以太網(wǎng)控制器CS8900A線路保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，我國電網(wǎng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，對于線路保護(hù)裝置的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的微處理器結(jié)構(gòu)和基于RS485、CAN 總線的通信方案已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)的需要。數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)、復(fù)雜可編程序邏輯器件CPLD 技術(shù)和以太網(wǎng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，為電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步提供了有利的條件?；谶@種發(fā)展趨勢，文中開發(fā)研制了一種基于TMS320F2812 的針對于中低壓線路的微機(jī)保護(hù)裝置。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　裝置硬件按功能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，核心CPU 模塊采用保護(hù)DSP+監(jiān)控DSP 的雙CPU 結(jié)構(gòu)，它們之間通過CAN 口實(shí)現(xiàn)信息共享。DSP 采用的是TI 公司的32 位高性能定點(diǎn)處理器芯片TMS320F2812，該芯片處理能力好（150MIPS）、程序存儲(chǔ)器大（128k 字的FLASH）、片內(nèi)外設(shè)豐富、事件管理能力強(qiáng)、具有在線仿真功能，使得接口、模塊化設(shè)計(jì)以及調(diào)試都很方便。

　　模擬量數(shù)據(jù)采集電路

　　模擬量數(shù)據(jù)采集電路主要完成電壓、電流等模擬量的采集、信號(hào)調(diào)理和A/D 轉(zhuǎn)換工作。電網(wǎng)實(shí)際的高電壓、大電流信號(hào)經(jīng)過一次PT、CT 和數(shù)據(jù)采集板上二次小PT、CT 兩次變換后，還需要通過信號(hào)調(diào)理電路才能變?yōu)锳/D 轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍。信號(hào)調(diào)理電路如圖2 所示。

　　圖2 模擬量信號(hào)調(diào)理電路

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是TI 公司的16 位、6 通道同步采樣A/D 轉(zhuǎn)換器ADS8364。ADS8364 的三組啟動(dòng)轉(zhuǎn)換端holdA、holdB 、holdC 由2812 的同一I/O口經(jīng)過CPLD 控制，每隔T/N （T 為測得模擬信號(hào)周期，N 為周期采樣點(diǎn)數(shù)）時(shí)間，啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換。ADS8364 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，2812 檢測到該中斷后，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

　　CPLD 電路

　　CPLD 采用的是XILINIX 公司推出的復(fù)雜可編程邏輯芯片XC95108。該芯片具有支持IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 引腳，支持ISP 方式下載程序。能反復(fù)擦寫內(nèi)部邏輯，可以在外部I/O 引腳和接線不變的情況下實(shí)現(xiàn)CPLD 內(nèi)部邏輯的改變。CPLD 在裝置硬件設(shè)計(jì)中的作用主要是：地址譯碼、產(chǎn)生時(shí)延信號(hào)、擴(kuò)展I/O 口以及解決外設(shè)芯片和2812 之間的速度匹配問題。其功能框圖如圖3 所示。

　　圖3 CPLD功能框圖

　　通信電路

　　通信電路主要擔(dān)負(fù)著監(jiān)控CPU 與外部通信的功能。其與外部的通信方式主要是RS485/232 和以太網(wǎng)接口。RS485/232 通過2812 自帶的SCIA/B 實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)接口電路采用低功耗的以太網(wǎng)控制器

　　CS8900A，RJ45 接口，與IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CS8900A 被設(shè)置為16 位工作模式，和2812 之間的數(shù)據(jù)傳輸采用的是默認(rèn)的I/O 方式。其應(yīng)用電路如圖4 所示。

　　圖4 以太網(wǎng)控制器CS8900A應(yīng)用電路圖

　　基于DSP、CPLD 和以太網(wǎng)通信技術(shù)，該文研制了一套針對于中低壓線路的微機(jī)保護(hù)裝置。該裝置經(jīng)過相關(guān)測試后已經(jīng)投入現(xiàn)場運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行表明該裝置結(jié)構(gòu)簡單，處理精度高，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的保護(hù)功能。而且在此基礎(chǔ)上經(jīng)過軟硬件平臺(tái)的升級，可以較方便的實(shí)現(xiàn)高壓線路保護(hù)的功能。