一種基于dsp的新型電參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種基于DSP的新型電參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科技的發(fā)展和環(huán)保意識的增強(qiáng)，變頻調(diào)速、變頻軟啟動在石油、石化行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但由于現(xiàn)場環(huán)境的不同，各生產(chǎn)單位采用不同的變頻器，使得變頻器沒有統(tǒng)一的規(guī)范，導(dǎo)致抽油機(jī)在參數(shù)調(diào)節(jié)、節(jié)能效果方面存在很大差別。
[0003]由于交流變頻器輸出的電壓和電流中既有按調(diào)速要求輸出的低頻率基波分量，又含有由開關(guān)引起的高次諧波分量，在對系統(tǒng)電參數(shù)進(jìn)行綜合測量時(shí)，不同種類的普通電氣儀表，因其測量原理及其適用范圍不同、測量儀表和測量電路不同，所得到的數(shù)據(jù)也不同。若測量儀表選擇不當(dāng)，測量結(jié)果就會出現(xiàn)很大的誤差，以致無法進(jìn)行日常簡單的維護(hù)和故障診斷。若測量方法不當(dāng)，則有可能毀壞變頻器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于DSP的新型電參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用兩個(gè)DSP芯片來分別采集變頻器前、后端的電壓、電流信號并計(jì)算出相關(guān)電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)分析變頻器輸入輸出側(cè)的電能質(zhì)量的目的。
[0005]其技術(shù)方案是包括主DSP模塊、從DSP模塊、和外部擴(kuò)展接口主，其中，外部擴(kuò)展接口主要用于與系統(tǒng)底板、雙端口 RAM、觸摸屏接口、無線模塊接口、SD卡接口以及USB接口連接;
所述的主DSP模塊主要負(fù)責(zé)同步采集變頻器輸入側(cè)的各相電流、電壓信號，通過電流通道信號調(diào)理電路和電壓通道信號調(diào)理電路，利用ANF算法，從采集到的信號中提取出電網(wǎng)頻率從而實(shí)時(shí)調(diào)整采樣頻率；并且利用無線模塊同步采集示功圖的參數(shù)，利用快速傅里葉算法分別計(jì)算出各相電流、電壓的基波及3-21次諧波有效值及相應(yīng)的功率、功率因數(shù)電力參數(shù)；SDSP同時(shí)負(fù)責(zé)完成人機(jī)界面交互、遠(yuǎn)程通信以及所有電參數(shù)的存取功能；另外主DSP和從DSP相互間的同步協(xié)調(diào)工作也由主DSP通過雙端口 RAM的數(shù)據(jù)交互來完成；
所述的從DSP模塊主要負(fù)責(zé)接收主DSP發(fā)來的啟動命令，再同步采集變頻器輸出側(cè)各相電流、電壓信號，通過電流通道信號調(diào)理電路和電壓通道信號調(diào)理電路，從采集到的信號中提取出變頻器輸出信號頻率從而動態(tài)調(diào)整采樣頻率；并且利用快速傅里葉算法分別計(jì)算出各相電流、電壓的基波及3-21次諧波有效值及相應(yīng)的功率、功率因數(shù)電力參數(shù)并將計(jì)算出來的參數(shù)存儲于雙端口 RAM中，同時(shí)向雙端口 RAM中的固定地址單元寫入數(shù)據(jù)有效標(biāo)志以便通知主DSP模塊讀取變頻器輸出側(cè)各相電參數(shù)。
[0006]上述的主從DSP模塊的系統(tǒng)核心板主要包括TMS320F28335芯片、外圍電路、電源電路，外圍電路包括振湯電路和復(fù)位電路。
[0007]上述的主從DSP的系統(tǒng)核心板主要包括TMS320F28335芯片、外圍電路、電源電路，外圍電路包括振湯電路和復(fù)位電路。
[0008]上述的電流通道信號調(diào)理電路包括電流互感器、運(yùn)算放大器，利用電流互感器進(jìn)行電氣隔離，減少變頻器輸入端和輸出端的電流干擾，
