CN202094837U - 基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统。它主要包括：DSP处理器模块、开关量输入模块、电平转换模块、开关量输出模块、模拟量适配模块、频率测量模块、交流采样模块、数据存储模块、励磁电流适配模块、数据收发模块和智能显示单元模块；本实用新型选用高性能的32位浮点型处理器作为主CPU芯片，选用性能优异的可触摸平板电脑通过双高速CAN网络与主控单元连接构成智能显示系统。将先进的交流采样算法和DSP自身的优异性能结合，实现了励磁控制器的深度数字化，在数据处理上真正实现了标幺化，在数据传递方面，通过双高速CAN网络，实现了数据的高速，稳定传递，进而提高了励磁控制系统的整体性能指标。

Description

基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统

技术领域：

本实用新型涉及电力系统同步发电机励磁控制器数据采集技术领域，特别是一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统。

背景技术：

励磁系统是发电机系统的重要组成部分，其最主要的作用是保持发电机正常运行和电力系统稳定运行。到今天早已进入了微机励磁时代，目前国内市场上推出的调节器一般都以16位、32位单片机为主处理器，一般在硬件结构上使用双通道或者是多通道结构，通过调节器柜和功率灭磁柜和励磁变压器构成励磁控制系统。为了满足电力系统稳定运行的需要，除了需要在励磁控制系统中增加更多的保护和限制功能外，还需要将更多先进的励磁控制理论及算法应用到励磁控制装置中。这一发展趋势对励磁控制系统的主控单元、人机界面、功率单元，以及各单元之间的数据传递都提出了很高的要求。而目前无论是以16位单片机为核心的数字励磁控制系统，还是以32位(定点型)处理器为核心的励磁控制器，其在数据运算和处理的能力上都存在或多或少的缺点和不足，为了提高励磁控制系统的各项性能指标和运行参数精度，研究以新型的32位浮点型DSP芯片为核心的数字励磁控制系统就成为了同步发电机励磁系统的发展需要。

中央处理器DSPf28335为TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位浮点DSP芯片。它及具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪表以及电机、马达伺服控制系统等。

中国专利CN200510122302.7公开了一种基于DSP的数字式励磁控制器的数据采集与处理系统；它是以f2812为核心的励磁系统，不足部分是在数据采集系统中，虽然所选采样芯片精度较高，处理器也是32位的，可由于处理器本身是定点型处理器，故在实际的运算过程中，会增大计算误差，进而增大系统误差从而会影响整个系统的控制精度与响应；另外，在功率整流回路，可控硅所需的触发脉冲并没有明确的说明是如何产生，在励磁系统中，由于电磁干扰等原因，很重要的一个环节就是脉冲如何产生并发送到整流桥上，如果传输距离远，则脉冲信号很容易被干扰。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统，可以克服现有技术的缺陷。本实用新型在主控单元模块上选用高性能的32位浮点型处理器作为主CPU芯片，通过合理的硬件电路设计与高精度的交流采样芯片连接组成励磁控制器的数据采样、计算和处理系统；选用性能优异的可触摸平板电脑通过双高速CAN网络与主控单元连接，构成系统的智能显示系统。本实用新型在信号采样方面，通过选用合适的A/D采样芯片，将先进的交流采样算法和DSP自身的优异性能完美的结合在一起，实现了励磁控制器的深度数字化，在数据处理上真正实现了标幺化，在数据传递方面，通过双高速CAN网络，实现了数据的高速，稳定传递，进而提高了励磁控制系统的整体性能指标。

本实用新型提供的一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统主要包括：

模拟量采样单元：用于对发电机定子电压、定子电流、励磁电流等信号的采集；

开关量输入与输出单元：用于完成对系统开关量信号的采集与输出；

CPU主控单元：用于完成对所有数据的转换和逻辑运算，计算得出当时工况下所需的可控硅触发角度，完成对主要故障信号的报警与处理等；

显示单元：用于完成主要数据和各种运行状态信号、报警信号显示。

本实用新型的主要特征包括：

DSP处理器模块、开关量输入模块、第一电平转换模块、第二电平转换模块、开关量输出模块、模拟量适配模块、频率测量模块、交流采样模块、数据存储模块、励磁电流适配模块、第一数据收发模块、第二数据收发模块和智能显示单元模块。

