色的灯泡凭啥就说自己就“智能”了？

什么才是我们想要的智能硬件？以智能手环为例，现在很多产品提供的仅仅是记录运动量、睡眠时间等简单功能，那么有没有可能实现记录和分析身体的各项核心指标，并提供相关的提醒和建议呢？或者类似于Fitness Band一样，提供心率检测、信息收取，以及背后的大平台、大数据支持呢？就算是没有如此财力，那么是否可以将更多精力放在实用性上，让用户使用起来能够感受到设备的“智能”呢？比如我最近看到了一款路由器产品，不仅可通过近场认证技术实现无密码连接，还拥有自动组网功能（多台设备可自动组成局域网，并实现无线信号加强）—我想，这才是人们想要的、真正的智能。

电力硬件 篇3

河北电力已经于2009年11月初步建成SG186工程, 包括一体化平台、八大应用和六大保障系统。八大应用从总体上可分为紧耦合应用、松耦合应用, 其中紧耦合应用主要采用成熟套装软件来实现, 包括ERP和营销等, 松耦合应用主要是综合管理和协同办公等, 一体化平台主要包括门户、应用集成平台、数据交换、数据中心和信息网络, 但由于信息化基础设施和软硬件设备的快速投入, 信息系统陆续投入运行, 原来对应用系统的架构设计, 已经远远不能信息化发展的需求。目前, 河北电力软硬件主要存在以下问题。

(1) 中间件。河北电力大部分应用系统采用了Bea Weblogic产品平台, 但由于应用系统上线时间点的差异, 没有从整体层面考虑中间件资源共享;还有些非推广项目使用的apache、IIS、tomcat等中间件, 很难和其他系统共用服务器, 使得1个系统使用1台应用服务器, 造成中间件所在服务器CPU利用率较低, 资源浪费情况比较明显;不同应用系统的设计和开发由不同的开发单位负责实施, 而这些单位在技能水平和技术实现方面都存在明显的差异, 特别表现为:没有对中间件的使用制定统一的开发规范和技术标准。

(2) 数据库。目前河北电力已经把相关松耦合系统的数据库服务器整合到2台小型机上, 且采用RAC的高可用部署方式, 发生故障之后, 服务器只能手工切换或者手工故障恢复。所以应用系统对于数据库层的非功能性需求没有满足, 例如7×24h要求;各应用系统大部分的数据库服务器利用率比较低, 尤其是OLTP类型的数据库操作, 例如普通的业务管理功能 (数据的增加、删除、修改) , 负载比较低。对于小部分OLAP类型的数据库操作, 负载比较高, 大部分的数据库操作的负载都不高, 所以导致数据库服务器平均利用率低。

(3) 服务器。由于SG186工程各个系统没有同时上线, 系统间没有考虑资源共享, 服务器资源使用率低, 资源闲置和浪费现象严重;各个系统重复投资和建设, 有些服务器的高可用性配置不合理, 建设成本过高;技术上没有统一规范和标准, 难以集中管理和使用, 运维管理的工作量和难度大;不能根据实际需要和业务变化动态调整资源和快速扩展, 系统的灵活性和扩展性差。

(4) 存储。目前河北省电力公司拥有5套较大的存储系统, 主要品牌为H P和E M C, 其中有2套H P XP24000高端存储分别用于ERP、营销系统, 2套HP EVA8100用于生产、数据中心, 1套EMC CX3-40用于松耦合系统, 由于河北电力进行存储建设时, 处于零散分割的状态, 存在存储孤岛, 不利于存储系统的整体可管理性和可靠性, 没有考虑各业务存储未来扩展的需要。

2 整合内容

2.1 实施思路

(1) 调研和评估。针对河北电力IT系统的现状, 结合SG186的总体规划和实施情况进行有针对性的调研, 参考IT基础架构优化模型对调研结果进行现状评估, 评估出IT系统所处的现状。

