登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
摘要:单片机协处理器能分担主处理器的部分工作,使电力测控系统在运行速度、功能需求等性能上有明显的改善。 关键词:单片机协处理器硬件略图 软件 前言 在电力测量及保护系统中,通常是由单片机构成数个乃至数十个前端处理器。它们通过串行通信与微机构成的中央处理器相连接,形成一个完整的系统,以实现对电力系统的遥测、遥信、遥调、遥控等功能。 前端处理器的核心就是单片机,从目前的情况来看,以Intel公司的16位单片机80C196系列(KB、KC等)应用最广。单片机要处理的问题很多。如 I/O量、A/D模数转换、键盘、通信、显示等,处理一圈所花费的时间常称之为前端处理器的运行周期。在整个系统中,前端处理器的数量较多,中央处理器对其进行巡检时会花去较多的时间。若能将前端处理器的运行周期缩短,毫无疑问能提高整个系统的运行及处理速度,使系统的性能得以改善。
被处理的各量中,以模拟量的处理较为复杂且耗时较长。模拟量的处理内容较多,如模拟量周期(即工频)的测定、模拟通道的选择(多个模拟量同一时刻选通一个)、A/D转换及存储等,有时还须采样/保持控制等。如能将模拟量交给一个协处理器去处理,势必会减轻主处理器的负担,缩短主处理器的运行周期,同时还能为增强某些功能需求创造条件。模拟量的计算通常是用傅氏算法,其精度又与模拟信号一周期内采样点的多少有关。采样点多,精度就高,但耗费的时间也多。若前端处理器采用单一的CPU,由于受到时间和模拟通道数量的限制,采样点大约在12~24点。若采用协处理器,采样点可多至30~36点,模拟通道多至 16个,也同样可正常工作。由于主处理器与协处理器的软件各自独立,使得在编制软件思想清晰,容易理顺。
一、硬件
图1给出了前端处理器中采用协处理器的硬件略图(只画出有关部分)。它的主处理器仍采用了当前流行的16位单片机80C196KB(IC6),协处理器采用了W78E51单片机(IC3)。W78E51的指令及性能同89C51,只是它的工作频率可以达到40MHz。由于有两个CPU同时运行,而且它们之间还有数据交换,如何去协调它们的工作是至关重要的,这需要通过硬件和软件的设计来加强保证。 图1中,IC1是8选1的模拟通道芯片MAX338,若通道数量超过8,可选用MAX306,其通道数量可达16个。IC2为12位带采样保持功能的 A/D模数变换芯片AD1674。IC4为地址锁存片74LS373,IC5为RAM存储芯片6264,它们附属于IC3,作为IC3的片外数据存储器。
硬件的工作过程是:工频电压或电流经处理后(经传感器或者电压/电流互感器、放大器、滤波器等处理)变为相应的模拟信号,分别从CI1的8个输入端(IN1~IN8)输入,具体选通哪路则取决于A0~A2的二进制数。而A0~A2又是由IC3的P10~P12决定。被选中通道的模拟量由IC1的 OUT输出,经跟随器后进入IC2进行A/D变换,由R/C、A0控制变换的过程,STA给出变换结束的信号,它们分别由IC3的P15~P17实施控制和测试。变换完成的数字量为12位,分两次输出,第一次为高8位(DB11~DB4),第二次为低8位(DB3~DB0,后加4个0)。这些数据经整理后依次存入数据存储器IC5中。IC3的P14是IC2的片选信号,P33是IC4、IC5的片选信号,通常为高电平,选不中。当进行A/D变换时,须先将 P14置低电平,选中该片,变换完成后,再置加高电平。当向IC5存、取数据时,须通过P33进行控制,过程同上。这样,可以防止A/D变换、IC5存取数据、IC3通过P0口向IC6传送数据这三者之间的相互交叉干扰。
周期值的测量是由一模拟通道提供工频信号,经斯密特触发器至IC3的P13进行。P13相邻两次电平下降的时间隔即可周期值。 IC3的P30、P31与IC6的P10、P11构成握手信号,将存放IC5中的各量依次取出,由IC3的P0口传至IC6的P0口,并存入指定的区间,再进行傅氏运算、处理和控制。IC5中存储的数据个数是1周期内各采样点的、各通道测得的数据个数的总和。设采样点为Rn,通道数为Rm,再加上前述的周期值(各量均为2字节),总的字节数C=2RnRm+2。当Rn=32,Rm=8,则C=2%26;#215;32%26;#215;8+2=514字节。当少于200字节时,也即采样点、通道数较少时,如Rn=16,Rm=6,IC3可用W78E52代替。W78E52可以利用片内的256个RAM来存储数据而省去片外的数据存储器,在硬件上更为简洁。
二、软件
图2是协处理器主程序软件框图。首先对有关的量进行说明:T0和T1是W78E51片内的两个定时器。T、Ta和Tb均为2字节寄存器,T用来存储测量出的周期值;
