CN201752105U - 一种抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其包括中央处理模块、与所述中央处理模块连接的开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、若干扩展模块、以及电源模块。各功能模块以模块化的方式安装于底板，底板采用总线方式，除电源板和主机板的物理位置固定，其余板件物理位置之间可以互换。本实用新型基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心，模拟量、开关量、脉冲量作为模块化，实现抽水蓄能电站静止变频启动器的控制。各功能模块安装以模块化的形式于底板，有利于安装和维护及故障排查。采用底板总线连接的方式，可以根据不同现场功能的需要，方便功能模块的扩展。

Description

一种抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种抽水蓄能电站静止变频启动控制装置，用于控制抽水蓄能电站静止变频启动。

背景技术

目前，在世界各国，抽水蓄能电站一般都将静止变频启动作为首选的启动方式，在抽水蓄能电站自动控制系统及成套设备中，静止变频器为其中的关键启动设备，对于保证大型抽水蓄能机组的快速可靠启动和抽水蓄能电站的稳定运行具有重要意义。长期以来，我国大型抽水蓄能电站控制系统设备一般采用与主机捆绑招标的方式从国外引进，国内的研究单位和设备厂商参与甚少。因此，国内在此方面的研究很少，尤其在抽水蓄能电站静止变频启动控制这一核心技术方面，国内尚无文献对此进行深入研究。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题是：克服上述现有技术的缺点，提供一种基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心，模拟量、开关量、脉冲量作为模块化的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，满足抽水蓄能电站综合自动化的要求。

为了解决以上技术问题，本实用新型的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是包括中央处理模块、与所述中央处理模块连接的开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、以及电源模块。

进一步的，本实用新型抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置还具有若干与中央处理模块连接的扩展模块。

进一步的，本控制装置中，中央处理模块设置于主机板上，其包括通过数据总线和地址总线连接的DSP芯片、FPGA芯片，所述主机板上还设置有与DSP芯片连接的RS232串口、RS485串口、CAN通讯接口、随机存取存储器，以及与FPGA芯片连接的AD采样模块、缓冲器，AD采样模块的模拟信号输入端与模拟量转换模块的模拟量输出端连接，所述缓冲器通过数据线与开关量传输模块连接，所述FPGA芯片的脉冲信号输出端与脉冲触发模块的脉冲信号输入端连接。

更进一步的，本控制装置中，开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、扩展模块、以及电源模块分别设置于开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板上，所述的主机板、开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板安装于底板上，所述底板具有4位地址线、8位数据线，8位板件选择线，10位芯片选择线，分别用以区分开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板。

本实用新型基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心，模拟量、开关量、脉冲量作为模块化，实现抽水蓄能电站静止变频启动器的控制。各功能模块安装以模块化的形式于底板，有利于安装和维护及故障排查。采用底板总线连接的方式，可以根据不同现场功能的需要，方便功能模块的扩展。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置模块框图。

图2是本实用新型抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置中央处理模块的电路框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，包括中央处理模块、与所述中央处理模块连接的开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、以及电源模块。此外，还具有与中央处理模块连接的扩展模块。

本例中，控制装置采用6U全宽机箱，采用板件后插模式。前面板采用点LED灯显示主机运行状态，采用铰链式扇形开启。底板上设有与面板交互的数据接口，物理介质为扁平电缆，采用直接点灯的方式。面板上设有8个LED灯显示，现在5个LED灯与主机板有信号连线。

各功能模块以模块化的方式安装于底板，具体而言，中央处理模块设置于主机板上，开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、扩展模块、以及电源模块分别设置于开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板上，所述的主机板、开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板安装于底板上，所述底板具有4位地址线、8位数据线，8位板件选择线，10位芯片选择线，分别用以区分开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板。

底板采用总线方式，除电源板和主机板的物理位置固定，其余板件物理位置之间可以互换。只要在主机板上修改程序，就可以对其余板件的进行正常的读写操作。底板总线中有4位地址线、8位数据线，8位板件选择线，10位芯片选择线。分别用来区分开关量板、接口扩展板、两块光纤接口板(带有并转串芯片，需要地址片选信号)、模拟量板(带有DA输出，需要地址片选信号)。

