亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于FPGA的OPTODYN通信協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2018-08-01 01:13:42吳述超劉威鵬魏民權(quán)張寶華
        山東電力技術(shù) 2018年7期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)處理測(cè)量系統(tǒng)

        吳述超,劉威鵬,魏民權(quán),張寶華,周 琦

        (許繼電氣股份有限公司,河南 許昌 461000)

        0 引言

        目前,直流輸電工程[1-2]主要應(yīng)用光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量直流電壓和電流信號(hào),采用混合式或光纖式的測(cè)量和傳感技術(shù)。光測(cè)量系統(tǒng)[3-4]由承擔(dān)傳感和絕緣作用的室外高壓一次部分與承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸作用的室內(nèi)二次部分組成。

        混合式光測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展較早,技術(shù)成熟,以西門(mén)子和ABB的產(chǎn)品為主,在2012年前,其應(yīng)用和裝備數(shù)量占多數(shù)。例如±660 kV寧東工程、±500 kV貴廣1回和貴廣2回工程、±800kV云廣和糯扎渡特高壓工程等[5]。南方電網(wǎng)工程中大量采用西門(mén)子的互感器[6-7]和配套的二次采集設(shè)備,由西門(mén)子負(fù)責(zé)光測(cè)量系統(tǒng)中二次設(shè)備的生產(chǎn)、調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。故障產(chǎn)品需要返回西門(mén)子維修,存在維修費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、無(wú)故障原因說(shuō)明等問(wèn)題,導(dǎo)致無(wú)法分析、定位和查明直流系統(tǒng)停機(jī)的故障點(diǎn)和原因。因此,光測(cè)量系統(tǒng)二次設(shè)備的備品備件的持續(xù)供應(yīng)保障和檢修維護(hù),以及二次設(shè)備改造和相關(guān)聯(lián)的控制保護(hù)設(shè)備的改造,受到國(guó)外廠商和技術(shù)的限制,給后續(xù)工程維護(hù)帶來(lái)困難。

        隨著工程運(yùn)行時(shí)間增加,光測(cè)量系統(tǒng)的二次設(shè)備逐漸老化,工程故障率呈增長(zhǎng)趨勢(shì),光測(cè)量系統(tǒng)二次設(shè)備的故障率和維護(hù)工作量也在逐漸增加,部分設(shè)備由于不能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)需要更換,這些情況和產(chǎn)生的潛在問(wèn)題都給工程運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。部分產(chǎn)品因采用的元器件已經(jīng)沒(méi)有廠商提供,導(dǎo)致備品備件無(wú)法持續(xù)供應(yīng),工程檢修維護(hù)無(wú)法得到保障,只能采用大量?jī)?chǔ)備備件的辦法暫時(shí)解決困難。但是大量備件不僅占?jí)嘿Y金,備件的性能也會(huì)在儲(chǔ)備和保存的過(guò)程中降低,不是最好的解決方案。

        研究光測(cè)量系統(tǒng)二次設(shè)備的替代技術(shù)和產(chǎn)品是針對(duì)西門(mén)子混合式光測(cè)量系統(tǒng)維護(hù)、改造的最好選擇。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,更多新技術(shù)可以應(yīng)用到替代品的研制,更能滿足直流測(cè)量系統(tǒng)和控制保護(hù)系統(tǒng)的性能要求。

        1 直流測(cè)量系統(tǒng)組成與協(xié)議

        西門(mén)子的直流測(cè)量系統(tǒng)(Hybrid Optical Measuring Equipment,簡(jiǎn)稱 HOM)包括兩大部分[8-9],遠(yuǎn)端采集模塊OPTODYN(以下簡(jiǎn)稱OPTODYN)和數(shù)據(jù)采集處理裝置SIMADYN D或TDC(以下簡(jiǎn)稱處理裝置)。OPTODYN應(yīng)用在高壓測(cè)量系統(tǒng)的高壓側(cè),處理裝置放置在控制保護(hù)室。OPTODYN是光測(cè)量系統(tǒng)中唯一位于直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)的電子部分。兩部分的連接采用光纖通信方式,無(wú)電氣接觸。OPTODYN和處理裝置的光發(fā)送和光接收部分如圖1所示。

