专利名称：一种配电自动化终端及其交流采样通道扩展方法
技术领域：
本发明涉及一种电力终端，尤其是一种配电自动化终端及其交流采样通道扩展方 法。
背景技术：
配电自动化是包括变电站、配电网和用户在内的运行、监控、维修及用户管理的自 动化功能的综合系统。早期配电自动化的实施采用独立的、单项自动化系统来解决问题，即 计量、监测、通信模块都是分开设计的，虽然可以集中放置，统一管理，但各设备之间仍需铺 设繁多的通讯线路以保证相互的辅助工作和协调，并且每个设备都要配置专门的通讯接口 电路与上行控制主站连接，造成资源重复，且其维修和维护难度大、成本高、可靠性低。随着 配电自动化的发展，集成化、智能化、综合化是配电自动化终端的发展趋势，而早期的配电 自动化终端结构所带来的性能上的不足则越来越明显，主要缺陷包括以下几个方面
(1)大多数的配电自动化终端使用主处理器内部自带的模数转换器ADC，精度低，同时 终端与主站的通讯功能不强，不支持以太网通讯；
(2)计量模块对交流信号的计量通道较少，如果对多通道交流信号进行计量，需要使用 多片模数转换器芯片，增加了系统的成本；
(3)目前大多数的配电自动化终端，一般只把设备运行的重要参数存储在外部存储器 中，由于现场干扰可能会改变外部存储器的数据，导致终端不能正常运行，降低了系统的可 靠性。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种集计量、监控、通信、数据存储功能于一体，具备 较多计量采样通道的配电自动化终端。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种配电自动化终端，包括DSP处 理器，DSP处理器的信号输入端分别与电压互感器、电流互感器和开关量输入电路相连，DSP 处理器的信号输出端与继电器相连，DSP处理器的信号输入输出端通过W5100芯片接入以 太网，DSP处理器与存储卡相连。本发明还公开了一种配电自动化终端的交流采样通道扩展方法，该方法包括下列 顺序的步骤
该方法包括下列顺序的步骤
(1)设定采样信号的采样速率；
(2)终端初始化时，TMS320F28335芯片驱动译码器依次发出三路片选信号至三组模拟开关，使得MAXl 1046芯片轮流采集每组模拟开关输出的交流信号；
(3) TMS320F28335芯片的通用目的输入输出口 GPIOO控制MAXl 1046芯片的启动转换 引脚C0NVST，由MAXl 1046芯片对采样信号进行A/D转换。由上述技术方案可知，本发明采用DSP处理器作为中央处理单元，结合模拟开关， 能够完成对多通道的三相电压、三相电流的精确计量，对各种脉冲量和状态量的监测，具有 处理速度快，测量精度高，体积小，维修、维护难度低，可靠性高，成本低，有效降低了整个系 统的投资，有明显的经济效益。本发明使用DSP处理器的内部FLASH和存储卡来存储计量 所需的参数，有效防止了外部存储器EEPROM由于数据丢失所带来的问题，进一步提高了终 端的可靠性。
图1是本发明的电路框图2是图1中采样通道扩展的电路框图； 图3是本发明的工作流程图。
具体实施例方式一种配电自动化终端，包括DSP处理器，DSP处理器的信号输入端分别与电压互感 器、电流互感器和开关量输入电路相连，DSP处理器的信号输出端与继电器相连，DSP处理 器的信号输入输出端通过W5100芯片接入以太网，DSP处理器与存储卡相连，如图1所示。 所述的DSP处理器外设电源管理模块、看门狗模块、有源晶振模块。如图1所示，所述的DSP处理器采用TMS320F283;35芯片1，它是一个32-bit的微处 理器，其最高时钟可达到150MHz，具有32位的数据总线。电压互感器、电流互感器通过模拟 开关与A/D转换器相连，A/D转换器与TMS320F28335芯片1相连，TMS320F28335芯片1的 GPIO 口与模拟开关相连；所述的开关量输入电路通过光电隔离电路与缓冲器相连，缓冲器 接TMS320F283;35芯片1的数据总线DBO至DB15，TMS320F283;35芯片1的GPIO 口通过光电 隔离电路与继电器相连；直流量检测电路通过线性光耦接TMS320F28335芯片1的ADCINO 至 ADCIN7 口 ；TMS320F28335 芯片 1 的 SCIB 串口为 RS485 通信口，TMS320F28335 芯片 1 的 SCIC串口为RS232通信口，TMS320F28335芯片1的串行外设接口 SPI接SD存储卡。