(2) 分析与优化。根据汇总的各基层单位信息化现状评估结果与最佳实践进行差距分析, 分析省公司IT基础设施优化整合的工作重点和可行性, 提出优化整合实施路线图。

(3) 规划与设计。规划省公司软硬件资源优化整合的目标架构, 各基层单位参照设计进行总体策划, 确定实施方案和实施计划, 完成优化整合的详细设计。

(4) 实施与效果评估。详细设计工作完成后, 各基层单位按计划开展软硬件资源优化整合的实施工作, 调整运行维护方式, 定期对实施效果进行评估并持续调优。

2.2 总体架构

河北电力根据IT基础架构的整体调用结构, 结合公司信息化现状及未来发展需求, 对软硬件资源优化整合目标框架做如下设计。通过引入硬件虚拟资源层和软件服务层, 实现应用与基础软件、基础软件与物理设备之间的松耦合, 从而打破原有的竖井式结构, 统筹为各应用分配软硬件资源, 使软硬件基础设施的集中建设成为可能。总体架构如图1所示。

3 实施内容

3.1 中间件整合

目前, 河北电力的中间件主要是Bea Weblogic、apache、IIS和tomcat, 中间件的整合应从技术层面和执行层面2个方面来考虑, 在技术层面为了实现中间件整合, 必须先分析中间件对外提供的不同服务, 根据服务的不同进行分类和整合, 在执行层面上必须和应用开发紧密结合, 从需求调研, 到开发设计, 到部署执行都必须和应用开发紧密绑定, 才能实现中间件的有效整合。

中间件整合模式主要为建立Bea Weblogic、apache和tomcat的集群, 即1个中间件上运行多个应用程序, 从而实现整合。这里提出的Weblogic实例, 可能是1个单机实例, 也可能是由多个实例组成的一个集群环境。不管是哪种情况, 对于Domain来说, 直接在1台设备上部署多个Domain, 每个Domain上只部署一个应用, 从而实现中间件的共享。

3.2 数据库整合

河北电力把数据库分为实时数据库、非结构化数据库、结构化数据库和空间数据库, 这里整合只涉及结构化数据库。整合实施内容主要是分别建立松耦合数据库、ERP数据库、生产数据库、营销数据库和综合数据库等5大数据库。分别用来存储各个松耦合系统、ERP、安全生产、营销和协同办公等应用系统的数据。

整合方式采用共享的数据库平台资源, 例如多个应用系统共享一个数据库软件、建立多个实例, 或者单个实例建立多个用户共享数据库资源, 提高数据库服务器的利用率。所以RAC多用户共享模式采用RAC双节点完成。多用户共享RAC实例。各个整合的应用系统在该模式上建立不同的用户 (Schema) 区分各自的表空间、索引、存储过程等, 提高数据库系统的高可用性。

3.3 服务器整合实施内容

目前河北电力的服务器主要为IBM和HP2种型号小型机, 服务器主要为DELL和HP2种型号PC服务器。有利于同种型号间服务器的整合, 根据对河北电力服务器进行统计, CPU使用率在1~19%之间的服务器的数量占26%, 整合到CPU使用率在40~59%之间的服务器上;CPU使用率在20~39%之间的服务器的数量占35%, 只进行CPU使用率在20~39%之间的服务器间整合;CPU使用率在40~59%之间的服务器的数量占37%, 将CPU使用率在1~19%之间的服务器整合到本机上;CPU使用率在60%以上的服务器的数量占2%, 不进行整合。

根据自身的特点, 把目前的环境分为正式环境和开发环境。在开发环境中采用服务器虚拟化技术 (河北电力采用Vmware虚拟软件) , 在1台物理服务器上建立多个虚拟服务器, 并分别部署多个应用, 用于系统的开发和测试。在正式环境中采用将多台服务器通过相应的软件和硬件连接在一起, 使之对外表现为1台服务器 (主要为双机和多台负载均衡) , 并通过CPU使用率的整合原则进行整合, 从而获得更高的可用性和处理能力。

3.4 存储整合

河北电力目前已经建设5套较大的存储系统, 用于集中存储公司信息系统的数据。根据对公司现有存储系统资源的调研结果, 采用SVM提供的虚拟化技术完善整个数据中心的存储资源平台建设:对现有5套存储系统的统一管理, 消除存储孤岛, 提高存储系统的整体可管理性和可靠性。存储系统的整合实施内容如图2所示。