        圖1 光通信系統(tǒng)示意

        處理裝置中的激光能量單元發(fā)送合適功率激光到OPTODYN,為OPTODYN的正常工作提供電能。激光能量單元還具有一定的自檢功能,可以檢測(cè)激光管的工作電流,并及時(shí)發(fā)出告警信息,保證系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。OPTODYN送采樣數(shù)據(jù)到采集單元,經(jīng)數(shù)據(jù)提取、校驗(yàn)、緩沖、轉(zhuǎn)換等處理后送數(shù)據(jù)處理單元,按照工程應(yīng)用的要求進(jìn)一步處理后即可使用。

        HOM系統(tǒng)的通信協(xié)議是一種自定義的通信協(xié)議,圖2是該通信協(xié)議的時(shí)序圖。協(xié)議從起始位開(kāi)始,起始位后有若干個(gè)空閑位,空閑位為備用數(shù)據(jù)位,然后是12位數(shù)據(jù)位,MSB在前,LSB在后,最后是空閑位和校驗(yàn)位。

        2 樣機(jī)設(shè)計(jì)

        2.1 硬件設(shè)計(jì)

        仿真樣機(jī)的硬件主要包括AD采樣回路、激光能量接收及轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送回路和協(xié)議實(shí)現(xiàn)模塊FPGA等;樣機(jī)硬件還具有其他輔助功能,如測(cè)溫回路和復(fù)位電路等。樣機(jī)硬件原理如圖3所示。AD采樣回路負(fù)責(zé)接收外部模擬信號(hào),濾波后傳送給AD采樣芯片,完成AD采樣;激光能量接收及轉(zhuǎn)換模塊為整個(gè)硬件回路提供電能和同步信號(hào);FPGA負(fù)責(zé)AD采樣的啟動(dòng)及數(shù)據(jù)接收、協(xié)議實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)的輸出;數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)的光電轉(zhuǎn)換。

        圖2 HOM系統(tǒng)通信協(xié)議時(shí)序

        仿真樣機(jī)的硬件選用的是基于Xilinx Spartan6系列 FPGA,所用芯片為 XC6LX45。Spartan6是Xilinx提供的面向成本優(yōu)化的FPGA器件,可提供各種業(yè)界領(lǐng)先的連接特性,如小型封裝以及高邏輯引腳比、MicroBlazeTM軟處理器、800 Mb/s DDR3 支持以及各種多樣化支持性 I/O協(xié)議等。器件采用45 nm技術(shù)構(gòu)建,器件系列提供一種新的更高效的雙寄存器查找表(LUT)結(jié)構(gòu),片內(nèi)集成SDRAM控制器、第二代DSP48A1單元等硬核。器件功耗降低,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性省電模式,支持快速喚醒功能的掛起模式可保持配置和狀態(tài),從而可將靜態(tài)功耗降低20%~30%,睡眠節(jié)電模式支持零功耗。為最大化性能,同時(shí)盡可能減少功耗和芯片使用,Spartan-6器件采用較高的DSP48A1 Slice與通用邏輯比,以便在數(shù)學(xué)運(yùn)算量較大的情況下使用。 DSP48A1 Slice支持眾多獨(dú)立功能,包括乘法器、乘法累加器(MACC)、預(yù)加法器/減法器+乘法累加器、乘法器+加法器、寬總線多路復(fù)用器以及寬計(jì)數(shù)器??蓪⒍鄠€(gè)DSP48A1 Slice連在一起,以實(shí)現(xiàn)寬數(shù)學(xué)函數(shù)、DSP運(yùn)算、濾波器以及復(fù)雜運(yùn)算,而且不會(huì)浪費(fèi)任何通用FPGA邏輯。