所说的开关量输入模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第一电平转换模块的输出端连接DSP处理器模块的I/O输入端；

所说的第二电平转换模块的输入端与DSP处理器模块的I/O输出端连接，第二电平转换模块的输出端连接开关量输出模块的输入端；

所说的模拟量适配模块输出端连接交流采样模块的输入端，对于交流采样模块，其数据输出端连接至DSP处理器模块的数据总线输入端(数据总线)，DSP处理器模块的控制交流采样的逻辑输出端连接交流采样模块的控制总线输入端；同时，在模拟量适配模块的输出端，其中一路定子电压信号输出连接至频率测量模块的输入端；频率测量模块的输出端连接DSP处理器模块的捕捉输入端；DSP处理器模块的SPI输出端与数据存储模块的输入端连接；励磁电流适配模块的输入端与智能功率柜单元的励磁电流输出端连接，励磁电流适配模块的输出端与DSP处理器模块的内部A/D(直流采样)的输入端连接；DSP处理器模块的CAN1通讯输出端与第一数据收发模块的输入端双向连接，第一数据收发模块的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接；DSP处理器模块的CAN2通讯输出端与第二数据收发模块的输入端双向连接，第二数据收发模块的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接。

对于开关量输入模块：现有的技术中，该部分电路一般仅由常规的光隔离电路组成，本实用新型所说的开关量输入模块由低通滤波电路、光隔离电路、二极管显示电路和逻辑转换电路组成，其第一级电路对24V开关量信号进行低通滤波后，通过第二级光隔离电路将信号由24V转换为5V并通过发光二极管显示，再通过第三级的逻辑转换电路取反后送至第一电平转换模块的输入端；

上述所说的第一电平转换模块以电平转换芯片为主，配合对应的接口电路构成，将采集到的5V开关量信号转换为3.3V后输入至DSP处理器模块的I/O输入端；

上述所说的第二电平转换模块以电平转换芯片为主，配合对应的接口电路构成，将从DSP处理器模块I/O输出端接收到的3.3V开关量信号转换为5V后输入至开关量输出模块的输入端；

上述所说开关量输出模块由两级逻辑转换电路、光隔离电路和二极管显示电路组成，将接收到的5V开关量信号经过两次逻辑转换，通过光隔离电路转换为24V信号，并且通过发光二极管显示出来，最后输送出去；

上述所说模拟量适配模块由模拟量预处理电路组成，模拟量输入信号包括同步发电机定子电压和定子电流两种基本信号，由常规的运放电路组成，通过适配电路将三相定子电压信号，三相定子电流信号(定子电流信号需经过电阻分压后转换为电压信号)调整至满足交流采样模块输入端所需的电压范围，送至交流采样模块的输入端，同时将完成适配的定子电压三相中的一相，输送至频率测量模块的输入端；

上述所说的频率测量模块由滤波电路、输入限幅电路、电压比较输出电路、输出限幅保护电路组成，通过这些电路将单相的定子电压信号，转换为5V的方波信号输出至DSP处理器模块的捕捉引脚输入端；

上述所说的交流采样模块与DSP处理器模块的接口电路是由模数转换器(交流采样芯片)和数字信号处理器及相关的接口器件所组成，DSP通过控制总线的逻辑控制信号对模数转换器完成控制，经过模拟量模块处理后的模拟信号输入交流采样芯片后，直接转换为可满足DSP输入端电压要求的数字信号通过数据总线输入DSP芯片的数据输入端，然后按照软件所设计的交流采样算法进行处理，得到相关的控制参数；

上述所说的数据存储模块由外部扩展存储器组成，DSP通过SPI与外扩铁电存储器连接，可在系统运行过程中可实现高速简捷的通讯，可随时保存工作过程中采集的开关量信息和时间标签，完成数据的读、写工作，并且支持掉电保存。

