摘  要： 研究并設計了電力線路饋線監(jiān)控系統(tǒng),，選用數(shù)字信號處理器作為CPU系統(tǒng)，以TMS320LF2407 DSP為中心,，對各硬件部分進行分模塊設計,。重點設計了開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊和通信模塊,，給出了相應的硬件接口圖,。最后設計了系統(tǒng)軟件部分，完成整個系統(tǒng)的研究與設計,。

　　關鍵詞： 數(shù)字信號處理器,；TMS320LF2407；模塊設計

　　我國發(fā)電機裝機容量已經(jīng)排名世界第二,，但是在配電方面仍舊存在許多問題,，特別是在10 kV及其以下的配電網(wǎng)中，一旦發(fā)生電力線路故障,，往往會造成長時間的停電,，直接導致供電可靠性降低,，電能質(zhì)量不高,。作為配電自動化的關鍵，電力線路饋線監(jiān)控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接影響到電力供應可靠性的高低,，也關系到能否實現(xiàn)配電自動化,。本文研究與設計的電力線路饋線監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高配電網(wǎng)供電可靠性,，達到為電力用戶提供優(yōu)質(zhì),、穩(wěn)定、可靠的電力資源的目的,。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　當電力線路突然發(fā)生了某種故障問題時,，會導致系統(tǒng)此時此刻采集得到的線路電壓、電流或者頻率等信號數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)生改變,。監(jiān)控系統(tǒng)將對變化的信號進行數(shù)據(jù)處理,，然后進一步判斷線路故障發(fā)生的位置和線路故障的所屬類型。在對這個線路故障問題進行清晰準確的定位后,，系統(tǒng)將控制相應的電力線路中的開關進行分閘或者合閘動作,，對存在問題的電力線路區(qū)域予以快速的隔離,，同時恢復沒有發(fā)生故障的線路區(qū)域的正常穩(wěn)定的供電（這些沒有故障的線路上的電壓、電流,、頻率和功率等電力線路運行參數(shù)值基本恢復到正常范圍內(nèi)）,。在系統(tǒng)進行上述監(jiān)控操作的同時，系統(tǒng)還通過一定的通信方式,，與遠方主站時刻保持聯(lián)系,，記錄并上報該線路故障的發(fā)生及處理情況，隨時接收并執(zhí)行來自遠方主站的各種控制命令,。系統(tǒng)工作原理如圖1所示,。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 系統(tǒng)硬件總體框架設計

　　系統(tǒng)硬件主要由以下幾部分組成，如圖2所示,。（1）數(shù)字信號處理器DSP,，負責執(zhí)行相關程序，對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進行相關的分析處理,；（2）開關量輸入模塊和開關量輸出模塊,，負責反饋開關狀態(tài)，并執(zhí)行DSP發(fā)出的指令,，對各開關進行分閘或者合閘操作,；（3）模擬量輸入模塊、A/D采樣模塊和頻率檢測模塊,，采集電力線路中的實時運行參數(shù)值,，并對這些模擬信號值進行轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)能夠進行識別處理,；（4）日歷時鐘模塊,、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊和電源模塊,。

　　本文選用的DSP是美國德州儀器公司的TMS320LF2407 DSP,。

　　2.2 開關量輸出模塊

　　當DSP經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理后，輸出模塊輸出8個開關量信號,，控制4路繼電器輸出,，實現(xiàn)跳閘或者合閘操作。開關量輸出電路示意圖如圖3所示,，以一路繼電器控制為例,，DSP輸出兩個開關信號，經(jīng)過74HC273芯片鎖存,，這兩個開關信號變?yōu)镼0和Q1,，經(jīng)過光電隔離后，通過這兩個信號高低電平的組合，實現(xiàn)對繼電器的開關控制,。當且僅當Q0是高電平,，Q1是低電平時，繼電器合閘,；其他任何組合,，繼電器都是分閘。

　　2.3 模擬量輸入模塊

　　在模擬量輸入模塊中,，系統(tǒng)通過一級互感器測得電壓信號和電流信號,，電壓有效值在0~100 V內(nèi)，電流有效值在0~5 A內(nèi),，然后分別經(jīng)過電壓變換器和電流變換器的轉(zhuǎn)換后,，變?yōu)? V以內(nèi)的交流電壓量，隨后傳輸給A/D采樣模塊,。這里選用的電流變換器是10 A/3.53 V,，電壓變換器是120 V/3.53 V。這兩種規(guī)格的變換器,，既符合測量要求,，同時線性好、精度高,，可以保證模塊電路達到較高的線性度,，從而能夠靈敏地反映出電力線路的運行狀況。當模擬信號輸入到電流電壓變換器后,，輸出最大幅值為5 V的交流信號,，再將此信號輸入到雙極性運算放大器，進行電平提升,，IN+信號成為數(shù)值范圍為0~5 V的交流信號,，隨后信號將被傳輸?shù)紸/D采樣模塊進行后期處理。如此設計模擬量輸入電路使得變換器帶負載能力得到了一定提升,。模擬量輸入模塊的電路原理圖如圖4所示,。

