基于嵌入式多芯片模组的微机保护平台

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:390

　　摘　要：为适应微机继电保护向高度数字化、网络化、综合化和智能化方向迅速发展的趋势，在采用工业数控开放式系统体系结构的基础上，提出并成功地开发了基于嵌入式多芯片模组的高性能通用微机保护平台。该平台以具有自主知识产权的嵌入式中央处理多芯片模组mcm2812 为核心，mcm2812是以高性能数字信号处理器（dsp）为内核，集成了多种大容量存储器、译码器、时钟日历、网络通信和电源管理等功能元件；该平台还嵌入了控制器局域网（can）和以太网（ethernet）通信模组，具有强大的数据处理和网络通信功能,有良好的通用性和抗干扰性。

　　关键词：微机保护平台；嵌入式多芯片模组；can；以太网

0引言

　　随着我国经济建设和电力工业的迅速发展，电力网的结构发生了巨大变化，各种类型的高压/ 超高压/特高压输电线路以及大容量发电机和变压器等不断涌现。为了适应这一状况、保证电力系统安全稳定经济运行以及连续可靠地供电，迫切需要性能卓越的继电保护为之提供根本保证。同时，随着计算机、网络和多智能技术的不断进步，微机继电保护正向着高度数字化、网络化、综合化和智能化的方向迅速发展［1］。遵循开放式体系结构，借鉴工业控制机小型化、组合化、模块化和标准化的思想，结合电力系统微机保护的具体要求和未来发展趋势,本文提出并构造了基于嵌入式多芯片模组的高性能微机保护平台。本文采用多芯片模组形式研制开发的具有自主知识产权的嵌入式中央处理模组mcm2812是以高性能数字信号处理器（dsp）为核心，集成了多种大容量存储器、译码器、时钟日历、网络通信和电源管理等功能元件，具有强大的数据处理能力等。微机保护的网络化发展，希望每个保护单元尽可能共享系统的运行方式及故障信息数据，对保护装置的网络通信功能提出了很高的要求。can控制器局域网具有简单易用、组网方便、抗干扰能力强等优点，而嵌入式以太网则在传输速度和通用性方面表现突出，它们代表着微机保护网络通信的发展方向，本文对这两种网络进行了分析研究,并成功开发了相应的模组和软件驱动。该微机保护平台强大的数据处理和网络通信功能、良好的通用性和抗干扰性，为实现保护高度数字化、网络化、综合化和智能化提供了强有力的平台支撑。

1系统总体结构

　　本文所研究的微机保护平台是基于开放式系统体系结构，具有小型化、组合化、模块化和标准化等特点的平台。同时，该平台也是测量、控制、数据通信的平台。该平台的硬件系统采用插件式结构，主要包括五类插件：交流电压电流变换插件、中央处理插件、继电器插件、电源插件以及人机交互插件，其硬件结构如图1所示。其中，人机交互插件包括中央处理模块、ethernet 模块、can/rs485模块、lcd和键盘管理模块。中央处理插件包括中央处理模块、网络通信模块、开入模块、开出模块和模拟量数据采集（daq）模块。中央处理插件是该平台的核心，可根据不同的应用层次或用户的不同需求任意设置其数量，以完成更加复杂可靠的保护和控制方案。中央处理插件和人机交互插件的核心是中央处理模块，本文采用多芯片模组形式开发了嵌入式中央处理模组mcm2812，为实现微机保护的高度数字化、网络化、综合化和智能化提供了强有力的硬件和软件支撑。

2中央处理插件

　　微机保护控制的一切功能都要通过中央处理插件实现。因此，中央处理插件的先进性和稳定性决定了整个微机保护控制的先进性和稳定性。中央处理插件既涉及模拟量的处理，也涉及数字量的处理，还涉及网络通信，结构复杂，功能繁多，因此采用模块化设计，按功能分成5类模块：

　　① 中央处理模块，由高性能嵌入式多芯片模组mcm2812实现。

　　② 模拟量数据采集模块，包括低通滤波单元、电压跟随单元、多路转换单元和高速高精度的模数转换单元，可以实现16路频率高达1 m的16位高精度数据采集。

　　③ 开入模块，由输入光电隔离和输出缓冲构成，其输出状态可由mcm2812高速i/o读取。

　　④ 开出模块，由输入锁存和输出光电隔离构成，其输入状态可由mcm2812高速i/o写入。

　　⑤ 网络通信模块，具有控制器局域网和嵌入式以太网接口。

3嵌入式中央处理多芯片模组

3.1多芯片模组的设计思想

　　随着微控制器/ 微处理器应用的发展，对其性能要求也越来越高。然而，现有的微控制器/微处理器不是存储容量不够，就是功能达不到设计要求，或是芯片本身的抗干扰能力不足。在这种情况下，使用者只能自己去设计实现这些功能和要求。对于尚未精通微控制器/微处理器的使用者，要求他不仅要了解和熟悉指令系统、寄存器功能、寻址方式和端口信号，而且还要进行单片机、存储器、电源管理、系统时钟电路、译码电路、i/o接口和时钟日历等的设计和调试以及提高微控制器/微处理器的抗干扰能力，这将是一个工作量很大的艰巨任务。即使对于有经验的使用者，虽然没有什么大的设计难点，但每次设计开发