上述所说的励磁电流适配模块主要由励磁电流适配电路组成，它将从智能功率柜单元采集到的励磁电流信号通过电阻分压变为电压信号后，再通过合理的运放适配电路，将励磁电流信号处理为满足DSP处理器模块内部A/D输入所要求的电压信号，输送给DSP处理器单元，完成励磁控制器对系统励磁电流信号的采样。

上述所说的数据收发模块(包括第一数据收发模块与第二数据收发模块)主要由CAN通讯电路组成，该部分电路主要包括光隔离电路、CAN收发电路以及相关的适配电路，实现CAN通讯信号的光隔离，数据接收和发送工作。第一数据收发模块和第二数据收发模块的输入端分别与DSP处理器模块的CAN1通讯口和CAN2通讯口相连接构成双CAN网冗余网络，数据收发模块的输出端与智能显示模块和智能功率柜单元的通讯输入口相连接，构成本实用新型所说的冗余高速双CAN网通讯网络。其中通讯网路的每个节点都具有网络自检功能，当网络出现故障时，可实现运行网络和备用网络的自动切换，进而保证了励磁系统运行的安全和稳定性。

本实用新型提供的一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统的工作方法包括如下步骤：

1)通过模拟量适配模块、交流采样模块，可实现发电机三相定子电压、三相定子电流、发电机出口频率信号的采样工作，通过励磁电流适配模块可完成对系统励磁电流的采样，所有采样信号进入DSP处理器单元后，经过软件计算可得到发电机系统的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率及当前的励磁系统功率回路的各项数据；

2)通过开关量输入模块和第一电平转换模块，励磁控制器可完成对系统开关量信号的采集，进而可以检测到当前发电机系统的状态(停机状态、试验状态、空载运行状态或并网带载状态)、运行方式(恒压运行、恒流运行或其它的工作方式)以及其它的开关量信息。

3)中央数据处理模块对采集到的开关量信号和计算得到的各项数据进行识别、判断和处理，并根据当前发电机系统的运行状态，经由PID计算和各种保护限制程序检验校正后，可得出智能功率回路所需的移相脉冲的控制角度α(15°-150°)。

4)最后DSP处理器单元通过现场总线发送给智能功率柜单元，功率单元可根据控制角度产生触发脉冲进而完成对整流桥中晶闸管的触发，输出励磁电流。同时，通过现场总线将各种数据和状态量发送给智能显示单元，完成系统各种变量和图形的显示。

上述步骤中所述的信号的计算用励磁控制规律的软件实现：首先，由DSP的事件管理器通过对捕捉引脚上方波信号的处理，可得出发电机出口的电压频率，再通过软件锁相环和交流采样子程序可完成系统模拟量的交流采样；通过计算子程序可得到发电机系统的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率。然后通过DSP内部A/D转换器可计算得出系统的励磁电流。按照励磁系统主要逻辑及各种保护/限制功能子程序可由CPU直接计算出控制脉冲所需的当前控制角α，然后通过数据发送/接受子程序将控制角发送给智能功率柜单元，由其完成触发脉冲的形成，控制整流桥，完成对励磁电流的控制。