電流互感器互出的電流信號經(jīng)高精度取樣電阻R32后轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號，由U4D、R92、R93、R94組成的同相比例放大電路對電壓信號進(jìn)行放大，由于互感器輸出的是雙極性信號，經(jīng)過同相比例放大電路放大后其范圍是-3V - +3V，而TMS320F28335的AD轉(zhuǎn)換器輸入端只能接受單極性信號，其范圍是OV - +3V，因此需要進(jìn)行信號放大以及極性轉(zhuǎn)換；電阻R34和R36組成的分壓電路可將其轉(zhuǎn)換為單極性信號，同時(shí)利用電壓跟隨器U4C來提高輸出阻抗；另外為了防止現(xiàn)場的沖擊信號燒毀DSP端口，需要對DSP的AD輸入端口進(jìn)行保護(hù)，通過雙向肖特基二極管BAT54S可進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)跟隨器的輸出大于3V或小于OV時(shí)，其中的一個(gè)二極管導(dǎo)通，將電壓嵌位在3V或0V，電容C30、Cl 18、C35可以濾除線路上的高頻干擾信號。
[0009]上述的電壓通道信號調(diào)理電路主要由電流型電壓互感器、運(yùn)算放大器組成，變頻器輸入端和輸出端的電壓很大，且干擾嚴(yán)重，需要利用電壓互感器進(jìn)行電氣隔離，通過星格互感器SPT204，該互感器是電流型電壓互感器，起變比是2mA/2mA，并將電壓轉(zhuǎn)換為小于ImA的電流信號，電阻Rin由多個(gè)大功率、高精度電阻串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，將現(xiàn)場的大電壓信號轉(zhuǎn)換為小電流信號，運(yùn)算放大器U4A和電阻R29、R28、R27以及電容C26、C27組成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路將互感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，其范圍是-3V - +3V，其中電容C27是為了防止放大電路產(chǎn)生自激振蕩；電容C26和電阻R27用于校正互感器原邊和副邊之間的相位角，反并聯(lián)的兩個(gè)二極管D14和D15具有嵌位作用，主要用于保護(hù)后級電路，防止燒毀運(yùn)放及DSP貴重元器件。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用兩個(gè)DSP芯片來分別采集變頻器前、后端的電壓、電流信號并計(jì)算出相關(guān)電參數(shù)，即測出變頻器輸入側(cè)和輸出側(cè)各相電壓、電流的基波成分以及3-21次的諧波成分，同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的有功功率和功率因數(shù)等參數(shù)，并采用快速傅里葉(FFT)算法，實(shí)現(xiàn)分析變頻器輸入輸出側(cè)的電能質(zhì)量的目的；
能同時(shí)、同步采集抽油機(jī)變頻器輸入端和輸出端的電氣參數(shù)，進(jìn)而為分析油井工況和變頻器的節(jié)能效果提供理論依據(jù)，也為油田后期的理論研究提供最有效的原始數(shù)據(jù)，使采油廠達(dá)到最佳的投入與產(chǎn)出比。
【附圖說明】
[0011]附圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件框圖；
附圖2是本發(fā)明的主、從DSP系統(tǒng)板原理框圖；
附圖3是本發(fā)明的RAM擴(kuò)展原理圖；
附圖4是本發(fā)明的FLASH擴(kuò)展原理圖；
附圖5是本發(fā)明的核心板復(fù)位電路原理圖；
附圖6是本發(fā)明的電流信號調(diào)理電路原理圖；
附圖7是本發(fā)明的電壓信號調(diào)理電路原理圖；
附圖8是本發(fā)明的SD卡數(shù)據(jù)存取模式程序流程圖；
附圖9是本發(fā)明的普通電能表模式程序流程圖； 附圖10是本發(fā)明的手動啟停模式編程流程圖；
附圖11是本發(fā)明的全自動啟停模式編程流程圖；
附圖12是本發(fā)明的半自動模式編程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]結(jié)合附圖1-12，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