4 成果展现

目前, 河北电力按照软硬件资源整合实施方案已经初步实现Weblogic中间件的整合, 整合内容有国际合作、经济法律、审计管理、安全监察等松耦合系统;数据库整合主要完成了松耦合数据库和综合数据库的建立工作, 实现了23个系统的共享松耦合数据库和综合数据库, 实现资源共享和集中管理, 提高资源使用率、减少资源闲置、降低成本;建立了开发测试环境中的虚拟服务器, 便于开发人员对应用系统的开发测试, 在正式环境中建立服务器集群和负载均衡设备, 统一规范和标准, 建设一个高可扩展、高可靠性的统一计算环境, 减少服务器设备数量, 简化运行环境;存储整合完成了ERP、营销系统, 生产、数据中心和松耦合系统的存储整合, 提高了数据的可靠性。

5 结语

随着应用系统增多, 业务复杂度增加, 应用系统的架构和资源需求也在不停变化, 因此软硬件资源优化整合项目不可能是一次性的短期项目, 而是长期的战略性项目。此项目需要定期重新评估系统现状, 随时进行调整优化, 以使系统架构始终能够与业务和应用的发展保持一致。

软硬件资源优化整合只是信息整合的一部分, 单独的软硬件整合作用有限, 只有和应用软件整合有机地结合在一起、互相支撑, 才能获得最大的效益。

参考文献

[1]张云勇.中间件技术原理与应用[M].北京:清华大学, 2004.

电力硬件 篇4

1、硬件设计

鉴于本系统的复杂行和可靠性要求, 本项目中选择了工业级32位MCU外挂SDRAM和FLASH的系统方案, 电量信号的采集和测量使用ADI公司的ADE7758, 它是一种功能强大的专用三相电能测量芯片。

电力终端的主要组成部分可分为以下几个功能模块:电参数采集及测量功能模块, 显示功能模块, 存储器功能模块, 通信功能模块和中央控制功能模块, 具体结构如图:

控制器选用了FREESCALE的MCF5208, 其工作频率达到166MHz, 足以满足现场应用的性能要求。它内部集成了多个必需的模块, 简化了系统设计, 提高了系统的稳定性。

本系统中采用ADI公司的专用芯片ADE7758芯片实现所需的电信号采集及计算。AD7758是一种ADI公司研制的专用ASIC, 它专门为三相电能表设计, 它将多路模拟通道、高精度ADC转换器以及专用的DSP集成为一体, 可以帮助用户完成电压以及电流有效值、功率及电能的累积值测量, 并可以通过外部的辅助计算完成全部电量参数的测量;在测量精度方面, ADE7758的可以达到1000:1的0.1%精度;ADE7758的片内集成了精度比较高的基准及温度测量部分;它采用标准的SPI完成与外围MCU的接口, 通过SPI, 用户可实现对ADE7758芯片的编程配置以及电量数据的采集校准等多种功能。

由于常用集成字库和行列驱动的液晶的EMC并不是很好, 本系统采用了分离的液晶驱动芯片和液晶显示屏, 保证了液晶在恶劣情况下的正常显示。采用分离的液晶驱动控制器后, 也为更换液晶显示屏提高了方便, 不需为不同的屏提供不同的程序。

液晶驱动芯片采用EPSON的S1D13305, 它支持文本, 图形或两者混合的显示模式, 最多640x256x象素分辨率;最多支持3个图层, 层之间可进行多种逻辑运算后显示出来;支持两种控制逻辑接口 (8080/6800) 。本系统采用了160x160象素的液晶屏。

该驱动芯片需外挂RAM, 用于存放显示内容, 其在屏上的显示内容映射到显存中的一片区域, 该区域可通过设置寄存器实现, 这样就可以实现写入缓冲和显示区域的分离, 避免抖动。