综上所述可知，励磁控制器可通过对各种信号的采集与计算，可通过控制输出α大小，控制励磁系统励磁电流的改变，从而达到自动调节发电机电压和无功负荷的目的。

本实用新型与现有技术相比的优点和产生的积极效果：

本实用新型克服了现有技术的缺陷。调节器单元将主控单元将控制角α经由CAN总线发送给功率单元，智能功率单元接收到α后，自身产生触发脉冲，直接供给整流桥，这样既可以避免了电磁干扰，又可以提高脉冲精度，在保证系统安全稳定运行的前提下，也提高了励磁系统的精度；本实用新型励磁系统中，在主控单元上所选用的是32位浮点型处理器，在系统结构上所采用的是多CPU分布式控制系统，在通讯上选用了双CAN网热冗余等特点，这样在采样精度、数据处理、运算速度、数据传递、图形显示及电磁兼容等方面都要优于行业内的现有技术。总之，由于使用了浮点型处理器，在数据处理上减小了计算误差，实现了更加准确的标幺化，简化了数据运算过程，从而降低了核心处理器的负担，使主控系统运行变得更加安全、稳定。通过高速现场总线网络将励磁控制器与智能功率柜单元连接，在很大程度上解决了励磁调节系统中调节器与功率柜连接受现场距离远近的制约，增加了励磁调节系统的实用性；同时励磁调节主控单元，智能显示单元，以及与智能功率柜单元之间通过高速双CAN网络连接，大大增强了励磁系统的电磁兼容性。通讯系统采用双网络冗余设计，每个节点都具有网络自检功能，当网络出现故障时，可自动切换，保证了励磁系统运行的安全稳定性，进而使发电机系统能够更加安全稳定的运行。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2为本实用新型的开关量输入模块电路示意图。

图3为本实用新型的开关量输出模块电路示意图。

图4为本实用新型的频率测量模块电路示意图。

图5为本实用新型励磁电流适配模块电路示意图。

图6为本实用新型数据收发模块电路示意图。

图7为本实用新型对励磁电流控制的软件流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例(附图)详细描述本实用新型，但它们不是限制本实用新型。

如图1所示，一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统包括：DSP处理器模块、开关量输入模块、第一电平转换模块1、第二电平转换模块1、开关量输出模块、模拟量适配模块、频率测量模块、交流采样模块、数据存储模块、励磁电流适配模块、第一数据收发模块1、第二数据收发模块2及智能显示单元模块组成。所说的开关量输入模块的输出端连接电平转换模块1的输入端，第一电平转换模块1的输出端连接DSP处理器模块的I/O输入端；所说的第二电平转换模块1的输入端与DSP处理器模块的I/O输出端连接，第二电平转换模块1的输出端连接开关量输出模块的输入端；所说的模拟量适配模块输出端连接交流采样模块的输入端，对于交流采样模块，其数据输出端连接至DSP处理器模块的数据总线输入端，DSP处理器模块的控制交流采样的逻辑输出端连接交流采样模块的控制总线输入端；同时，在模拟量适配模块的输出端，其中一路定子电压信号输出连接至频率测量模块的输入端；频率测量模块的输出端连接DSP处理器模块的捕捉输入端；DSP处理器模块的SPI输出端与数据存储模块的输入端连接；励磁电流适配模块的输入端与智能功率柜单元的励磁电流输出端连接，励磁电流适配模块的输出端与DSP处理器模块的内部A/D(直流采样)的输入端连接；DSP处理器模块的CAN1通讯输出端与第一数据收发模块1的输入端双向连接，第一数据收发模块1的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接；DSP处理器模块的CAN2通讯输出端与第二数据收发模块2的输入端双向连接，第二数据收发模块2的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接。

如图2所示，上述所说的开关量输入模块由低通滤波电路、光隔离电路、二极管显示电路和逻辑转换电路组成，其第一级电路对24V开关量信号进行低通滤波后，通过第二级光隔离电路将信号由24V转换为5V并通过发光二极管显示，再通过第三级的逻辑转换电路取反后送至第一电平转换模块1的输入端；

上述所说的第一电平转换模块1以德州仪器公司生产的SN74LVC4245芯片为主，结合常规的硬件接口电路构成，将采集到的5V开关量信号转换为3.3V后输入至DSP处理器模块的I/O输入端；

上述所说的第二电平转换模块1以德州仪器公司生产的SN74LVC4245芯片为主，结合常规的硬件接口电路构成，将从DSP处理器模块I/O输出端接收到的3.3V开关量信号转换为5V后输入至开关量输出模块的输入端；

如图3所示，上述所说开关量输出模块由两级逻辑转换电路、光隔离电路和二极管显示电路组成，将接收到的5V开关量信号经过两次逻辑转换，通过光隔离电路转换为24V信号，并且通过发光二极管显示出来，最后输送出去；

