基于DSP和CPLD的电机智能保护装置的设计

　　O引言

　　全国每年因电机过载、短路、堵转、接地、缺相运行等故障引起的电机烧毁事故频繁发生，直接经济损失巨大。本文介绍的基于DSP和CPLD的电机智能保护装置将有效地解决这些问题。

　　1硬件系统设计

　　硬件系统采用了Tl公司的TMS320LF24O7ADSP作为微控制器，并使用CPLD辅助DSP控制整个系统。系统总体结构框见图1。

　　1.1模拟信号采集调理模块

　　模拟信号采集调理模块主要功能是将需要检测的电压、电流和接地电流等经过电压互感器、电流互感器和零序电流互感器引人系统，经信号转换、采样保持和模数转换后变成DSP可识别的数字信号。然后经过数据处理后根据要求进行判断，以决定是否操作继电器控制线路动作。其1路采集调理电路，如图2所示。

　　1.2A/D采样电路

　　根据系统的精度、速度以及输人信号范围等指标，模拟信号的采样选用了2片14位并行中速A/D转换芯片AD7865。AD7865芯片与DSP的接口电路，如图3所示。

　　1.3DSP微控制器

　　DSP负责数据处理及保护功能，主要完成的任务有:A/D采样值的转换、交流采样算法的实现、电机保护算法的实现、控制执行机构动作、人机接口多级菜单的实现。

　　1.4CPLD模块

　　在系统中采用CPLD的原因有如下几点:

　　(l)DSP虽具有强大的数据处理能力，但其控制性能却大大低于MCS51、ARM系列等微处理器。

　　(2)DSP的速度较快，因此要求译码的速度也必须快。利用小规模逻辑器件译码的方式，已不能满足DSP系统的要求。

　　(3)DSP系统中，也经常需要外部快速部件的配合，而这些部件往往是专门的电路，由可编程器件实现。

　　(4)CPLD的时序严格，速度较快，可编程好，非常适合于实现译码和专门电路。CPLD芯片采用Al一TERA公司MAX30oo系列器件中的EPM3218ATC100。其主要功能包括外围芯片地址空间译码，DSP、SRAM以及LCD的读写信号的控制，AD7865的采样触发信号等。

　　1.5开关，输入输出模块

　　开关量输人主要用于显示各种开关状态，如断路器的位置、接地刀位置、手动合闸、手动分闸、保护动作情况以及装置的各种报警功能;而开关量输出包括跳闸信号、合闸信号和报瞥信号的输出。

　　1.6其他模块

　　利用DSP系统的丰富资源，系统还设计了液晶显示模块、键盘模块、通讯模块等功能模块，使系统具有良好的人机操作界面。

　　2软件系统

　　电机智能保护器软件系统整体结构，如图4所示。

　　DSP软件部分完成采样控制、算法实现、外围芯片操作以及通讯协议实现，其主程序流程图如图5所示。DSP软件开发所采用的编程环境为TI公司提供的开发工具CCSZCCDebugTool，该工具及编辑、编译以及调试环境于一体，用户可通过该软件利用仿真器调试应用程序。