由于其不带字库, 故需软件将汉字“画”到屏上, 这部分在系统驱动中实现, 对上层软件编写透明。本系统的通讯部分, 通信接口主要包括以下几部分:无线通信接口利用GPRS和因特网进行数据传输。

(1) 抄表接口采用RS485接口, 主要用于数据的采集和抄收, 对多功能三相电表或其他电力装置的数据读取。

(2) 红外接口进行红外数据传输, 主要对用在手持设备与近距离与电力终端间。

调试接口采用RS232接口, 是在调试连接终端时采用的接口, 它主要用于终端校表以及通信规则测试。

无线通信接口部分, 系统采用SIM300C, 它是一种工业级GPRS模块。除RF接口外, 它的主要接口通过40针的连接器引出。在这40个引脚中, 主要包括了小功率电源输出引脚VDD, 电源接口, 紧急关闭接口, SYNC LED控制引脚, IGT模块激活引脚, SIM卡接口, 一个串口。SIM300系列产品的射频阻抗为50欧姆, 连接器为GSC, 用户可以使用合适的射频同轴电缆与相应的发送或接收天线相联接。

SIM300与其他SIMCOM模块一样, 都提供了引脚VDD。当模块工作时, VDD引脚就会输出2.9V的电压。所以, 只需要判别VDD的电平, 就可以判定是模块关机还是其他的原因造成“死机”。如果VDD已经的电平已经变低, 说明该模块已经关机了, VDD引脚如果是高电平, 那么说明模块正处于正常状态。

MIGT/MEMERGY与主控制器相连, 提供3v供电。分别用于开机和紧急关机, SIM卡由其它引脚和主控器连接。

抄表接口用来读取三相多功能电表。考虑到瞬态浪涌电压的影响, 必须选择合适的通讯芯片。瞬态浪涌电压的产生原因较多, 主要由大电容充放电, 外界瞬态高电压感应等因素造成。可以使用瞬变抑制diode或者通过选择一个带有集成瞬变抑制功能的收发模块对总线进行保护。在本系统中, 我们选用ISL81487EIP, 通过光耦TLP421进行电气隔离。

红外线是红外通讯技术的通讯载体, 通过红外发射器和接收器来实现成信号的收发。

数据存储器由S29GL032M90TAIR4构成, 它是一种大容量的FLASH存储器, 工作电压为3V左右, 对其的访问可采用SPI模式或并口;它的页面数为8192, 每页的字节数为1056, 它的总容量为64Mbit;内部集成两个数据缓存SRAM, 支持连续换页;最高时钟频率为20MHz;工作电流小于4mA, 静态电流约为2uA左右。

2、终端软件设计

系统的程序采用分层结构。底层和上层透明, 各个模块和各个任务之间耦合性小, 可尽量保证各个模块的通用性及可移植性。

软件的开发环境采用了uClinux的操作系统, 需要采用交叉式的开发编译环境。在一台开发用主机上装载linux系统, RedHat, Fedra等, 然后将编写的程序连同uClinux的内核一起在主机上编译, 在这我们采用的编译工具是make和gcc, 最后生成一个.bin格式的文件, 最后通过网口烧写到目标机中运行。

我们采用嵌入式操作系统的好处很多, 比如可以如支持任务自动调度, 让用户不需再考虑任何任务的执行顺序, 高优先级任务可优先取得CPU控制权等。在我们的开发过程中, 采用了系统提供的两个比较有用的工具, 一是信号机制, 另一个是fifo通信机制, 程序的多个进程之间即使耦合度再低, 也不可能完全没有公用, 相通的地方, 这时信号和fifo就起到了重要的作用, 进程之间可以通过向目标进程发送某一信号来通知对方某个事件的发生, uClinux系统提供给用户使用的信号只有两个, 但是其余的信号中有许多是我们目标系统中用不到的, 比如说我们的终端没有键盘, 那么系统中与键盘有关的系统信号不会发生, 这样我们便可以重新定义这些信号, 为我们所用。