上述所说模拟量适配模块由模拟量预处理电路组成，模拟量输入信号包括同步发电机定子电压和定子电流两种基本信号，由常规的运放电路组成，通过适配电路将三相定子电压信号，三相定子电流信号(定子电流信号需经过电阻分压后转换为电压信号)调整至满足交流采样模块输入端所需的电压范围，送至交流采样模块的输入端，同时将完成适配的定子电压三相中的一相，输送至频率测量模块的输入端；

如图4所示，上述所说的频率测量模块由滤波电路、输入限幅电路、电压比较输出电路、输出限幅保护电路组成，通过这些电路将单相的定子电压信号，转换为5V的方波信号输出至DSP处理器模块的捕捉引脚输入端；

上述所说的DSP处理器模块以德州仪器(TI)最新推出的TMS320f2833532位浮点型DSP芯片作为本实用新型的中央处理器，交流采样模块以MAXIM公司生产14位，8通道，同步采样ADC转换芯片MAX1324为主，通过相应的硬件接口电路MAX1324与DSPf28335构成系统的交流采样电路。DSP通过控制总线的逻辑控制信号对MAX1324完成控制，经过模拟量模块处理后的模拟信号输入交流采样芯片后，直接转换为可满足DSP输入端电压要求的数字信号通过数据总线输入DSP芯片的数据输入端，然后按照软件所设计的交流采样算法进行处理，得到相关的控制参数；

上述所说的数据存储模块由外部扩展存储器组成，外扩存储器选用Ramtron公司生产的FM25L256芯片，DSP通过SPI与外扩铁电存储器连接，可在系统运行过程中可实现高速简捷的通讯，可随时保存工作过程中采集的开关量信息和时间标签，完成数据的读、写工作，并且支持掉电保存。

如图5所示，上述所说的励磁电流适配模块主要由励磁电流适配电路组成，它将从智能功率柜单元采集到的励磁电流信号通过电阻分压变为电压信号后，再通过合理的运放适配电路，将励磁电流信号处理为满足DSP处理器模块内部A/D输入所要求的电压信号，输送给DSP处理器单元，完成励磁控制器对系统励磁电流信号的采样。

如图6所示，上述所说的数据收发模块(包括第一数据收发模块1与第二数据收发模块2)主要由CAN通讯电路组成，此处给出的为第一数据收发模块1的电路结构图，第二数据收发模块2原理与第一数据收发模块1相同，不再重复)，该部分电路主要包括光隔离电路、CAN收发电路以及相关的适配电路，实现CAN通讯信号的光隔离，数据接收和发送工作。其中CAN收发器选用德州仪器生产的SN65HVD1050DR(VP1050)芯片，第一数据收发模块1和第二数据收发模块2的输入端分别与DSP处理器模块的CAN1通讯口和CAN2通讯口相连接构成双CAN网冗余网络，数据收发模块的输出端与智能显示模块和智能功率柜单元的通讯输入口相连接，构成本实用新型所说的冗余高速双CAN网通讯网络。其中通讯网路的每个节点都具有网络自检功能，当网络出现故障时，可实现运行网络和备用网络的自动切换，进而保证了励磁系统运行的安全和稳定性。

基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统的工作方法详细包括如下步骤：

1)通过模拟量适配模块、交流采样模块，可实现发电机三相定子电压、三相定子电流、发电机出口频率信号的采样工作，通过励磁电流适配模块可完成对系统励磁电流的采样，所有采样信号进入DSP处理器单元后，经过软件计算可得到发电机系统的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率及当前的励磁系统功率回路的各项数据；

