水輪發電機組控制系統設計

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伴隨著水電站增效擴容項目的步伐,水輪發電機組裝機容量進行增加,電廠勵磁控制系統信息量全面擴大,采集處理數據的速度要求全面提升,現以DSP:Tms320f2812為核心控制芯片,設計水力發電最小勵磁控制系統。Tms320f2812型號32位的DSP芯片是TI公司比較新的產品,其技術先進、功能強大,用哈佛結構、硬件乘法、流水線技術、專用信號尋址方式、提高數據處理及傳輸能力。其內部集成了ADC模塊、EV模塊、SPI串行外設接口、SCI串行通訊接口、Mcbsp多通道串行、eCAN網絡控制器、大容量儲存器,簡化硬件電路,30MHz無源晶振提供核心芯片時鐘,Pll控制寄存器的低4位提供Pll倍頻系數。芯片Tms320f2812CPU工作高頻為150MHz,本電路倍頻系數設為5。基準電壓ADC用3V,ADCrefm、ADCrefp、引腳接Esr端50mΩ～1.5Ω的10μF旁路電容,剩下一端接模擬地,ADCrese-xt接24.9kΩ偏置電阻。

1有芯片Tms320f2812構成的電源電路

隨著半導體制造工藝進步和發展,3.3V、1.8V低電壓集成電路應用更廣,比傳統5V更低、功耗更小、性能更優。Tms320f2812外部I/O電壓為3.3V,內核電壓為1.8V,Tps系列電源穩定性好,這里采用Tps系列電源為Tms320f2812提供電能。Tps767hd318芯片為Tms320f2812提供電源,原理圖如圖1所示。工業專用芯片Tps767hd318,工作范圍-40oC～+125oC溫度段之間,為增加電源芯片散熱速度,采用芯片下方敷設銅面散熱;電流經電容C5濾波,由Tps767hd318輸出1.8V和3.3V電壓,3.3V電源為Tms320f2812提供內核及I/O接口電壓。

2仿真器接口設計

為14腳JTAG插頭圖,目標層Ti調試接口用五個標準的IEEE1149.1信號Trst,Tck,Tms,Tdi,Tdo及兩個擴展口Emu0,Emu1,可把目標連接至掃描控制器,插頭要測試時鐘返回信號Tck_ret,電源Vcc和地,Tck_ret是掃描控制器的測試時鐘,在許多系統中,會把TEK_RET接Tck用作測試時鐘,Emu0、Emu1接上拉電阻,可以仿真。

3Tms320f2812串口

串行通信接口Sci是雙線異步串口,Tms320f2812使用這種串口,Sci接口支持CPU,并可與non-return-zero格式外圍設備通信,Sci接收發送器各有FiFo,減少了空間服務,有獨立的使能位、中斷位,半雙工通信模式獨立操作,全雙工通信模式可進行操作,Scia引導代碼可選擇Sci-a啟動,電路圖如圖3所示,圖中C33,C34,C35,C36,C37濾波電容;串口芯片MAX3232,用3.3V電源供電,也可與DSP引腳相接供電。

4基準電源

系統用2V電壓作為基準電壓,可用Ref19x提供基準電壓,該電源可在-40℃～80℃范圍工作,電壓經10μF,0.1μF濾波電容后,輸出接1μF、0.1μF濾波電容,Sleep引腳接VIN工作,如圖4所示。

5Tms320f2812芯片通訊用eCAN

Tms320f2812用eCAN模塊,據CAN2.0標準兼容性,可制定協議在電子噪聲時與控制器進行通信,eCAN模塊提供通用性、魯棒性串行通信,考慮兼容性問題,用Sn65hvd251芯片,通信速度1Mbps,C38濾波電容,R6限流電阻。

6結語

本文設計的最小勵磁控制系統,電源通用性較好,系統電路較為簡單,通訊和存儲都可以滿足中小型電站機組使用,在所有DSP勵磁控制系統中將硬件電路簡化都最小范圍,為后期維護、檢修提供方便。

作者：張小行 劉德輝 郭道芬 單位：南昌工程學院機械與電氣工程學院