gec-300s勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、SoC勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)袁占輝張凌俊（北京四方吉思電氣有限公司北京100084）【摘要】在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)中，高性能與低成本往往不可兼得。GEC300S勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是采用先進(jìn)的SoC（片上系統(tǒng)）技術(shù)和系統(tǒng)分層化設(shè)計(jì)理念研制的面向中小型容量機(jī)組應(yīng)用的新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)低成本、功能完善、高性能和高可靠性的融合。配合友好的圖形化操作界面，利用單片DSP實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)所需的采樣、控制規(guī)律計(jì)算、觸發(fā)脈沖生成、通訊等全部功

2、能?！娟P(guān)鍵詞】勵(lì)磁調(diào)節(jié)器DSPSoC分層化設(shè)計(jì)零動(dòng)態(tài)恒無功1.概述概述出于對(duì)電網(wǎng)更高穩(wěn)定水平的需求，部分電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)中小容量機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)提出較高要求。如多目標(biāo)控制要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的計(jì)算性能更高效；快速控制要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制性能更加實(shí)時(shí)精準(zhǔn)；電廠信息自動(dòng)化（DCS、LAN、Inter）要求微機(jī)勵(lì)磁控制器的通訊性能更加方便快捷；與此同時(shí)，用戶對(duì)廠家產(chǎn)品的成本控制也提出更加嚴(yán)格的要求。為了滿足用戶的以上需求，采用全新的設(shè)計(jì)理念和當(dāng)今最前沿的S

3、oC技術(shù)，研制低成本、高性能、功能完善基本同大型機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的必要性日益緊迫。GEC300S是在評(píng)估了電廠、電網(wǎng)用戶的全方位需求后研制的，其設(shè)計(jì)目標(biāo)為：采用盡量少的控制板件（12塊）、低硬件成本、免維護(hù)、控制高性能、軟件功能齊全、保護(hù)限制完善、高通訊性能。GEC300S勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開發(fā)的全新設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：基本功能單元的簡(jiǎn)單化與高度集成化和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理分層化。整體設(shè)計(jì)采用代表了目前最高的集成度水平的片上系統(tǒng)(Sy

4、stemonChip)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化與高可靠性。但另一方面，雖然目前SoC的性能已非常全面，但企圖以單個(gè)SoC實(shí)現(xiàn)新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的所有功能是非常不合理的，為此GEC300S勵(lì)磁調(diào)節(jié)器配置了合理的圖形化人機(jī)界面操作系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化SoC功能，保證了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的高效性。2.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)2.1硬件系統(tǒng)構(gòu)成硬件系統(tǒng)構(gòu)成GEC300S勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用分層的控制體系結(jié)構(gòu)來滿足用戶對(duì)勵(lì)磁產(chǎn)品的控制性能、2.2.2信號(hào)采樣調(diào)理模塊TMS320F

5、2812內(nèi)部集成了ADC采樣模塊，內(nèi)嵌模擬多路復(fù)用開關(guān)，采樣保持電路，所以只需把交流信號(hào)變換放大為最大不超過3V的電壓，輸入到模擬量輸入通道即可。GEC300S調(diào)節(jié)器信號(hào)采樣調(diào)理模塊由6路交流電壓采樣回路、3路交流電流采樣回路、3路交直流隔離放大輸入回路及1路同步電壓測(cè)頻回路組成。同時(shí)，為兼容雙路測(cè)頻功能，由交流電壓采樣環(huán)節(jié)冗余1路測(cè)頻回路。2.2.3DA輸出模塊利用TMS320F2812芯片的事件管理模塊，通過邏輯門緩沖器輸出周期和占

6、空比均可變、幅值為5V的脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM），再通過三階模擬低通有源濾波器濾掉PWM輸出的高頻部分，保留低頻的直流分量，即得到對(duì)應(yīng)的DA輸出。2.2.4數(shù)字量開入開出模塊數(shù)字量輸入輸出電路采用光電隔離，同時(shí)在光藕的輸入端加一個(gè)二極管防止反接。2.2.5觸發(fā)脈沖隔離放大模塊GEC300S調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖由TMS320F2812事件管理模塊直接生成，通過光耦隔離和三極管放大后輸出。2.2.6現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模塊現(xiàn)場(chǎng)總線模塊包括RS485422、

7、CAN通訊方式，板上設(shè)計(jì)有RS232接口與HMI單元通訊。DSPTMS320F2812片上內(nèi)嵌了增強(qiáng)型CAN控制器（eCAN）模塊，是TI公司新一代32位高級(jí)CAN控制器。收發(fā)器選用了PHILIPS公司生產(chǎn)的82C250高性能CAN總線收發(fā)器。它是CAN總線控制器和物理總線的接口，可以提供對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接受能力，具有抗瞬間干擾、保護(hù)的能力，同時(shí)可以通過調(diào)整CAN總線通訊脈沖的邊沿斜率來降低射頻干擾。2.2.7SoC勵(lì)磁控制器的

8、EMC性能SoC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了總線不出芯片，在板件上除CPU內(nèi)其他全部是低頻信號(hào)，從而根本上提高了系統(tǒng)的EMC性能。GEC300S控制器可以輕易通過EMC三級(jí)以上測(cè)試。2.3人機(jī)交互界面單元設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面單元設(shè)計(jì)方便快捷的圖形化人機(jī)交互操作系統(tǒng)向來是維持勵(lì)磁調(diào)節(jié)器高效性的強(qiáng)力手段，為此，GEC300S配置了由彩色智能液晶觸摸模塊為核心的人機(jī)交互界面單元，通過RS232接口與DSP連接。它承擔(dān)著參數(shù)的傳輸、讀取、顯示和設(shè)置，波形的顯示及保存