本步骤中所述的信号的采集经过为：对于发电机三相定子电压Ug通过电压互感器(励磁PT，其变比为*/100V)将Ug降压；对于发电机三相定子电流Ig，通过电流互感器(励磁CT，其变比为*/5A)使电流变小，然后将处理后的定子电压、定子电流信号输送至模拟量适配模块，经过适配，使定子电压信号转换为满足交流采样模块和频率测量模块输入的电压信号，使定子电流信号转换为满足交流采样模块输入的电压信号。将适配后三相定子电压中的一相送至频率测量模块的输入端，经测频电路后变为方波信号送至DSP的捕捉引脚输入端。将经过适配后满足交流采样模块的电压信号送至交流采样模块的输入端，由交流采样模块的模数转换器将模拟量转换为数字量通过数据总线最后送至DSP数据输入端。

2)通过开关量输入模块和第一电平转换模块1，励磁控制器可完成对系统开关量信号的采集，进而可以检测到当前发电机系统的状态(停机状态、试验状态、空载运行状态或并网带载状态)、运行方式(恒压运行、恒流运行或其它的工作方式)以及其它的开关量信息。

3)中央数据处理模块对采集到的开关量信号和计算得到的各项数据进行识别、判断和处理，并根据当前发电机系统的运行状态，经由PID计算和各种保护限制程序检验校正后，可得出智能功率回路所需的移相脉冲的控制角度α(15°-150°)。

4)最后DSP处理器单元通过现场总线发送给智能功率柜单元，功率单元可根据控制角度产生触发脉冲进而完成对整流桥中晶闸管的触发，输出励磁电流。同时，通过现场总线将各种数据和状态量发送给智能显示单元，完成系统各种变量和图形的显示。

综上所述可知，该励磁控制器可通过对各种信号的采集与计算，可通过控制输出α大小，控制励磁系统励磁电流的改变，从而达到自动调节发电机电压和无功负荷的目的。

上述步骤中硬件完成步骤描述如下：

步骤1)中所述的信号的采集经过为：对于发电机三相定子电压Ug通过电压互感器(励磁PT，其变比为*/100V)将Ug降压；对于发电机三相定子电流Ig，通过电流互感器(励磁CT，其变比为*/5A)使电流变小，然后将处理后的定子电压、定子电流信号输送至模拟量适配模块，经过适配，使定子电压信号转换为满足交流采样模块和频率测量模块输入的电压信号，使定子电流信号转换为满足交流采样模块输入的电压信号。将适配后三相定子电压中的一相送至频率测量模块的输入端，经测频电路后变为方波信号送至DSP的捕捉引脚输入端。将经过适配后满足交流采样模块的电压信号送至交流采样模块的输入端，由交流采样模块的模数转换器将模拟量转换为数字量通过数据总线最后送至DSP数据输入端。

上述步骤中所述的信号的计算用励磁控制规律的软件实现：首先，由DSP的事件管理器通过对捕捉引脚上方波信号的处理，可得出发电机出口的电压频率。得到了频率可通过软件锁相环和交流采样子程序可完成系统模拟量的交流采样，通过计算子程序可得到发电机系统的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率。然后通过DSP内部A/D转换器可计算得出系统的励磁电流。按照励磁系统主要逻辑及各种保护/限制功能子程序可由CPU直接计算出控制脉冲所需的当前控制角α，然后通过数据发送/接受子程序将控制角发送给智能功率柜单元，由其完成触发脉冲的形成，控制整流桥，完成对励磁电流的控制。

