付軍,涂永飛,聶光輝
(鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)
摘要：主要介紹一種廠用電快速切換裝置控制切換邏輯的設(shè)計方法。該設(shè)計采用DSP和CPLD作為核心處理器件，DSP芯片負(fù)責(zé)計算、監(jiān)控、錄波和控制信號生成，CPLD負(fù)責(zé)將DSP生成的控制信號進(jìn)行邏輯出口合成并發(fā)至斷路器作為動作控制信號。
關(guān)鍵詞：快切裝置；廠用電；同期；DSP；CPLD；
中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.22.001
引用格式：付軍,涂永飛,聶光輝. 廠用電快切邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（22）：67，10.
0引言
廠用電快速切換裝置用于對供電可靠性要求較高的場合進(jìn)行兩路供電電源之間切換，保證對各用電設(shè)備的連續(xù)可靠供電，廣泛用于發(fā)電廠、鋼鐵、石化［1］及煤炭等企業(yè)的供電控制系統(tǒng)。其切換過程需考慮兩路供電電源及母線的電壓、頻率、相位、電流等電氣量和開關(guān)位置接點等開關(guān)量，切換過程非常復(fù)雜，如何保證切換控制的可靠性顯得尤為重要。本文在介紹廠用電切換裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于DSP數(shù)字信號處理器和CPLD可編程邏輯器件的快切裝置邏輯切換控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠有限公司［2］的新型廠用電快切裝置的設(shè)計過程中。
1廠用電切換裝置功能介紹
廠用電供電系統(tǒng)的供電電路圖如圖1所示［3］，裝置負(fù)責(zé)母線的兩路供電電源工作電和備用電之間的快速切換，快速切換就是指在母線殘壓還圖1廠用電供電系統(tǒng)的供電電路圖沒有下降之前，投上備用電源，以便給用電設(shè)備連續(xù)供電。為了避免母線電壓與備用電源電壓相位差過大而在切換時造成沖擊危險，裝置切換過程檢查同期條件（相差、頻差）［4］，當(dāng)不滿足同期條件時，閉鎖快速切換，轉(zhuǎn)而進(jìn)行同期捕捉，即在母線電壓還未大幅下跌之前，通過對母線相位變化的實時計算分析，并根據(jù)合閘所需時間，捕捉合閘時機(jī)，使得合閘完成時備用電源電壓與母線電壓的相位差接近零度。運行時，裝置需實時快速地檢查工作電源、備用電源及母線的電壓、電流、頻率和相位，檢查開關(guān)的位置，接受遙信命令，當(dāng)電壓出現(xiàn)故障、開關(guān)位置出現(xiàn)異?；蚪拥绞謩忧袚Q命令時，裝置快速啟動切換，并在切換過程中計算捕捉同期條件，快速地合上備用電源。
2邏輯切換系統(tǒng)硬件設(shè)計
快切裝置的切換可分為工作電源至備用電源和備用電源至工作電源的雙向切換，所以裝置的動作出口主要為合工作、跳備用、合備用、跳工作開關(guān)，按跳合開關(guān)的順序，其切換方式分為：（1）并聯(lián)切換：先合目標(biāo)開關(guān)，再跳原來開關(guān)；（2）串聯(lián)切換：先跳原來開關(guān)，再合目標(biāo)開關(guān)。邏輯切換系統(tǒng)的設(shè)計方案采用DSP+CPLD的控制方式，DSP數(shù)字處理器采用TI公司的TMS32OF28335，其特點是32位處理器，具備浮點運算能力，主頻高達(dá)150 MHz，內(nèi)含256 K字Flash和34 K字SARAM,具有2個CAN口、3個SCI口、2個MCBSP、1個SPI口等豐富外圍設(shè)備［5］。具有16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器，考慮到計算精度，本系統(tǒng)A/D芯片不采用片內(nèi)A/D，而采用兩片8通道16位A/D采樣芯片AD7606，CPLD芯片采用ALTERA公司的EPM3128，整個切換系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示。