        圖3 樣機(jī)硬件原理

        2.2 FPGA程序設(shè)計(jì)

        程序功能如圖4所示,主要有數(shù)據(jù)處理與發(fā)送模塊、AD采樣模塊以及測(cè)溫模塊等,其中測(cè)溫模塊是考慮利用原數(shù)據(jù)協(xié)議中的空閑位而增加的功能,用于驗(yàn)證OPTODYN的工作環(huán)境,為進(jìn)一步提高工作可靠性提供預(yù)研。AD采樣模塊實(shí)現(xiàn)控制一次側(cè)互感器采樣的功能,包括發(fā)出啟動(dòng)采樣命令、讀取采樣數(shù)據(jù)等;測(cè)溫模塊實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)功能,發(fā)出溫度檢測(cè)命令并接收溫度數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理與發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)、電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)和AD采樣數(shù)據(jù)的接收并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機(jī)。

        2.3 基于狀態(tài)機(jī)的數(shù)據(jù)處理與發(fā)送程序設(shè)計(jì)

        使用狀態(tài)機(jī)原理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理與發(fā)送。數(shù)據(jù)的處理與發(fā)送模塊負(fù)責(zé)所有模塊的時(shí)序及跳轉(zhuǎn)的控制,由一個(gè)5狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn),其狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖5所示。

        圖4 程序功能

        Idle為空閑狀態(tài)時(shí),檢測(cè)狀態(tài)機(jī)的使能信號(hào)SYNC是否為高電平,當(dāng)SYNC有效時(shí),進(jìn)入數(shù)據(jù)采樣及發(fā)送操作時(shí)序狀態(tài)。在CLK時(shí)鐘上升沿的控制下,由IDLE狀態(tài)依次進(jìn)入S1、S2、S3、S4狀態(tài)。在S1狀態(tài)時(shí),數(shù)據(jù)處理和發(fā)送模塊輸出控制時(shí)鐘CSN輸出低電平,CNV輸出高電平,SC輸出時(shí)鐘信號(hào);在S2狀態(tài)時(shí),數(shù)據(jù)處理和發(fā)送模塊CSN和SC輸出保持,發(fā)送報(bào)文頭;在S3狀態(tài)時(shí),數(shù)據(jù)處理和發(fā)送模塊CSN和SC輸出保持,SCK輸出時(shí)鐘信號(hào),接收AD采樣數(shù)據(jù);在S4狀態(tài)時(shí),CSN和SC輸出中止,SCK輸出時(shí)鐘信號(hào),數(shù)據(jù)處理和發(fā)送模塊校驗(yàn)AD采樣數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成時(shí),數(shù)據(jù)處理和發(fā)送模塊有效輸出結(jié)束。有限狀態(tài)機(jī)回到IDLE狀態(tài),操作時(shí)序結(jié)束。

        3 仿真驗(yàn)證

        根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案,采用Xilinx公司的ISE14.6軟件對(duì)其進(jìn)行VHDL編程設(shè)計(jì),并在modelsim10.1軟件中進(jìn)行時(shí)序仿真和編程實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)發(fā)送操作時(shí)序驗(yàn)證如圖6所示。當(dāng)數(shù)據(jù)處理時(shí)鐘SYNC啟動(dòng)時(shí),CNV產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào),程序啟動(dòng)AD采樣模塊,并發(fā)送通信起始位,起始位完成后發(fā)送空閑位,若干個(gè)空閑位后發(fā)送AD數(shù)據(jù)起始位及數(shù)據(jù)頭;同時(shí)啟動(dòng)AD采樣時(shí)鐘,獲取AD采樣數(shù)據(jù),并開(kāi)始發(fā)送AD采樣數(shù)據(jù);有效數(shù)據(jù)發(fā)送完成后發(fā)送空閑位和校驗(yàn)位,所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成后結(jié)束本周期的工作。下一個(gè)數(shù)據(jù)處理時(shí)鐘SYNC到來(lái)時(shí)啟動(dòng)下一個(gè)循環(huán)周期。

