CN204030543U - 一种基于dsp和fpga架构的光纤差动保护主控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，包括数据处理模块和光纤通道处理模块，数据处理模块包括控制器、A/D采样模块、总线接口模块、开入量采集模块、继电器输出模块，光纤通道处理模块包括FPGA、光纤信号接口模块和时钟模块，控制器分别与A/D采样模块、总线接口模块、FPGA相连，所述开入量采集模块、继电器输出模块分别与总线接口模块相连，光纤信号接口模块、时钟模块与FPGA相连。本实用新型设有光纤通道处理模块，由光纤通道处理模块完成光纤通道的高级数据链路编解码，提高了系统的整体性能，满足了现行电力自动化监控保护装置中光纤差动保护的要求。

Description

一种基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统

技术领域

本实用新型涉及一种继电保护装置，特别涉及一种基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统。

背景技术

随着光纤通信技术、继电保护技术的迅速发展，光纤等通信设备的成本也逐渐下降，电力通信网络的发展和普及为光纤差动保护的大规模应用提供了充足的通道资源。光纤差动保护具有安全可靠、灵敏度高、动作速度快、不受系统振荡影响等优点，在110kV及以下等级的电网中得到了广泛的应用。

但是常规中、低压等级的继电保护装置的设计中，主控系统的CPU负责数据采集、计算及逻辑处理，没有更多的资源去处理光纤通道的数据编解码任务，即使有部分生产厂家装置采用主CPU完成以上功能，往往采取的是降低采样通道数据量的措施，如用间隔传送计算结果替换实时采样数据，这样因为缺乏准确的实时数据，无法加载一些优化的保护算法，降低了装置的整体性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、整体性能好的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，包括数据处理模块和光纤通道处理模块，所述数据处理模块包括控制器、A/D采样模块、总线接口模块、开入量采集模块、继电器输出模块，所述光纤通道处理模块包括FPGA、光纤信号接口模块和时钟模块，所述控制器分别与A/D采样模块、总线接口模块、FPGA相连，所述开入量采集模块、继电器输出模块分别与总线接口模块相连，所述光纤信号接口模块、时钟模块与FPGA相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述数据处理模块还包括人机交互模块，所述人机交互模块与总线接口模块相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述数据处理模块还包括第一存储模块，所述第一存储模块与控制器相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述第一存储模块包括Flash存储器和SDRAM存储器，所述Flash存储器、SDRAM存储器分别与控制器相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述光纤通道处理模块还包括第二存储模块，所述第二存储模块与FPGA相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述总线接口模块包括SPI接口和RS232接口。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述光纤通道处理模块还包括B码接口，所述B码接口与FPGA相连。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述控制器的主芯片采用TMS320F28335。

上述基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统中，所述FPGA的主芯片采用EP3C10E144A7。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型设有光纤通道处理模块，由光纤通道处理模块中的FPGA控制光纤信号接口模块中光纤信号的收发，完成光纤通道的高级数据链路编解码，另外本实用新型在现有光纤差动保护系统的基础上扩展了开入量采集模块、继电器输出模块及人机交互模块，提高了系统的整体性能，满足了现行电力自动化监控保护装置中光纤差动保护的要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1中控制器主芯片的电路图。

图3为图1中控制器的隔离驱动电路图。

图4为图1中FPGA主芯片的电路图。

图5为图1中时钟模块的电路图。

图6为图1中第二存储模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括数据处理模块1和光纤通道处理模块2，所述数据处理模块1包括控制器、第一存储模块、A/D采样模块、总线接口模块、开入量采集模块、继电器输出模块、人机交互模块，所述控制器分别与A/D采样模块、总线接口模块、第一存储模块相连，所述开入量采集模块、继电器输出模块、人机交互模块分别与总线接口模块相连。

如图2所示，控制器的主芯片采用TI公司的TMS320F28335芯片，内带浮点协处理器，有效提高了处理能力，所述数据处理模块1的输入电压为5V，采用TPS62124芯片将输入电压转换为3.3V供给控制器，以LMR10510稳压电源提供内核工作的1.8V电压。

所述第一存储模块包括512K外部Flash存储器和512K外部SDRAM存储器，Flash存储器用于存放如录波信息、SOE信息等需要掉电保存的较大容量数据，确保其在传送到人机交互模块进行集中存储前不会丢失。系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中。Flash存储器和SDRAM存储器为数据管理提供功能强大的平台。

A/D采样模块扩展了16个模拟量采集通道，交流信号首先通过OP07负反馈电路进行滤波，然后由3片ADG409BR进行电子开关切换，将16路信号分时接入AD7656采样芯片的6个输入端口，完成本地的模拟量采集，AD7656将转化的数字信号结果送入控制器。

所述总线接口模块包括SPI接口和RS232接口，如图3所示，数据处理模块1通过SN74LVC4245A芯片对SPI接口进行驱动隔离，实现5V与3.3V端口电压的转换，控制器经总线接口模块连接开入量采集模块和继电器输出模块，可以控制采集32位开入信号，同时驱动16路继电器的开出信号，数据处理模块1通过自带的RS232接口，将包括实时数据、设定值、SOE信息、录波信息等传送到人机交互模块，人机交互模块完成显示及对外通讯的功能；同时也接受外部的控制指令，实现人机交互功能。

光纤通道处理模块2包括FPGA、B码接口、光纤信号接口模块、第二存储模块和时钟模块，所述光纤信号接口模块、B码接口、时钟模块、第二存储模块分别与FPGA相连，FPGA与控制器相连。

如图4所示，FPGA主芯片采用ALTRA公司的EP3C10E144A7芯片，由专门的TPS62140电源芯片提供+1.2V的内核工作电源。

如图5所示，所述时钟模块的主芯片采用DS1306EN，DS1306EN时钟芯片作为系统自带的时钟源，光纤通道处理模块2同时可以通过B码接口接收外部的秒脉冲和B码对时信号，并通过解析得到同步时钟，为整个系统提供精确地时钟基准。

如图6所示，第二存储模块为片外寄存器EPCS16SI8N，FPGA的代码存储在片外寄存器EPCS16SI8N中，在装置上电或复位时，从该寄存器加载配置信息，然后在FPGA芯片中运行。

光纤信号接口模块采用两个1550nm的光收发器，满足120kM超远距离传输，构图成两路光纤通讯收发回路。

Claims (9)

1.一种基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：包括数据处理模块和光纤通道处理模块，所述数据处理模块包括控制器、A/D采样模块、总线接口模块、开入量采集模块、继电器输出模块，所述光纤通道处理模块包括FPGA、光纤信号接口模块和时钟模块，所述控制器分别与A/D采样模块、总线接口模块、FPGA相连，所述开入量采集模块、继电器输出模块分别与总线接口模块相连，所述光纤信号接口模块、时钟模块与FPGA相连。

2.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述数据处理模块还包括人机交互模块，所述人机交互模块与总线接口模块相连。

3.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述数据处理模块还包括第一存储模块，所述第一存储模块与控制器相连。

4.如权利要求3所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述第一存储模块包括Flash存储器和SDRAM存储器，所述Flash存储器、SDRAM存储器分别与控制器相连。

5.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述光纤通道处理模块还包括第二存储模块，所述第二存储模块与FPGA相连。

6.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述总线接口模块包括SPI接口和RS232接口。

7.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述光纤通道处理模块还包括B码接口，所述B码接口与FPGA相连。

8.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述控制器的主芯片采用TMS320F28335。

9.如权利要求1所述的基于DSP和FPGA架构的光纤差动保护主控系统，其特征在于：所述FPGA的主芯片采用EP3C10E144A7。