水轮发电机组控制系统设计

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伴随着水电站增效扩容项目的步伐,水轮发电机组装机容量进行增加,电厂励磁控制系统信息量全面扩大,采集处理数据的速度要求全面提升,现以DSP:Tms320f2812为核心控制芯片,设计水力发电最小励磁控制系统。Tms320f2812型号32位的DSP芯片是TI公司比较新的产品,其技术先进、功能强大,用哈佛结构、硬件乘法、流水线技术、专用信号寻址方式、提高数据处理及传输能力。其内部集成了ADC模块、EV模块、SPI串行外设接口、SCI串行通讯接口、Mcbsp多通道串行、eCAN网络控制器、大容量储存器,简化硬件电路,30MHz无源晶振提供核心芯片时钟,Pll控制寄存器的低4位提供Pll倍频系数。芯片Tms320f2812CPU工作高频为150MHz,本电路倍频系数设为5。基准电压ADC用3V,ADCrefm、ADCrefp、引脚接Esr端50mΩ～1.5Ω的10μF旁路电容,剩下一端接模拟地,ADCrese-xt接24.9kΩ偏置电阻。

1有芯片Tms320f2812构成的电源电路

随着半导体制造工艺进步和发展,3.3V、1.8V低电压集成电路应用更广,比传统5V更低、功耗更小、性能更优。Tms320f2812外部I/O电压为3.3V,内核电压为1.8V,Tps系列电源稳定性好,这里采用Tps系列电源为Tms320f2812提供电能。Tps767hd318芯片为Tms320f2812提供电源,原理图如图1所示。工业专用芯片Tps767hd318,工作范围-40oC～+125oC温度段之间,为增加电源芯片散热速度,采用芯片下方敷设铜面散热;电流经电容C5滤波,由Tps767hd318输出1.8V和3.3V电压,3.3V电源为Tms320f2812提供内核及I/O接口电压。

2仿真器接口设计

为14脚JTAG插头图,目标层Ti调试接口用五个标准的IEEE1149.1信号Trst,Tck,Tms,Tdi,Tdo及两个扩展口Emu0,Emu1,可把目标连接至扫描控制器,插头要测试时钟返回信号Tck_ret,电源Vcc和地,Tck_ret是扫描控制器的测试时钟,在许多系统中,会把TEK_RET接Tck用作测试时钟,Emu0、Emu1接上拉电阻,可以仿真。

3Tms320f2812串口

串行通信接口Sci是双线异步串口,Tms320f2812使用这种串口,Sci接口支持CPU,并可与non-return-zero格式外围设备通信,Sci接收发送器各有FiFo,减少了空间服务,有独立的使能位、中断位,半双工通信模式独立操作,全双工通信模式可进行操作,Scia引导代码可选择Sci-a启动,电路图如图3所示,图中C33,C34,C35,C36,C37滤波电容;串口芯片MAX3232,用3.3V电源供电,也可与DSP引脚相接供电。

4基准电源

系统用2V电压作为基准电压,可用Ref19x提供基准电压,该电源可在-40℃～80℃范围工作,电压经10μF,0.1μF滤波电容后,输出接1μF、0.1μF滤波电容,Sleep引脚接VIN工作,如图4所示。

5Tms320f2812芯片通讯用eCAN

Tms320f2812用eCAN模块,据CAN2.0标准兼容性,可制定协议在电子噪声时与控制器进行通信,eCAN模块提供通用性、鲁棒性串行通信,考虑兼容性问题,用Sn65hvd251芯片,通信速度1Mbps,C38滤波电容,R6限流电阻。

6结语

本文设计的最小励磁控制系统,电源通用性较好,系统电路较为简单,通讯和存储都可以满足中小型电站机组使用,在所有DSP励磁控制系统中将硬件电路简化都最小范围,为后期维护、检修提供方便。

作者：张小行 刘德辉 郭道芬 单位：南昌工程学院机械与电气工程学院