本实用新型所述所包含的软件子程序为：

交流采样子程序：完成模拟量的交流采样；

开关量输入子程序：完成对系统开关量的输入控制；

开关量输出子程序：完成对系统开关量的输出控制；

软件锁相环子程序：确保每个采样周期的信号都在同一个周期内；

模拟量计算子程序：计算出发电机机端电压、定子电流、有功/无功、励磁电流、励磁电压；

PID计算子程序：计算得出当前的整流桥触发角度α，及系统各种状态量；

数据发送/接收子程序：完成与其它智能模块之间的数据发送和接收任务；

外扩存储器的读/写子程序：完成励磁系统一些主要固定变量的存储；

标幺子程序：完成各项数据的标幺计算；

励磁系统主要逻辑及各种保护功能子程序：完成对励磁系统的逻辑判断及各种保护和限制功能；

辅助发电机完成型式试验的试验子程序(仅在发电机进行型式试验时使用，不再详细说明)。

如图7所示，本实用新型所述对励磁电流控制的软件流程如下：

(1)系统上电复位；

(2)系统程序初始化：按照初始化程序，初始化系统各项状态和各个控制寄存器；

(3)关中断：禁止所有中断；

(4)初始化PIE中断向量表：程序开始重新定位系统的中断向量，使其指向用户自己定义的中断子程序；

(5)开中断；使能所有中断；

(6)系统进入主循环程序，等待中断，如中断响应则进入下一步用户定义的系统子程序，如无响应中断，则继续等待；

(7)进入系统子程序后，程序分为三个分支分别运行，分别执行数据存储程序、开关量输入程序和模拟量处理程序；

在这一步中，对于模拟量处理程序又可分为如下步骤：

①执行频率测量程序：完成对同步发电机出口端的频率测量；

②根据所测得的系统频率可实现软锁相环，进而完成交流采样程序；

③根据外扩存储器中对一些模拟量的初始设定，完成对系统关键模拟量的计算，并将需要的模拟量存入外扩存储器中；

(8)执行数据标幺程序，完成主要模拟量的标幺化；

(9)对开关量输入程序处理的开关量完成系统辨识，确认系统运行状态与运行方式，完成PID计算，得到系统当前需要的控制角度α；同时确认系统各种运行状态；

执行完上一步后，系统程序分两个分支运行：

(10)对于经过PID运算后，重新确认系统状态赋值给对应的开关量；

(11)同时，执行保护限制程序，对计算得到的控制角α进行检验和校正；

(12)执行数据接收发送程序，将最后的控制角α和开关量通过现场总线向系统的其它节点发送出去。

本实用新型基于32位浮点型DSP为核心的数字式励磁控制系统以TI公司最新推出的高性能DSP芯片TMS320f28335(32位，浮点型处理器)为中央处理器，以MAX1324芯片作为系统关键信号的A/D转换模块，通过双高速CAN网络实现主控单元与智能显示单元、智能功率柜单元之间的数据传递。主控单元DSC与智能显示单元构成本实用新型所描述的励磁控制器系统，最后通过向智能功率柜发送脉冲控制角α，与智能功率柜单元一起完成对发电机的控制。

Claims (8)

1.一种基于32位浮点型处理器的数字式励磁控制系统，包括：

模拟量采样单元：用于对发电机定子电压、定子电流、励磁电流等信号的采集；

开关量输入与输出单元：用于完成对系统开关量信号的采集与输出；

CPU主控单元：用于完成对所有数据的转换和逻辑运算，计算得出当时工况下所需的可控硅触发角度，完成对主要故障信号的报警与处理；

显示单元：用于完成主要数据和各种运行状态信号、报警信号显示；

其特征在于它主要包括：

DSP处理器模块、开关量输入模块、第一电平转换模块、第二电平转换模块、开关量输出模块、模拟量适配模块、频率测量模块、交流采样模块、数据存储模块、励磁电流适配模块、第一数据收发模块、第二数据收发模块和智能显示单元模块；

所说的开关量输入模块的输出端连接第一电平转换模块的输入端，第一电平转换模块的输出端连接DSP处理器模块的I/O输入端；

所说的第二电平转换模块的输入端与DSP处理器模块的I/O输出端连接，第二电平转换模块的输出端连接开关量输出模块的输入端；

所说的模拟量适配模块输出端连接交流采样模块的输入端，对于交流采样模块，其数据输出端连接至DSP处理器模块的数据总线输入端，DSP处理器模块的控制交流采样的逻辑输出端连接交流采样模块的控制总线输入端；同时，在模拟量适配模块的输出端，其中一路定子电压信号输出连接至频率测量模块的输入端；频率测量模块的输出端连接DSP处理器模块的捕捉输入端；DSP处理器模块的SPI输出端与数据存储模块的输入端连接；励磁电流适配模块的输入端与智能功率柜单元的励磁电流输出端连接，励磁电流适配模块的输出端与DSP处理器模块的内部A/D的输入端连接；DSP处理器模块的CAN1通讯输出端与第一数据收发模块的输入端双向连接，第一数据收发模块的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接；DSP处理器模块的CAN2通讯输出端与第二数据收发模块的输入端双向连接，第二数据收发模块的输出端分别与智能显示单元和智能功率单元的输入端双向连接。