Ta存储两相邻采样点的时间间隔,因本例中采样点为32,将T右移5位即得Ta值;Tb是Ta对应的溢出值,用来产生T0中断。注意:以上诸量都须机器周期来表示,本例中采用24MHz晶振,一个机器周期的时间为0.5μs。Rm是模拟通道数,范围是1~8。Rn是采样点数,范围是1~32。 工作过程简述如下:当P13电位下跌时,周期测试开始,到第二次P13下跌时,周期测试结束(区间为AA~AD)。两次下跌的时间间隔即为工频的周期,具有准确的跟踪特性。在周期测试开始后4μs,T0溢出产生中断,执行中断子程序,总共32次。中断子程序都是在AD~AC间执行的,也即在第一周期内所有需要测量的量都已测出。从AD往后便是第二周期,主要用来计算Ta、Tb的值,并将IC5内的数据传送出去。
由此可见,协处理器的运行为2个周期,约 40ms。应说明的是:在上电的第一个周期内,因周期值还未测出,故须对Tb值先行设置。图3是中断子程序软件框图。 8个通道的A/D转换数据是先存入片内的RAM。这样来得快,以减少通道之间的相差(邻近通道之间的相差约为0.4%26;#176;),之后,再一次性地由片内RAM转存于片外RAM。执行一次T0中断子程序的时间约为256μs。当采样点为32时,时间间隔为625μs,绰绰有余。若将采样点增至 36,通道增至16个,则采样点间隔约为555μs,执行中断子程序的时间约为445μs,仍有足够的余量。
软件可以用汇编语言ASM51编写,也可以用对应的高级语言PL/M51或C51编写,但前者代码率高一些。
结束语
以上是协处理器的一般用法,在此基础上是否能进一步缩短运行周期和提高测量精度,是一个值得研究的课题。提高主处理器IC6和协处理器IC3的工作频率(如IC6采用16MHz,IC3采用36MHz)可以提高CPU的运行速度,以达到缩短运行周期的目的。
但有两点需要注意:一是CPU的外围芯片的速度必须跟得上;二是频率提高后,辐射增强,交叉干扰变得明显。因面,在印刷电路板的设计上须谨慎处理。 提高测量精度可以从3个方面着手。一是提高A/D转换精度,采用14位A/D变换芯片。不过,位数越多,变换所需的时间也越长。这在单一CPU中因时间限制,效果不好,而在协处理器中却容易实现。这里还有一个附带的问题,目前大都采用开关式稳压电源,耗电量省,但工作频率高,噪波大,通常有5~10mV, 这无疑限制了精度的提高。
因而,必须有一套优良的电源滤波系统,将噪波滤到1mV以下。有时这部分的电源干扰采用串联式稳压电源,其噪波可以做到 0.5mV以下。 二是采用同时式采样保持电路。在前述电路中,8个模拟通道的采样并不是同时进行而是按序进行的,后面的通道对前面的通道而言有一个时间上的滞后,这会给测量带来某些误差。常用的方法是将各模拟量的位置进行调整,将关系密切的量逐个紧排,以减少滞后带来的影响。
当然,提高协处理器的速度和采用高速A/D变换器也有助于滞后的减小(可做到0.2%26;#176;以内)。
然而,最终解决这个问题的办法是采用同时式采样保持电路,也即在图1的IC1前加入8片采样保持芯片,并由IC3实施控制。 三是各模拟量输入通道(包括传感器或电压/电流互感器、放大器、滤波电路等)均会形成一定的附加相移。若各通道的附加相移相等,则对测量的精度不会有影响。输入工频三相电A,B,C,各相相差应为120%26;#176;,由于附加相移不相等,显然会给测量带来影响,尤以测功率时明显。因而,应对各模拟通道的附加相移进行测量调整,使其尽可能相等。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星输配电网获悉,国家标准《电力用户需求响应节约电力测量与验证技术要求》已于近日发布,计划将于2019年7月起开始实施。标准规定了电力用户需求响应节约电力测量与验证的流程、算法、要求以及方法,该标准适用于需求响应项目中节约电力的测量与验证。主管部门为中国电力企业联合会、归口单位是全
北极星售电网获悉,中电联日前发布了关于征求中电联标准《电力需求侧管理项目节约电力测量技术规范》意见的函,该标准规定了电力需求侧管理项目的分类和项目节约电力的计算方法等,其中电力需求侧管理项目包含了能效电厂、移峰填谷、需求响应,削峰填谷项目包含了电力储能、蓄热、蓄冷以及负荷优化等项
近日,中电联标准《电力需求侧管理项目节约电力测量技术规范》正在征求意见,该标准规定了电力需求侧管理项目的分类和项目节约电力的计算方法等,其中电力需求侧管理项目包含了能效电厂、移峰填谷、需求响应,削峰填谷项目包含了电力储能、蓄热、蓄冷以及负荷优化等项目。详细如下:电力需求侧管理项目
使用NI电力测量套件,工程师能够将符合IEC,EN和IEEE国际标准的算法,与NILabVIEW系统设计软件和NI可重新配置I/O(RIO)硬件的自定义功能完美结合。工程师和科学家使用LabVIEW可以开发一个自定义的三相电能监测、计量和电能质量分析应用。使用这些工具包,工程师可以将温度、压力、声音、振动和控制I/O和电能测量相整合,从而构建完整的监测系统。2012年8月-美国国家仪器公司(NationalInstruments,简称NI)近日发布LabVIEW电力测量套件,它是一款专门针对于电力行业的工具包。通过这个工具包,工程师可以将50种信号和传
