水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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伴隨著水電站增效擴(kuò)容項(xiàng)目的步伐,水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量進(jìn)行增加,電廠勵(lì)磁控制系統(tǒng)信息量全面擴(kuò)大,采集處理數(shù)據(jù)的速度要求全面提升,現(xiàn)以DSP:Tms320f2812為核心控制芯片,設(shè)計(jì)水力發(fā)電最小勵(lì)磁控制系統(tǒng)。Tms320f2812型號32位的DSP芯片是TI公司比較新的產(chǎn)品,其技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大,用哈佛結(jié)構(gòu)、硬件乘法、流水線技術(shù)、專用信號尋址方式、提高數(shù)據(jù)處理及傳輸能力。其內(nèi)部集成了ADC模塊、EV模塊、SPI串行外設(shè)接口、SCI串行通訊接口、Mcbsp多通道串行、eCAN網(wǎng)絡(luò)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(shí)鐘,Pll控制寄存器的低4位提供Pll倍頻系數(shù)。芯片Tms320f2812CPU工作高頻為150MHz,本電路倍頻系數(shù)設(shè)為5。基準(zhǔn)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(gòu)成的電源電路

隨著半導(dǎo)體制造工藝進(jìn)步和發(fā)展,3.3V、1.8V低電壓集成電路應(yīng)用更廣,比傳統(tǒng)5V更低、功耗更小、性能更優(yōu)。Tms320f2812外部I/O電壓為3.3V,內(nèi)核電壓為1.8V,Tps系列電源穩(wěn)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(yè)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(shè)銅面散熱;電流經(jīng)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(nèi)核及I/O接口電壓。

2仿真器接口設(shè)計(jì)

為14腳JTAG插頭圖,目標(biāo)層Ti調(diào)試接口用五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE1149.1信號Trst,Tck,Tms,Tdi,Tdo及兩個(gè)擴(kuò)展口Emu0,Emu1,可把目標(biāo)連接至掃描控制器,插頭要測試時(shí)鐘返回信號Tck_ret,電源Vcc和地,Tck_ret是掃描控制器的測試時(shí)鐘,在許多系統(tǒng)中,會(huì)把TEK_RET接Tck用作測試時(shí)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(shè)備通信,Sci接收發(fā)送器各有FiFo,減少了空間服務(wù),有獨(dú)立的使能位、中斷位,半雙工通信模式獨(dú)立操作,全雙工通信模式可進(jìn)行操作,Scia引導(dǎo)代碼可選擇Sci-a啟動(dòng),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(zhǔn)電源

系統(tǒng)用2V電壓作為基準(zhǔn)電壓,可用Ref19x提供基準(zhǔn)電壓,該電源可在-40℃～80℃范圍工作,電壓經(jīng)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(jù)CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)兼容性,可制定協(xié)議在電子噪聲時(shí)與控制器進(jìn)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(jié)語

本文設(shè)計(jì)的最小勵(lì)磁控制系統(tǒng),電源通用性較好,系統(tǒng)電路較為簡單,通訊和存儲都可以滿足中小型電站機(jī)組使用,在所有DSP勵(lì)磁控制系統(tǒng)中將硬件電路簡化都最小范圍,為后期維護(hù)、檢修提供方便。

作者：張小行 劉德輝 郭道芬 單位：南昌工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院