本实用新型对DSP芯片的地址A0-A21译码采用三段式译码方式。A0-A3四位地址直接和底板的总线连接，对每个板件中的芯片地址直接使用；A4-A7四位地址通过FPGA芯片的译码，产生片选信号，10位片选信号和每个板件相连，选中板件中的芯片，作为使能信号；A8-A11四位地址通过FPGA芯片的译码，产生板选信号，8位板选信号分别和开关量板、接口扩展板、两块光纤接口板、模拟量板、扩展板1、扩展板2、扩展板3相连，选中板件，作为板件的使能信号(扩展板4、扩展板5没有板选信号连接，但可以通过程序的修改来定义一个信号作为板选的信号)。A12-A21和FPGA芯片连接，但没有译码。

各板件组成及功能介绍

1、主机板

包括通过数据总线和地址总线连接的DSP芯片、FPGA芯片，所述主机板上还设置有与DSP芯片连接的RS232串口、RS485串口、CAN通讯接口、随机存取存储器，以及与FPGA芯片连接的AD采样模块、缓冲器，AD采样模块的模拟信号输入端与模拟量转换模块的模拟量输出端连接，所述缓冲器通过数据线与开关量传输模块连接，所述FPGA芯片的脉冲信号输出端与脉冲触发模块的脉冲信号输入端连接。

主机板的主要核心器件为TI公司的TMS320F2812 DSP芯片和XILINX公司的SPATON III(XC3SD1800A-CS484A4)FPGA芯片，在主机板上完成AD采样、开入、开出处理、逻辑处理、两个RS232串口通讯、一个RS485串口通讯、一个CAN通讯、总线驱动、软硬件看门狗、日历时钟、E2PROM等功能。

(1)转换开关：完成RS232和RS485通讯的转换；

(2)RS232通讯口1：RS232通讯口采用DB9接口，用DSP2812的一个串口(SCI-B)。主要功能是和工控机的通讯；

(3)RS232通讯口2：RS232通讯口采用DB9接口，和RS485通讯口1共用DSP2812的一个串口(SCI-A)，通过拨动开关来进行切换。主要功能是DSP程序的下载；

(4)RS485通讯口：RS485通讯口采用DB9接口，和RS232通讯口2共用DSP2812的一个串口(SCI-A)，通过拨动开关来进行切换。主要功能是和远方上位机进行通讯；

(5)CAN通讯口：CAN通讯口采用DB9接口，和DSP2812的CAN口直接连接。主要功能是和现地或远方的控制器进行通讯。

2、模拟量板

模拟量板主要完成对输入交流电压和电流信号的转换，主要由模拟量转换模块由电流互感器、电压互感器、运算放大器及D/A转换芯片构成。

通过SCT(SCT254FK)互感器和运放OP297，把0～5A的电流信号转换成-2.5V～+2.5V交流电压信号。通过SPT(SPT204)互感器和运放OP297，把0-100V的交流电压信号转换成-2.4V～+2.4V的交流电压信号。采用MAX530 DA芯片，输出0-5V的电压信号。作为励磁电流的给定值。板件对外接口包括电流输入、输出端子、电压输入、输出端子。

(1)电流输入端子采用电流穿墙端子，输入0～5A的电流信号；电流输出端子采用DB15端子，输入0～100mA的电流；

(2)电压输入端子，输入0～100V的交流电压信号；电压输出端子，输出0～5V的电压信号。

3、开关量板

主要完成接受远方开关量指令和对远方开关量的控制。开入开出光耦采用高电压光耦(隔离电压更高)。开入采用PS2501光耦(绝缘电压5000V)，开出采用TLP127光耦(绝缘电压2500V)。可以接入24路开关量。每4路共用一路输入电源，24路开关量不共地。16路干接点输出，每个接点之间相互独立，没有电的联系。