北京腾控科技有限公司依托其在电力自动化领域和控制领域的多年经验,充分结合用户需求,研发了电力测量保护专用可编程控制器——腾控T960可编程控制器,并于2011年7月1日正式发布推向市场。T-960可编程逻辑控制器是腾控科技T9系列PLC中的一款新品,使用最大频率72MHz的ARM工业级CPU,外扩32MSDRAM和4MFLASH,嵌入式操作系统,2M用户程序存储区和2M用户数据存储区。编程软件使用KWMULTIPROG,通过以太网下载程序,另有2路RS232/485接口。T-960集成8路DI、6路DO、3路AI、1路AO、3路交流电压采样、3路交流电
聚新型经营主体之力推进新型电力系统高质量发展李健张高张晓萱(国网能源研究院有限公司)党的二十届三中全会作出了“加快规划建设新型能源体系,完善新能源消纳和调控政策措施”和“建设全国统一电力市场”的改革部署,面对新形势新要求,亟须加快构建适应新型经营主体特性的体制机制,更好发挥新型经
统一行业认识,促进新型经营主体市场化发展安娜王春森(中国华能集团市场营销部)近日,国家能源局出台《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导意见》(以下简称《意见》),在概念定义、市场注册、调度运行、交易机制、计量结算等方面对当前电力领域新型经营主体发展、经营的问题予以规范明确。
辽宁大连位于辽东半岛最南端,三面环海。庄河市黄海海域,一座座海上风机随风转动;瓦房店市渤海湾畔,红沿河核电站的机组昼夜运行。这里还有众多火电厂、光伏电站。它们是大连建设新型电力系统的重要组成部分,生产的电能经过电网源源不断地输送至远方,点亮万家灯火。习近平总书记在新时代推动东北全
辽宁大连位于辽东半岛最南端,三面环海。庄河市黄海海域,一座座海上风机随风转动;瓦房店市渤海湾畔,红沿河核电站的机组昼夜运行。这里还有众多火电厂、光伏电站。它们是大连建设新型电力系统的重要组成部分,生产的电能经过电网源源不断地输送至远方,点亮万家灯火。习近平总书记在新时代推动东北全
新型电力系统建设不仅是技术系统的革新,更是涉及经济社会全局性问题的复杂过程。在系统梳理浙江新型电力系统建设面临的挑战与问题中,国网浙江电力发现,必须正视新型电力系统发展的经济性与持续深化改革问题,在经济、社会、环境等多方面进行综合考量。聚焦效率和效益,国网浙江电力提出构建大经济下
辽宁大连位于辽东半岛最南端,三面环海。庄河市黄海海域,一座座海上风机随风转动;瓦房店市渤海湾畔,红沿河核电站的机组昼夜运行。这里还有众多火电厂、光伏电站。它们是大连建设新型电力系统的重要组成部分,生产的电能经过电网源源不断地输送至远方,点亮万家灯火。习近平总书记在新时代推动东北全
近年来,有一个新概念大火。成为能源电力行业各大前沿论坛会议及技术专家口中的“常客”,它就是——构网型技术。何为“构网”?这项技术到底“构”了什么?是一张电网吗?这项技术又在能源电力行业掀起了怎样的技术新浪潮?电力系统新问题:“平衡”理想遇到“双高”冲击,怎么办?对于一个安全可靠的
为大力推进创新成果转化应用,最近,国网江苏省电力有限公司科技部组织召开新技术推广目录修订、2025年集中转化项目研讨会,深入分析转化成效,以现场实际应用需求为导向,经征集遴选和专业审核,形成了新技术推广目录修订版、2025年集中转化项目,奏响了赋能创新应用的激昂乐章,彰显其推动行业科技进
最近,第二届中国国际供应链博览会在北京落幕,国网江苏省电力有限公司通过图文展板、互动多媒体系统等方式,全方位、立体化、互动式展示了“UPFC沙盘统一潮流控制器”“大流量排涝智能机器人”等成果,彰显了公司在构建新型电力系统、打造绿色现代数智供应链方面取得的成就,得到了组委会及供应链上下
为深入贯彻落实党的二十届三中全会关于能源改革的相关部署,解决新型电力系统日渐紧迫的调节、消纳、保供问题,针对近年来涌现的分布式新能源、新型储能、虚拟电厂和智能微电网等新型经营主体,国家发展改革委、国家能源局超前谋划,积极引导,制定出台了《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导
李鹏(中国可再生能源学会常务理事)为深入贯彻落实党的二十届三中全会关于能源改革的相关部署,解决新型电力系统日渐紧迫的调节、消纳、保供问题,针对近年来涌现的分布式新能源、新型储能、虚拟电厂和智能微电网等新型经营主体,国家发展改革委、国家能源局超前谋划,积极引导,制定出台了《关于支持
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!