本發(fā)明包括:包括主DSP模塊、從DSP模塊、和外部擴(kuò)展接口主，其中，外部擴(kuò)展接口主要用于與系統(tǒng)底板、雙端口 RAM、觸摸屏接口、無線模塊接口、SD卡接口以及USB接口連接；為了實(shí)現(xiàn)變頻器的節(jié)能，以及分析抽油機(jī)工作狀況，需要同時(shí)、同步測量變頻器輸入端和輸出端的電氣參數(shù)、示功圖參數(shù)；因此本發(fā)明以變頻器輸入端和輸出端電參數(shù)、示功圖參數(shù)為研究對象，研究變頻器電參數(shù)與示功圖參數(shù)同步采集的方法，并將測量數(shù)據(jù)存儲于大容量存儲器中，為分析變頻器節(jié)能效果、油井工況提供理論依據(jù)。
[0013]由于主、從DSP進(jìn)行6路快速傅里葉(FFT)運(yùn)算時(shí)需要大容量的隨機(jī)存儲器(RAM),而TMS320F28335內(nèi)部集成的隨機(jī)存儲器只有68K字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)算需要，為此需要外擴(kuò)隨機(jī)存儲器；同樣，由于系統(tǒng)軟件代碼復(fù)雜，需要的只讀存儲器(ROM)容量很大，而TMS320F28335內(nèi)部集成的FLASH只有512K字節(jié)，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展。外部擴(kuò)展接口主要用于和系統(tǒng)底板、雙端口 RAM、觸摸屏、GRPS模塊、SD卡以及USB模塊等連接。
[0014]參照附圖2:
(I)主DSP主要負(fù)責(zé)同步采集變頻器輸入側(cè)各相電流、電壓信號，利用ANF算法，從采集到的信號中提取出電網(wǎng)頻率從而實(shí)時(shí)調(diào)整采樣頻率；并且利用無線模塊同步采集示功圖的參數(shù)，利用快速傅里葉(FFT)算法分別計(jì)算出各相電流、電壓的基波及3-21次諧波有效值及相應(yīng)的功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)；SDSP同時(shí)負(fù)責(zé)完成人機(jī)界面交互、遠(yuǎn)程通信以及所有電參數(shù)的存取功能；另外兩DSP相互間的同步協(xié)調(diào)工作也由主DSP通過雙端口 RAM的數(shù)據(jù)交互來完成。
[0015](2 )從DSP接收到主DSP發(fā)來的啟動命令后負(fù)責(zé)同步采集變頻器輸出側(cè)各相電流、電壓信號，從采集到的信號中提取出變頻器輸出信號頻率從而動態(tài)調(diào)整采樣頻率；并且利用快速傅里葉(FFT)算法分別計(jì)算出各相電流、電壓的基波及3-21次諧波有效值及相應(yīng)的功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)并將計(jì)算出來的參數(shù)存儲于雙端口 RAM中，同時(shí)向雙端口 RAM中的固定地址單元寫入數(shù)據(jù)有效標(biāo)志以便通知主DSP讀取變頻器輸出側(cè)各相電參數(shù)。
[0016]參照附圖3:主從DSP的系統(tǒng)核心板的外部RAM擴(kuò)展采用ISSI的IS61LV51216 RAM芯片，IS61LV51216是一個(gè)8M位容量、結(jié)構(gòu)為512KX16位字長的高速率SRAM，采用ISSI公司的高性能CMOS工藝制造。高度可靠的工藝水準(zhǔn)加上創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)造就了這款高性能、低功耗器件。當(dāng)/CE處于高電平(未選中)時(shí)，IS61LV51216進(jìn)入待機(jī)模式，在此模式下，功耗可降低至CMOS輸入標(biāo)準(zhǔn)。DSP的XZCS6區(qū)與XA19地址線控制外部RAM的片選，S61LV51216使用IS61LV51216的低觸發(fā)片選引腳(/CE)和輸出使能引腳(/0E)，可以輕松實(shí)現(xiàn)存儲器擴(kuò)展。低觸發(fā)寫入使能引腳(/WE)將完全控制存儲器的寫入和讀取。同一單元的內(nèi)容允許高位字節(jié)(/UB)存取和低位字節(jié)(/LB)存取，存取時(shí)間為8-12ns，全靜態(tài)操作，不需時(shí)鐘或刷新，輸入和輸出兼容TTL標(biāo)準(zhǔn)，單電源3.3V供電，三態(tài)輸出，高字節(jié)數(shù)據(jù)和低字節(jié)數(shù)據(jù)可分別控制；低待機(jī)功耗一低于2 mA (典型值)的CMOS待機(jī)模式。
[0017]參照附圖4:主從DSP的系統(tǒng)核心板的外部FLASH擴(kuò)展采用SST公司生產(chǎn)的SST39VF800芯片，SST39VF800采用SST專有的高速CM