谐波电能计量多CPU信息流协同技术研究

　　1　引　言

　　随着数字信号处理技术、芯片制造技术的飞速发展,出现了多种高精度电能计量SoC芯片、高运算处理速度的数字信号处理(DSP)芯片及多控制功能的MCU等嵌入式CPU,通过多CPU之间的明确分工和高效协同,可实现系统高精度、高实时性、多功能等任务要求[1]。同时,随着通信技术与计算机技术及网络技术的融合,推动了多CPU协同处理技术研究在机械控制、数控系统、计算仪器等诸多领域的广泛发展与应用[2~4]。

　　针对当前电力行业谐波电能计量装置的迫切需求,本文研制一种基于TDK6515H+ADSP-BF531+M30624多CPU协同的三相多功能谐波电能表,通过建立多信息流决策管理平台,采用多中断源触发的协同处理机制与秒定时事件的同步数据方法,实现高准确度电能计量、21次谐波分析、多项管理功能等工作任务,为当前国内外电力行业谐波电能计量产品的设计与研发提供重要的参考方案。

　　2　谐波电能计量多CPU系统的构成

　　谐波电能计量多CPU系统分为电能计量与电参数测量、谐波分析、信息流管理三个单元,每个单元包含单一CPU模块,通过各单元信息流的协同处理与管理平台的并发控制,可实现21次电网谐波数据分析、基波与各次谐波电能计量、实时参量测量、各项管理功能等工作任务。仪器的结构与信息流工作示意图如图1所示。

　　图1中信息流INF1为总、分相各功率与电压、电流、频率等实时参量的测量结果,其每隔1 s与管理平台交换一次数据;信息流INF0为三相电网电压、电流采样与调理后A/D的数字量,实时连续传递至ADSP谐波数据分析单元,采用加窗插值的FFT算法处理[5, 6],将该谐波计量与分析信息流INF2匹配信息流INF1交互时间,与管理单元每隔1s交换一组数据;管理单元控制核心M30624协同决策信息流INF1、INF2处理事件,同步更新数据至各工作任务模块。

　　3　系统多CPU协同的信息传输

　　系统采用不同类型的CPU构成,因此,各CPU单元之间的信息传输与交换采用不同的管理方式,信息交互根据总线格式选定对应的接口定义,并通过建立包含数据冗余与前导数据的通信数据帧格式,提高各CPU信息流交互的可靠性与高效性。

　　3. 1　实时A /D采集信息流INF0

　　三相实时电压、电流信号分别经过分压电阻、仪用TA取样网络调理后,由TDK6515H模拟前端(AFE)内部21位A/D实现数据转换,经数据缓存同步更新3路电压(VA~VC)、3路电流(IA~IC)共6路A/D数据至内部CE数据存储器。控制寄存器SSI_CKGATE位设置为1,使能TDK连续发送内部CE数据内容,将地址连续的6路实时交流小信号的A/D采集数据INF0发送至外部。参考TDK同步SSI传输规则,使能控制寄存器SSI_EN位,匹配TDK系统时钟、数据帧起始标志,连续移位6路A/D采集数据INF0至ADSP。图2为6路A/D采集信息流INF0传输时序图。