1.2 監控模塊

　　1.2.1 CAN 通信模塊

　　當前有很多微控制器將CAN 控制器嵌入到系統之中，DSP 56F807 內部也集成有CAN 控制器， 它支持標準和擴展信息幀， 外圍只需連接CAN 收發器即可以方便地將CAN 控制器連接到CAN 總線網絡上， 網絡上任一節點均可在任意時刻主動向網絡上其他節點發送信息，實時接收和發送數據。

　　1.2.2 其他模塊

　　RS-485 通訊： 通訊采用485 主從網絡， 使用MAXIM公司生產的差分平衡性收/發器芯片MAX485 ，MAX485系列芯片采用半雙工通訊， 可以實現多臺器件綜合保護的聯網功能。每個IC 芯片包含一個驅動器和一個接收器， 符合RS-485/RS-422 通訊標準。

　　6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器， 具有溫度、電流和電壓補償功能， 在本次設計中， 使用6N137 光耦合器將DSP 中TXD1 和RXD1 信號與TX和RX 隔離開。

　　顯示電路： 作為電機保護系統的顯示模塊， 本系統使用的LCD 是TG160128A1, 它已由制造商裝配好了液晶顯示驅動， 并提供了驅動電路的接口， 通過DSP56F807的I/O 口可以實現對LCD 的讀寫操作。

　　電源模塊：DSP 的工作電壓是3.3 V， 而開發板的供電電壓為5 V， 所以必須做一個5 V~3.3 V 電壓的轉換。

　　使用了AS1117M5 -33 芯片把5 V 電壓轉換為3.3 V 電壓。數字電源和模擬電源之間用磁珠相連， 數字地和模擬地之間也用磁珠相連。模擬地和模擬電源之間連小電容， 數字地和數字電源之間也連小電容。

　　2 系統軟件設計

　　在電機保護裝置中， 各檢測節點定期采集現場的電壓電流信號， 然后用傅里葉算法對采集來的數據進行分析處理， 計算出電壓、電流的有效值和各次諧波分量值，并進行幅值、相位、正負序等實時參數計算， 判斷得到的實時值是否超過限定值， 即判斷是否發生故障， 并通過CAN 總線將數據發送到上位機。

　　2.1 系統總體軟件

　　設計本系統軟件設計采用的是模塊化設計， 分為三個部分： 初始化模塊、系統控制模塊和通信模塊。初始化模塊主要完成DSP 系統、外設部件， 以及系統管理方式的初始化等。由于電機保護系統是實時性要求嚴格的系統，因而采用主程序模塊和中斷子程序模塊相結合的方法。

　　中斷子程序主要由保護模塊和通信模塊組成。主程序流程圖以及保護模塊流程圖如圖3 所示。

?

圖3 系統流程圖

　　2.2 各相電流、電壓幅值算法

　　由于56F807 芯片具有以下優點： 在一個指令周期內可以完成一次加法和一次乘法， 程序和數據空間分開， 可以同時訪問指令和數據、支持流水線操作， 使取址、譯碼和執行等操作可以重疊進行。另外其主頻極高，可以為在設計中采用復雜、精確的保護算法提供時間保證。故求取電流與電壓的幅值均采用付氏濾波算法。先求出付氏正、余弦系數， 再用平方、開方公式算出幅值。

　　設輸入電量為：

?

　　如有離散后一周波內連續N 點采樣值Y1、Y2，Y3,Yn， 則可求出全周傅氏正、余弦函數如下：

?

　　式中：N 為一周波采樣點數，600 Hz 采樣頻率時，N=12。

　　k=1 時得到基波的正、余弦系數為：

?

　　然后依據（6） 式計算出幅值的精確值， 進行準確、可靠的故障判斷。

?

　　由（6）式對幅值的計算中有兩次平方和一次開方， 計算量比較大， 所以選用有著強大計算功能的DSP， 可以不用考慮時間問題而保證幅值的精確性， 從而保證了保護的可靠性。

　　2.3 負序電流算法的選擇

　　負序電流作為電機保護中一種判據， 在判斷是否有不對稱故障和不對稱故障的類型時， 有著非常重要的作用。由于選用的DSP 有著非常強大的處理數據的能力，可以考慮用軟件計算的方法替代硬件邏輯的方法， 不僅可能減少硬件的連接， 而且能夠提高整個保護的可靠性和精確性。

　　由于三相電流XA、XB、XC可以根據對稱分量法分解為正序、負序和零序三個分量， 而對稱分量負序與三相基波相量的關系為：

?

　　由于采樣率為每周12 點， 三相電流采樣瞬時值為XA（k）、XB （k）、XC （k）， 則通過快速負序算法， 實際中取瞬時負序電流為：

?

　　由（8） 式可以看出， 負序電流的瞬時值于A 相第k點采樣，B 相第k 和第k-4 點采樣值以及C 相的第k-4點采樣值有關， 利用電流幅值計算公式就可以精確計算出負序電流的幅值。