(1)开关量输入端子采用电压端子，可以接入24路开关量，采用外接24V输入电压；

(2)开关量输出端子采用电压端子，16路干接点输出，采用外接24V输入电压。

4、脉冲光纤板

有两块脉冲光纤板，两块脉冲光纤板的设计完全一样，分别控制整流桥、逆变桥换流阀的触发、回报和监视。板件对外接口NOPTR或MOPTR、NOPTT或MOPTT。

(1)光纤端子NOPTR或MOPTR：NOPTR或MOPTR采用HFBR2521光纤头，把光信号转换成电信号。6路触发脉冲光纤输出，1路使能控制脉冲光纤输出，3路同步脉冲光纤输出，1路串行通讯光纤输出信号；

(2)光纤端子NOPTT或MOPTT：NOPTT或MOPTT采用HFBR1521光纤头，把电信号转换成光信号。6路脉冲返读，1路报警输入信号，1路故障输入信号，1路串行通讯光纤输入信号。

5、扩展板

主要完成开关量和脉冲量的扩展功能。开入开出光耦采用高电压光耦(隔离电压更高)。开入采用PS2501光耦(绝缘电压5000V)，开出采用TLP127光耦(绝缘电压2500V)。输入光纤头采用HFBR2521，输出光纤头采用HFBR1521。

(1)开关量输入输出端子均采用电压端子，开关量输入端子为8路开关量输入后直接经过底板的总线送入FPGA芯片，可以作为高速开入信号通道使用；开关量输出端子为8路干接点输出，每个接点之间相互独立；

(2)脉冲量输入输出端子T采用光纤头，脉冲量输入端子为3路光纤信号输入，经过数据总线，送入FPGA芯片；脉冲量输出端子为3路光纤信号输出，通过数据总线输出信号。

6、电源板

交、直流220V电源输入，输出5V数字量电源、±15V模拟量电源、24V开关量电源。

(1)电源输入端子采用电压端子，交流220V和直流220V输入。

本实用新型工作过程如下：

第一步、交流220V、直流220V供电，交流交流220V、直流220V为互备电源，其中直流220V为电厂的直流屏后备电源。

第二步、网侧、机侧PT输出的0-100V信号接入模拟量板的电压输入端子；网侧CT输出的0-1A信号接入模拟量板的电流输入端子。通过模拟量板的信号转换，转换成-5V-5V的信号，提供主机板AD采样信号，完成交流采样。

第三步、主机板上的DSP芯片通过RS232通讯口2、RS485通讯口和工控机、上位机进行通讯，接受工控机、上位机的指令，同时发送控制器的参数。

第四步、主机板上的DSP芯片通过开关量板的开关量输入端子，读入远方的控制指令，经过逻辑运算，通过开关量输出端子，输出开出指令。

第五步、主机板上的DSP芯片对AD采样的数据进行算法处理，数据处理结果送给主机板上的FPGA芯片进行控制和发送控制脉冲。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是包括中央处理模块、与所述中央处理模块连接的开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、以及电源模块。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是：还具有若干与中央处理模块连接的扩展模块。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是：所述中央处理模块设置于主机板上，其包括通过数据总线和地址总线连接的DSP芯片、FPGA芯片，所述主机板上还设置有与DSP芯片连接的RS232串口、RS485串口、CAN通讯接口、随机存取存储器，以及与FPGA芯片连接的AD采样模块、缓冲器，AD采样模块的模拟信号输入端与模拟量转换模块的模拟量输出端连接，所述缓冲器通过数据线与开关量传输模块连接，所述FPGA芯片的脉冲信号输出端与脉冲触发模块的脉冲信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是：开关量传输模块、模拟量转换模块、脉冲触发模块、扩展模块、以及电源模块分别设置于开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板上，所述的主机板、开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板及电源板安装于底板上，所述底板具有4位地址线、8位数据线，8位板件选择线，10位芯片选择线，分别用以区分开关量板、模拟量板、脉冲光纤板、扩展板。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站静止变频启动电机控制装置，其特征是：模拟量转换模块由电流互感器、电压互感器、运算放大器及D/A转换芯片构成。

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