应用程序按功能划分为了5个部分, 加上一个后台看护进程, 共6个进程。其中后台看护进程主要负责检查其他进程的运行情况, 正常情况下, 其余5个进程每隔固定的时间会通过fifo向看护进程发送注册信息, 表明自己运行状态, 如果超过固定时间仍然没有收到某一进程的注册信息, 则认为该进程已处于僵死状态, 看护进程会将其重启。其他各进程分别为上行进程, 负责控制gprs模块并通过gprs网络接受主站下达的各种命令, 并将其按照内部格式解析;下行进程主要负责抄读多功能表, 内嵌可扩展式协议库, 可以根据现场不同规约的多功能表添加协议, 支持多种多功能表, 抄读回的数据统一转换成内部数据类型float型;数据库进程主要负责保存下行抄回的数据, 提供上行主站下发的各种抄读类指令的数据;显示进程主要控制液晶的显示内容, 及时地将报警信息显示给用户;负荷控制进程主要根据下行抄读回的数据分析计算当前的功率, 电量等重要计量信息, 并根据这些信息控制报警, 跳闸等重要动作。

GPRS模块数据接口采用波特率一定的AT指令进行各种操作控制。GPRS业务提供的是点对点的PPP链路, 因此GPRS拨号上网的过程必须严格按照PPP的网络建立相关协议。

拨号完成后, 我们就可以建立起一条物理上的GPRS通道。在这时, 服务器端会发起相关配置请求。由于通信是双向的, 并且每帧有自己对应的编号, 因此用户也可以发出请求报文, 以便加快配置过程。

3、结语

电力负荷管理系统是电力部门实现自动监控的趋势, 它可借助GPRS网络等构建远程电力自动监控系统, 是电力监控系统的一种新颖的方式, 可产生可观的社会及经济效益, 具有较为广阔的应用与发展前景。

摘要：本文介绍了一种电力负荷管理系统, 该系统主要由数据采集通信以及处理分析等部分组成。该系统利用GPRS的通信功能实现数据传输, 系统接口严格按照电力部门的相关通信规定, 可方便嵌入电力网络中。该系统可采集各相电压、电流、功率、功率因数、电压越上、下限时间以及累计电量等, 并具有开关量状态监测、控制、电压越限报警、电流越限报警等功能。

电力硬件 篇5

随着电网对供电可靠性要求越来越高, 高压电力电缆在10k V配网线路总长度中所占比例越来越大。高压电力电缆由于雨雪日照、化学腐蚀等影响会绝缘老化。由于长期重过载运行, 电缆某个部位绝缘层会因老化被击穿造成局部绝缘故障, 导致电缆局部温升。传统的巡视检查无法发现潜在的微弱故障以便及时进行维护, 将故障控制在萌芽状态。为了对运行中的高压电力电缆表皮运行温度进行实时监测, 以及时发现电缆中潜在的破坏性故障, 并对故障点准确定位, 基于DSP芯片TMS320F2812与数字温度传感器DSl8B20设计一套温度测量系统, 其具有结构简单、测温精度高、连接方便等特点。

1 系统硬件总体结构

系统硬件主回路包括TMS320F2812 DSP主控制器、温度传感器回路、液晶显示模块、键盘、报警电路等5大部分, 系统硬件总体结构如图1所示。传统温度传感技术主要采用以电信号为基础的热电偶、热电阻等传感器, 应用在存在强电磁干扰或易燃易爆的高压电力设备场合下, 温度测量的点数受到限制, 并且其信号极易受到电磁干扰无法有效监测;同时, 采用传统温度传感器实现电缆温度的分布测量不经济、实现难度大。设计采用DSl8B20温度传感器, 将采集到的温度直接转换为数字信号 (不需再通过DSP内部进行A/D转换) , 通过I/O接口传送给F2812, F2812启动ROM内的控制程序驱动液晶模块, 将采集到的温度实时显示出来, F2812外围的键盘及报警电路, 分别用于实现温度常用参数的设置和温度超限时启动声光报警功能。