2.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的开关量输入模块由低通滤波电路、光隔离电路、二极管显示电路和逻辑转换电路组成，其第一级电路对24V开关量信号进行低通滤波后，通过第二级光隔离电路将信号由24V转换为5V并通过发光二极管显示，再通过第三级的逻辑转换电路取反后送至第一电平转换模块的输入端；

所说的第一电平转换模块由电平转换芯片与对应的接口电路构成，将采集到的5V开关量信号转换为3.3V后输入至DSP处理器模块的I/O输入端；所说的第二电平转换模块由电平转换芯片与对应的接口电路构成，将从DSP处理器模块I/O输出端接收到的3.3V开关量信号转换为5V后输入至开关量输出模块的输入端；

所说的开关量输出模块由两级逻辑转换电路、光隔离电路和二极管显示电路组成，将接收到的5V开关量信号经过两次逻辑转换，通过光隔离电路转换为24V信号，并且通过发光二极管显示出来，最后输送出去。

3.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的模拟量适配模块由模拟量预处理电路组成，模拟量输入信号包括同步发电机定子电压和定子电流两种基本信号，由常规的运放电路组成，通过适配电路将三相定子电压信号，三相定子电流信号调整至满足交流采样模块输入端所需的电压范围，送至交流采样模块的输入端，同时将完成适配的定子电压三相中的一相，输送至频率测量模块的输入端。

4.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的频率测量模块由滤波电路、输入限幅电路、电压比较输出电路、输出限幅保护电路组成，通过这些电路将单相的定子电压信号，转换为5V的方波信号输出至DSP处理器模块的捕捉引脚输入端。

5.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的交流采样模块与DSP处理器模块的接口电路是由模数转换器和数字信号处理器及相关的接口器件所组成，DSP通过控制总线的逻辑控制信号对模数转换器完成控制，经过模拟量模块处理后的模拟信号输入交流采样芯片后，直接转换为可满足DSP输入端电压要求的数字信号通过数据总线输入DSP芯片的数据输入端，然后按照软件所设计的交流采样算法进行处理，得到相关的控制参数。

6.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的数据存储模块由外部扩展存储器组成，DSP通过SPI与外扩铁电存储器连接，在系统运行过程中实现高速简捷的通讯，随时保存工作过程中采集的开关量信息和时间标签，完成数据的读、写工作，并且支持掉电保存。

7.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的励磁电流适配模块主要由励磁电流适配电路组成，它将从智能功率柜单元采集到的励磁电流信号通过电阻分压变为电压信号后，再通过合理的运放适配电路，将励磁电流信号处理为满足DSP处理器模块内部A/D输入所要求的电压信号，输送给DSP处理器单元，完成励磁控制器对系统励磁电流信号的采样。

8.按照权利要求1所说的控制系统，其特征在于所说的数据收发模块，包括第一数据收发模块与第二数据收发模块，由CAN通讯电路组成，主要包括光隔离电路、CAN收发电路以及相关的适配电路，实现CAN通讯信号的光隔离，数据接收和发送工作；第一数据收发模块和第二数据收发模块的输入端分别与DSP处理器模块的CAN1通讯口和CAN2通讯口相连接构成双CAN网冗余网络，数据收发模块的输出端与智能显示模块和智能功率柜单元的通讯输入口相连接，构成冗余高速双CAN网通讯网络，其中通讯网路的每个节点都具有网络自检功能，当网络出现故障时，可实现运行网络和备用网络的自动切换，进而保证了励磁系统运行的安全和稳定性。

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