　　2.4 通信模塊

　　通信模塊為多路通信設計,，由1路CAN通信和5路RS-232C通信組成,。

　　CAN總線結(jié)構簡潔、操作簡單,、實時性強,、可靠性高、抗干擾能力強,，當系統(tǒng)需要的時候,，可以隨時就近選擇合適的節(jié)點傳輸信息，只要信息出現(xiàn)在了總線中，那么隨意的一個節(jié)點都可以選擇接收這些信息,，進行使用,。

　　DSP芯片TMS320LF2407中包含有一個SCI模塊，它的運行方式是串行通信,，該模塊的存在,，保證了DSP能夠跟其他異步外部設備進行通信聯(lián)系。通常情況下,，每個SCI模塊控制1路RS-232C通信,，因此需要進行通信擴展，這里選用的是高速串口通信芯片TL16C754B,。圖5給出了TL16C754B與TMS320LF2407的接口電路圖,。其實現(xiàn)4個通道的異步通信擴展。兩個芯片供電電壓均為3.3 V,，通過數(shù)據(jù)總線D0~D7相連,；DSP地址線A0、A1,、A2和TL16C754B的地址線A0,、A1、A2進行連接,，TL16C754B的內(nèi)部寄存器通過這些連接進行相關選擇,；DSP的地址線A13、A14,、A15,，I/O空間選通線經(jīng)過74LV138譯碼，作為TL16C754B的片選信號,，對4路通道進行選擇,；4路通道的終端信號經(jīng)過或門后，由TMS320LF2407通過外部中斷引腳XINT1接收,，由此判斷TL16C754B是否完成數(shù)據(jù)的接收或者發(fā)送,；片選信號和DSP地址信號A0、A1,、A2讀取芯片4路通道中斷識別寄存器的數(shù)據(jù),，判斷哪路通道發(fā)生中斷并斷定其中斷類型，由CPU進行后期處理,。TL16C754B的CLKSEL和INTSEL引腳均接高電平,，并將波特率預分頻值設置為1，允許產(chǎn)生中斷,。接口電路圖中,，僅以A通道與MAX232的連接電路,，其他3路通道連接電路可以同理畫出。

　　3 系統(tǒng)軟件設計

　　軟件設計力求達到以下目標：總體上,，所設計的軟件要周密,、完善、可靠,，對系統(tǒng)運行中的各種正常與非正常狀態(tài),，可能發(fā)生的意外都有所考慮，并能夠合理應對,；在宏觀上,，所設計的軟件可讀性強，便于維護,、修改完善,，力求通過不斷的調(diào)試，使軟件設計臻于完美,；在進行程序設計時,，分層次，采取總分結(jié)構,，分模塊設計,，簡單明了；程序語言采用可讀性強的C語言與匯編語言相結(jié)合,，便于后期維護調(diào)試,。

　　按照以上原則，對系統(tǒng)進行程序總體框架設計,，軟件總體流程圖如圖6所示,。當系統(tǒng)上電（復位）后，系統(tǒng)按順序?qū)ζ瑑?nèi)外設,、外圍通信模塊等進行初始化操作（DSP系統(tǒng)初始化,、I/O端口初始化、事件管理器初始化和通信初始化等）,，并從日歷時鐘模塊中調(diào)取當前時間數(shù)據(jù)參數(shù),，從數(shù)據(jù)存儲模塊中調(diào)取系統(tǒng)運行所需的整定值、參數(shù)量,、先前故障記錄,。上述操作后，開啟中斷進行A/D數(shù)據(jù)采集,，采集完成后輸入到DSP中,，通過故障判斷定位算法計算,，得出線路是否發(fā)生故障,。無故障,，則返回，進入下一個循環(huán),；有故障,，則根據(jù)算法計算結(jié)果，控制開關量,，進行分合閘操作,，完成對線路故障的隔離，恢復非故障線路的供電,。整個系統(tǒng)動作過程都通過通信模塊與遠方配電主站保持通信,，上報故障，并隨時接收來自遠方的命令,，進行相關操作,。系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)記錄都保存在數(shù)據(jù)存儲模塊中。

　　參考文獻

　　[1] 劉健,，倪建立,，陳源，等.銀川城區(qū)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化,，2001,，22（8）：56-60.

　　[2] 王興念，趙奕,，蘇宏勛,，等.配電自動化系統(tǒng)的實用設計[J].電工技術雜志，2004（7）：30-33.

　　[3] 曲延濱,，王建平,，周慶明，等．基于CAN總線和DSP的變電站監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電力系統(tǒng)自動化,，2005,，27（12），86-89.

　　[4] 劉和平,，王維俊,，江渝.TMS320LF240x DSP C語言開發(fā)應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2003．