所述 的TMS320F283;35芯片1的I2C 口接EEPROM存储器和时钟芯片。4路电压经过电压互感器PT和18路电流经过电流互感器CT后，首先通过模拟 开关结合TMS320F283;35芯片1的通用目的输入输出口 GPIO切换，进入MAXl 1046芯片2， 然后将转换的结果送给TMS320F28335芯片1 ；8路直流量检测信号经过线性光耦连接至 TMS320F28335芯片1的MAXl 1046芯片2 ；多路开关量经光电隔离后，然后经过缓冲器连接 至TMS320F283;35芯片1的数据总线；TMS320F283;35芯片1的通用目的输入输出口 GPIO经 过光电隔离控制继电器的断开或者吸合；TMS320F28335芯片1经过网络芯片W5100芯片来 完成以太网通讯；TMS320F28335芯片1的串行通讯接口 SCIB和SCIC经过电平转换芯片来 实现RS485和RS232通讯；TMS320F28335芯片1的串行外设接口 SPI连接至大容量存储器 SD存储卡；TMS320F28335芯片1的内部集成电路1 总线分别与用于存储计算参数的外部存储芯片EEPROM和时钟芯片连接。如图1、2所示，所述的TMS320F28335芯片1的数据总线DBO至DB15 口接A/D转换 器，所述的A/D转换器采用MAX11046芯片2，所述的模拟开关包括第一、二、三、四、五、六模 拟开关，所述的MAX11046芯片2的启动转换引脚CONVST与TMS320F28335芯片1的通用目 的输入输出口 GPIOO，TMS320F283;35芯片1的通用目的输入输出口 GPI02、GPI03、GPI04与 三八译码器3相连，三八译码器3分三路输出，一路与第一、二模拟开关相连，一路与第三、 四模拟开关相连，另一路与第五、六模拟开关相连。设定有M路模拟信号经过6个模拟开关，通过软件控制TMS320F28335芯片1的 通用目的输入输出口 GPI02至GPI04来控制三八译码器3的输出，以控制每个模拟开关的 逻辑控制引脚，从而完成从M路模拟信号切换为8路信号(ADC CHO-ADC CH7)，然后将切 换后的8路信号(ADC CHO—ADC CH7)进入8通道的MAX11046芯片2进行采样，MAXl 1046 芯片2为8通道16位同步模拟数字转换器，与TMS320F28335芯片1之间采用并行总线相 连，同时将TMS320F28335芯片1的通用目的输入输出口 GPIOO配置为脉宽调功能ePWM，来 控制MAX11046芯片2的启动转换引脚C0NVST。本发明还公开了配电自动化终端的交流采样通道扩展方法，该方法包括下列顺序 的步骤(1)设定采样信号的采样速率；(2)终端初始化时，TMS320F28335芯片1驱动译码 器依次发出三路片选信号至三组模拟开关，使得MAXl 1046芯片2轮流采集每组模拟开关输 出的交流信号；(3)TMS320F283;35芯片1的通用目的输入输出口 GPIOO控制MAXl 1046芯片 2的启动转换引脚C0NVST，由MAX11046芯片2对采样信号进行A/D转换。也就是说，在终端初始化时，TMS320F28335芯片1通用目的输入输出口 GPI02至 GPI04通过控制三八译码器3的输出以控制第一、二模拟开关的逻辑控制引脚CS1，第一、 二模拟开关采集模拟信号1至模拟信号8，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAX11046芯 片2，待此组模拟信号采集完毕后，TMS320F28335芯片1的通用目的输入输出口 GPI02至 GPI04通过控制三八译码器3的输出以控制第三、四模拟开关的逻辑控制引脚CS2，第三、四 模拟开关采集模拟信号9至模拟信号16，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAX11046芯 片2，待此组模拟信号采集完毕后，TMS320F28335芯片1的通用目的输入输出口 GPI02至 GPI04通过控制三八译码器3的输出以控制第五、六模拟开关的逻辑控制引脚CS3，第五、六 模拟开关采集模拟信号17至模拟信号对，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAXl 1046芯 片2。本发明设定采样信号的频率为50Hz，采样速率为1600Hz，即每个周波采样32个 点，那么采样间隔为1/(50*32*3)，即一个周波内MAX11046芯片2完成96次采样。