2 关键硬件回路设计

2.1 TMS320F2812与DS18B20的连接

DSl8B20与DSP连接主要有几种方式:寄生电源供电模式、寄生电源强拉供电模式以及外部电源供电模式等。在前两种方式下, 当总线上连接多个DS18B20或传输距离较远时, 由于能量不足, 容易产生较大的测温误差。设计采用外部电源供电方式, DS18B20的DQ口与F2812的GPIOAO口连接, 如图2所示。

2.1.1 DSl8B20的工作流程

DSl8B20的工作严格遵循单总线协议。F2812首先发一复位脉冲, 使信号线上所有的DSl8B20芯片都被复位, 接着发送ROM操作命令, 使序列号编码匹配的DSl8B20被激活, 准备接收下面的内存访问命令。DSl8B20温度监测主要包括3个关键过程:F2812搜索DSl8B20序列号、启动在线DSl8B20作温度转换、读取在线DSl8B20温度值。DSl8B20的工作流程如图3所示。DS18B20与F2812采用串行数据传送, 因此, 在对DS18B20进行数据读写时必须严格保证读写时序, 延时精确, 否则将无法读取测温数据。

2.1.2 DSl8B20连接要求

DS18B20工作时电流高达1.5m A, 总线上挂接点数较多则需要考虑增加总线驱动, 这里, 电路设计挂接的DS18B20为8个。连接DS18B20的总线电缆采用屏蔽4芯双绞线, 其中一对线接地线与信号线, 另一组接VCC和地线, 屏蔽层在源端单点接地。用DS18B20进行长距离测温系统设计时, 考虑到总线分布电容使信号波形产生畸变和阻抗匹配问题, 在长度上不能超150m。

2.2 显示模块

温度显示模块为使用KS0108B及其兼容控制回路为列驱动器, 同时使用KS0107B及其兼容控制回路为行驱动器的MCG12864A8-3汉字图形点阵液晶模块, 可显示汉字及图形。液晶显示模块通过F2812的通用I/O口进行控制, 同时将F2812 B口的高8位GPIOB8~GPIOB15作为数据总线, 采用8位并行连接的方式实现液晶模块与F2812的数据通信, 硬件电路中, 液晶模块的D1、R/W、E分别与F2812的GPIOA13~15引脚连接。模块供电电源为+3.3V、+5V (内置升压电路) , DSP完全满足其电压的要求。液晶显示模块与F2812的连接电路如图4所示。

2.3 声光报警电路

为实现温度超过设定限定值时声光报警的功能, 在F2812芯片外围设有报警电路, 如图5所示。当温度超限 (如设定为55℃) 时, F2812的IOPE0口输出高电平, 三极管NPN导通, 二极管和蜂鸣器同时工作;当温度正常时, IOPE0口输出低电平, 三极管截止, 二极管和蜂鸣器不工作。

2.4 时钟电路

时钟电路 (如图6所示) 为TMS320F2812提供时钟信号, 以准确分析和记录温度参数, 并结合按键和液晶显示来实现时间和日期的设置。该电路采用飞利浦PCF8583来实现实时时钟信号。PCF8583是Philips公司生产的带I2C总线的低功耗、多功能的CMOS型时间集成电路。它可独立于CPU工作, 不受CPU主晶振及共电容的影响。为确保时钟的连续工作, 在电路设计中加入充电电路, 在不掉电情况下PCF8583直接由3.3V供电, 电池处于浮充状态, 出现掉电情况PCF8583转由电池供电。

3 结语

基于DSP与DS18B20的温度测量系统, 结构简单、测量准确, 具有一定的实用价值。通过温度的在线检测, 从微弱温升发现电缆潜在的故障, 对故障点准确定位并及时进行处理, 对于提高电缆线路运行的安全性和供电可靠性都有着重要的意义。

参考文献

[1]刘和平, 邓力, 江渝, 等.数字信号处理器原理、结构及应用基础[M].北京:机械工业出版社, 2007

[2]徐兴建, 袁自钧, 赵永礼, 等.基于DSP与数字温度传感器的温度控制系统[J].现代电子技术, 2010, (9) :129-131

[3]周月霞, 孙传友.DS18B20硬件连接及软件编程[J].传感器世界, 2001, (12) :25-29