DSP作為裝置邏輯處理核心，負(fù)責(zé)監(jiān)測工作電壓、備用電壓及母線電壓，啟動A/D采樣，收集A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，計算各路電源電壓、頻率、相位及頻差、相差［6］，負(fù)責(zé)監(jiān)測各開關(guān)狀態(tài)及接受外圍啟動命令，切換時產(chǎn)生手動啟動、低壓啟動和誤跳啟動信號，以啟動裝置進(jìn)行切換，切換工程中DSP通過實時計算模擬量和監(jiān)測開關(guān)量輸入信號產(chǎn)生切換方向、合閘允許、跳閘允許、切換模式等信號，一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時發(fā)出切換閉鎖信號以結(jié)束切換過程。所有上述信號都輸入到CPLD芯片，CPLD接受DSP發(fā)出的信號，并根據(jù)編程好的切換邏輯判斷后發(fā)出合工作、跳備用、合備用及跳工作命令給出口繼電器，啟動斷路器跳合閘。同時系統(tǒng)將相關(guān)出口信號返回給DSP以記錄相關(guān)動作過程和時間。
3DSP控制程序設(shè)計
DSP程序流程如圖3所示。DSP上電啟動完成初始化后，不斷檢測各個開關(guān)量輸入信號，啟動A/D轉(zhuǎn)換模擬量并計算各電氣量信號，檢查是否有切換信號，如果有切換信號，裝置將進(jìn)入切換控制程序，產(chǎn)生各個切換信號給CPLD以發(fā)出斷路器動作信號，同時記錄切換過程及錄波數(shù)據(jù)。若無切換信號，DSP與人機(jī)交互CPU進(jìn)行信息通信，將信息上傳顯示并響應(yīng)人機(jī)交互命令。
4CPLD邏輯控制圖設(shè)計
CPLD接收從DSP發(fā)來的各種切換信號，進(jìn)行邏輯編程，采用邏輯圖編程方式。首先啟動切換信號和切換閉鎖信號，串/并聯(lián)信號進(jìn)行邏輯合成以產(chǎn)生串聯(lián)切換或并聯(lián)切換方式，串聯(lián)切換方式將先跳后合，并聯(lián)切換方式將先合后跳。同時裝置有切換閉鎖信號，CPLD將閉鎖裝置切換，不響應(yīng)切換命令，邏輯控制如圖4所示。
產(chǎn)生串/聯(lián)切換信號后，其信號與發(fā)來的切換方向、合閘允許及斷路器開關(guān)接點信號進(jìn)行合成后產(chǎn)生跳合閘輸出信號，其中串聯(lián)切換合閘信號必須等斷路器常開輸入接點斷開并且接到合閘允許信號后才能發(fā)出，并聯(lián)切換跳閘信號必須等斷路器常開輸入接點合上以后才能發(fā)出。圖5為工作電至備用電切換的邏輯控制圖，其出口為跳工作圖5串/并聯(lián)切換出口邏輯控制圖
2.3移動端的視頻監(jiān)控
上述兩個技術(shù)難點解決之后，在移動端實現(xiàn)視頻監(jiān)控這個問題也將迎刃而解。隨著智能手機(jī)的發(fā)展，其功能已經(jīng)越來越強(qiáng)大，Android和iOS兩大智能手機(jī)操作系統(tǒng)也是愈發(fā)成熟，手機(jī)軟件發(fā)展非常迅速。目前APP市場上免費提供流媒體視頻文件播放的軟件也很多，本系統(tǒng)在設(shè)計時選擇了VLCStrFree這款手機(jī)軟件，操作系統(tǒng)為iOS。VLCStrFree是VideoLAN計劃的多媒體播放器在手機(jī)端的實現(xiàn)。它支持眾多音頻與視頻解碼器及文件格式，并且支持各類流式協(xié)議。VLC 是一款自由、開源的跨平臺多媒體播放器及框架。通過以上介紹，成功地解決了本系統(tǒng)要實現(xiàn)的三個技術(shù)難點。
和合備用斷路器出口信號。備用電至工作電切換正好相反，為跳備用和合工作出口，不再詳細(xì)說明。
5結(jié)束語
廠用電快速切換裝置作為供電系統(tǒng)重要的自動控制裝置，其運行的穩(wěn)定性和可靠性對系統(tǒng)供電來說至關(guān)重要，而切換邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計是裝置設(shè)計的核心，切換過程涉及的電氣量、開關(guān)量及計算參數(shù)較多，再考慮到切換方向、開關(guān)動作次序等控制量，動作過程非常復(fù)雜。本設(shè)計將監(jiān)控計算和出口邏輯合成分開，使得DSP數(shù)字處理器專門負(fù)責(zé)計算、監(jiān)控裝置及切換數(shù)據(jù)記錄，充分發(fā)揮其控制計算性能，減少了其邏輯控制任務(wù)，也大大降低了編程的復(fù)雜度，邏輯出口合成則由CPLD完成，充分發(fā)揮其并行邏輯運算功能，實現(xiàn)了處理器的控制算法任務(wù)和數(shù)字邏輯任務(wù)的平行處理，各部分功能獨立，運行更加可靠。在實際裝置設(shè)計和運行中，本設(shè)計方案取得了較好的運行效果，滿足了裝置設(shè)計要求。
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