其中1、 4、7、10……94这32次为第1组数据的采样，即模拟信号1至模拟信号8;2、5、8、11……95 这32次为第2组数据的采样，即模拟信号9至模拟信号16 ；3、6、9、12……96这32次为第3 组数据的采样，即模拟信号17至模拟信号24。当终端初始化时，模拟开关切换在第1组模拟 信号上，即模拟信号1至模拟信号8，在MAX11046芯片2采集此组数据时，模拟开关已稳定 (无暂态特性)，以便进行下一组的数据采样，当此组模拟信号采集完毕后，模拟开关切换到 第2组模拟信号，即模拟信号9至模拟信号16，当第2组模拟信号采集完毕后，模拟开关切 换到第3组模拟信号，当第3组模拟信号采集完毕后，模拟开关切换到第一通道，即完成M 路模拟信号第1点的采集，如此循环直至32点采集全部完成。在此过程中，每次MAXl 1046芯片2转换的结果存储至TMS320F28335芯片1的缓存中，待96次采样全部完成后，对所采 样的数据进行傅里叶变换等分析和处理。此种交流采样通道扩展方法不仅节省了产品的成本，同时各组模拟信号之 间的相位差是一致的，并且我们可以很方便的计算出各组数据之间的相位差，即为 360/96=3. 75°，第1组模拟信号滞后第2组模拟信号3. 75°，第3组模拟信号滞后第1组 模拟信号2*3. 75°，在校准时与互感器的相位误差一起校准，从而提高了计算功率的精度。 同时在软件中可根据模拟信号频率的改变来调整采样的时间间隔。所述配电自动化终端的工作流程如图3所示。(1)对配电自动化终端进行系统初始化；
(2)判断直流量采样是否结束，如果结束，计算、处理直流量，否则往下执行；
(3)近定时IOms时间是否到，如果定时IOms时间到，处理以太网通讯；
(4)数字信号处理器TMS320F28335芯片1的串口接收数据是否完成，如果完成，则处 理串口所接收的数据；
(5)判断有没有遥信变位，遥信量即各种状态量、脉冲量以及控制继电器组执行相应的 动作，状态量采集主要是实时采集位置状态和其他状态信息，如断路器位置、手动合闸、手 动分闸，既要记录当前遥信状态，又要记录遥信变位信息；脉冲量采集主要是采集电能表输 出的脉冲，并根据电能表脉冲常数和互感器变比计算电能量，如果有遥信变位，则读取遥信 变位信息，并生成遥信变位信息；
(6)定时IOOms时间是否到，如果定时IOOms时间到，判断遥控时间是否到，如果时间 到，则执行相应的遥控操作；
(7)MAX11046芯片2是否完成交流信号一个周期的采样，如果完成，则分析处理采样数 据，并完成参数校准；
(8)测量电网频率，调整MAX11046芯片2的采样频率。为了得到校准参数，首先通过上位机控制三相程控源产生一组标准的电压、电流、 有功功率、无功功率以及相位等数据，然后上位机将标准表所测得的值发送给被校的配电 自动化终端，该被校的配电自动化终端根据本身的测量值与标准表所测得值之间的偏差来 获得校准参数，最后将校准参数写入TMS320F28335芯片1的内部FLASH和外部存储芯片 EEPR0M。对于相位校准，应根据电流大小的不同划分档位分别对其进行相位校准，获得不同 电流大小档位所对应的相位校准参数。所述TMS320F28335芯片1的内部集成电路1 总线与用于存储设备运行重要参 数的外部存储芯片EEPR0M，为防止外部存储芯片EEPROM由于受到干扰而造成数据改变， 将所需要的设备运行的重要参数写入TMS320F28335芯片1的内部FLASH和外部存储芯片 EEPROM时，当存储至外部存储芯片EEPROM时，加入一个参数校验和字节。当从EEPROM读取 参数时，首先对读取的参数进行校验，然后与存储时的校验比较，如果相等，则表示EEPROM 正常，否则，表示EEPROM的数据发生改变，此时从TMS320F28335芯片1的内部FLASH读取 数据，同时将这些数据重新写入外部存储芯片EEPR0M。
权利要求
1.一种配电自动化终端，其特征在于包括DSP处理器，DSP处理器的信号输入端分别 与电压互感器、电流互感器和开关量输入电路相连，DSP处理器的信号输出端与继电器相 连，DSP处理器的信号输入输出端通过W5100芯片接入以太网，DSP处理器与存储卡相连。