        在ISE14.6中完成該模塊的綜合,生成可執(zhí)行文件,下載到仿真樣機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試在國(guó)產(chǎn)化的SIMADYN D設(shè)備和自主開(kāi)發(fā)完成仿真樣機(jī)上完成驗(yàn)證,并在處理裝置中測(cè)量得到通信數(shù)據(jù)的波形如圖7所示。圖中通道1為同步信號(hào)SYNC,通道2為DTS信號(hào)。

        圖7 OPTODYN仿真樣機(jī)輸出數(shù)據(jù)錄波

        將圖7的通道1、通道2分別與圖6的SYNC和DTS信號(hào)做比較可得,利用FPGA為主要元件開(kāi)發(fā)的仿真樣機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,完成了OPTODYN通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。仿真樣機(jī)可以代替OPTODYN與SIMADYN D設(shè)備的正常通信,滿足產(chǎn)品調(diào)試以及備品備件功能和性能測(cè)試的需求,緩解工程運(yùn)維的壓力,為進(jìn)一步開(kāi)展OPTODYN的替代研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        基于FPGA設(shè)計(jì)仿真樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了OPTODYN通信協(xié)議,經(jīng)仿真測(cè)試和調(diào)試驗(yàn)證滿足應(yīng)用需求。本設(shè)計(jì)已在試驗(yàn)設(shè)備中使用,運(yùn)行穩(wěn)定,驗(yàn)證了FPGA有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)OPTODYN通信協(xié)議設(shè)計(jì)的正確性和可行性?;贔PGA開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議功能具有通信數(shù)據(jù)和報(bào)文格式可靈活定義及擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。該模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可根據(jù)新的需求進(jìn)行修改需求實(shí)現(xiàn)自主化的通信協(xié)議,增加溫度等各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),不僅具有較強(qiáng)的可移植性,還提高了產(chǎn)品的可靠性。

        猜你喜歡
        數(shù)據(jù)處理測(cè)量系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        認(rèn)知診斷缺失數(shù)據(jù)處理方法的比較:零替換、多重插補(bǔ)與極大似然估計(jì)法*
        ILWT-EEMD數(shù)據(jù)處理的ELM滾動(dòng)軸承故障診斷
        WJ-700無(wú)人機(jī)系統(tǒng)
        ZC系列無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)
        把握四個(gè)“三” 測(cè)量變簡(jiǎn)單
        滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量和計(jì)算
        滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量與計(jì)算
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        測(cè)量
        性一交一乱一乱一视频| 精品日韩一区二区三区av| 一国产区在线观看| 国产系列丝袜熟女精品视频| 亚洲欧洲AV综合色无码| 日韩精品极品免费观看| 天堂精品人妻一卡二卡| 亚洲熟妇av一区二区在线观看| 人妻少妇进入猛烈时中文字幕| 性无码一区二区三区在线观看| 777米奇色8888狠狠俺去啦| 伊人久久大香线蕉av一区| 精品丝袜人妻久久久久久| 老色鬼永久精品网站| 久久精品成人一区二区三区蜜臀| 手机在线免费观看av不卡网站| 国产精品一区二区三久久不卡| 亚洲国产精品久久电影欧美| 天堂а√在线中文在线新版 | 国产亚洲蜜芽精品久久| 日韩欧美在线观看成人| 亚洲一码二码在线观看| 开心久久综合婷婷九月| 看久久久久久a级毛片| 777午夜精品免费观看| 国产成人免费a在线视频| 日本啪啪一区二区三区| 国产三级不卡在线观看视频| 国产精品黑丝高跟在线粉嫩 | 国产精品成人观看视频| 亚洲an日韩专区在线| 国产一区二区三区资源在线观看| 精品一区二区三区a桃蜜| 日本无遮挡真人祼交视频| 丰满少妇呻吟高潮经历| 波多野结衣一区二区三区高清| 99热这里只有精品69| 特黄三级一区二区三区| 国产在线视频91九色| 亚洲男同gay在线观看| 野花在线无码视频在线播放|