2.根据权利要求1所述的配电自动化终端，其特征在于所述的DSP处理器采用 TMS320F28335芯片，电压互感器、电流互感器通过模拟开关与A/D转换器相连，A/D转换器 与TMS320F28335芯片相连，TMS320F28335芯片的GPIO 口与模拟开关相连；所述的开关量 输入电路通过光电隔离电路与缓冲器相连，缓冲器接TMS320F28335芯片的数据总线DBO至 DB15，TMS320F28335芯片的GPIO 口通过光电隔离电路与继电器相连；直流量检测电路通 过线性光耦接 TMS320F283;35 芯片 ADCINO 至 ADCIN7 口 ；TMS320F283;35 芯片的 SCIB 串口为 RS485 通信口，TMS320M8335 芯片的 SCIC 串口为 RS232 通信口，TMS320F283!35 芯片的串行 外设接口 SPI接SD存储卡。
3.根据权利要求1所述的配电自动化终端，其特征在于所述的DSP处理器外设电源 管理模块、看门狗模块、有源晶振模块。
4.根据权利要求2所述的配电自动化终端，其特征在于所述的TMS320F28335芯片的 I2C 口接EEPROM存储器和时钟芯片。
5.根据权利要求2所述的配电自动化终端，其特征在于所述的TMS320F28335芯片的 数据总线DBO至DB15 口接A/D转换器，所述的A/D转换器采用MAXl 1046芯片，所述的模拟 开关包括第一、二、三、四、五、六模拟开关，所述的MAX11046芯片的启动转换引脚CONVST与 TMS320F28335芯片的通用目的输入输出口 GPIOO，TMS320F283;35芯片的通用目的输入输出 口 GPI02、GPI03、GPI04 口与三八译码器相连，三八译码器分三路输出，一路与第一、二模拟 开关相连，一路与第三、四模拟开关相连，另一路与第五、六模拟开关相连。
6.根据权利要求5所述的配电自动化终端的交流采样通道扩展方法，该方法包括下列 顺序的步骤(1)设定采样信号的采样速率；(2)终端初始化时，TMS320F28335芯片驱动译码器依次发出三路片选信号至三组模拟 开关，使得MAXl 1046芯片轮流采集每组模拟开关输出的交流信号；(3)TMS320F28335芯片的通用目的输入输出口 GPIOO控制MAXl 1046芯片的启动转换 引脚C0NVST，由MAX11046芯片对采样信号进行A/D转换。
7.根据权利要求6所述的配电自动化终端的交流采样通道扩展方法，其特征在于终 端初始化时，TMS320F28335芯片通用目的输入输出口 GPI02至GPI04通过控制三八译码器 的输出以控制第一、二模拟开关的逻辑控制引脚CS1，第一、二模拟开关采集模拟信号1至 模拟信号8，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAXl 1046芯片，待此组模拟信号采集完毕 后，TMS320F28335芯片的通用目的输入输出口 GPI02至GPI04通过控制三八译码器的输 出以控制第三、四模拟开关的逻辑控制引脚CS2，第三、四模拟开关采集模拟信号9至模拟 信号16，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAXl 1046芯片，待此组模拟信号采集完毕后， TMS320F28335芯片的通用目的输入输出口 GPI02至GPI04通过控制三八译码器的输出以 控制第五、六模拟开关的逻辑控制引脚CS3，第五、六模拟开关采集模拟信号17至模拟信号 24，并输出ADC CHO至ADC CH7信号至MAXl 1046芯片。
全文摘要
本发明涉及一种配电自动化终端，包括DSP处理器，DSP处理器的信号输入端分别与电压互感器、电流互感器和开关量输入电路相连，DSP处理器的信号输出端与继电器相连，DSP处理器的信号输入输出端通过W5100芯片接入以太网，DSP处理器与存储卡相连。本发明还公开了一种配电自动化终端的交流采样通道扩展方法。本发明采用DSP处理器作为中央处理单元，结合模拟开关，能够完成对多通道的三相电压、三相电流的精确计量，对各种脉冲量和状态量的监测，具有处理速度快，测量精度高，体积小，维修、维护难度低，可靠性高，成本低，有效降低了整个系统的投资，有明显的经济效益。
文档编号G01R19/25GK102122139SQ20101060051
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者余南华, 张巧云, 朱学俊, 陈炯聪, 陶维青 申请人:上海科大智能科技股份有限公司, 合肥工业大学, 广东电网公司电力科学研究院