自学开发同步并车装置（此贴为一个记录贴）

登录 · 发表于 2015-10-16 12:46

本人从小语文就不好，中间可定很多错误语句。

从大学毕业到工作已经5年了。从最初的现场实习到PLC程序设计，到现场调试，一直在与自动电站，监控系统打交道，所用的器件只要是重要部分的器件几乎全都是进口器件，从开关到上层监控系统，深感国内的船舶配套公司只有核心技术，却没有技术核心，单纯的从PMS功率管理系统（自动电站）这一块来讲，所有的核心器件如：PPU（发电机保护与并车单元）与控制器（PLC）+HMI，都是一直在使用国外生产的产品，然后在进行二次程序开发（其实只是对PLC进行相应的程序编写），而相某些国际大的船舶配套公司比如伯瑞斯、康士伯都是采用自行研发的模块来进行PMS的操控，而这些设备的购买成本是相当的高昂，我在想如果哪一天，这些大公司，推出一个买他们的配电板就送对应的PMS系统的话，我们这些使用对外采购设备的公司该如何生存。于是我萌生了自行开发PMS系统的想法。
PPU的核心功能是并车功能，开发是一步一步进行的，所以我决定先开发同步并车装置。
说到开发，我自从工作以后除了有时需要，我会用51做一些简单的东西，其他的已经忘记的差不多了，大学我的专业是电气工程自动化专业，不怕大家笑话，我大学除了大1，后面各种课几乎都是靠补考才过的，时间都拿来玩游戏了。不过也和电站系统打了这些年的交道，对其的原理功能还是稍微有点了解，对其中的工作方式是完全七窍通了六窍，感谢现在的网络时代，各种资料网上都有，于是我开始恶补。为后面的开发做准备。
同步并车装置（船上几乎全是同步发电机）是用来将一台柴油机发电机并到电网上去的装置，其通过调整柴油机的转速来控制柴油机的频率，来达到使柴油发电机的相位与电网相位相等，在相等时发出同步合闸命令，将主开关合上，即完成了并车。
同步并车的要求有，电压幅值接近，频率相差不能超过0.5HZ，相位差不能超过27度。
为了后面的PPU功能开发，PPU带功率检测，谐波计算，有功无功功率计算，功率因数计算等等。所以我决定使用FFT算法来进行对相位的计算（这里的并车条件中的相位是指基波相位），于是我选择了DSP芯片来作为我的主控芯片。

我选择的核心控制芯片是28346，为什么选他呢，因为他RAM大，速度快。采集芯片AD7606+ADR441（基准源），外挂一个SST的FLASH，启动从外部FLASH启动。目前项目刚进入到程序测试，下面来分别讲述我的每一步设计（只是大概）。

第一步：信号基础采集层。
为了保证采集精度，我本来是想联系一个变压器厂家请其帮我设计一个变压器的，这个变压器是由要求的，其线性度要求很高，并且频率响应要足够，60HZ的基波的50次谐波是3KHZ，那其频率响应至少要在4KHZ之内不能失真，如果将高次信号抑制掉了，那么我测量的信号也就不准确了。结果变压器厂家一听是打样，没一个肯帮忙设计的，结果只能选择电流型电压互感器，但是这里问题就来了，如下图

这里相当于一个L与一个大电阻与一个L与一个小电阻，这样频率越高那么相位差就月大，所以这种方案只能测量10几次的谐波，离IEC电能质量分析仪的50次谐波标准相差大了，不过我用来测量基波的相位是可行的，如果想要测量50次谐波那么一定要用一个变压器来实现，变压器我自己已经设计好了，但是还没打样，不知道可行不可行，就不发上来丢人现眼了。
后面的4.7K的电阻和22NF的电容是一个低通滤波。好像是滤除1.5KHZ以上的信号，本来想设计一个2阶的，后面想想有相移，就作罢了。

电压量采集进去了我还要测量频率，我决定频率的捕捉用DSP的ECAP这个功能来实现，怎么使ECAP采集到这个输入点呢，我设计了如下的电路：

交流电输入经过光耦和电压比较器转换成为一个方波在进行测量，电容是用来滤除毛刺的，我试过了，如果不加这个电容，在0点的时候方波信号有许多毛刺，到时CAP信号就捕捉不准了。
以上就是同步器的基础信号采集部分。

下面的部分，会慢慢传上来。

在写这个的同时，也是我一个学习的过程，如果其中有什么错误，请大家指正。

登录 · 发表于 2015-10-16 12:56

由于柴油发电机的频率是不稳定的（正常时都是稳定的，如果不稳定，如果我安装固有的频率去测量的话，会造成频谱泄露），这里我设计了一个锁相环频率跟随电路如下：

通过电压比较器后的CAP1信号通过该电路倍频128倍（Q7=2的7次方），通过这个信号VCOUT来进行AD采集，该电路的原理我就不细说了，网上都有。

发表于 2015-10-16 13:11

上面的4046，我一开始买了一块芯片CD4046发现不起震，换成了74HC4046后OK了，不知道什么原因。如果有人知道，请解惑。谢谢

发表于 2015-10-16 16:29

继续关注楼主的帖子哈

发表于 2015-10-18 22:24

yanhuazhe 发表于 2015-10-16 13:11
上面的4046，我一开始买了一块芯片CD4046发现不起震，换成了74HC4046后OK了，不知道什么原因。如果有人知 ...

应该是可以通用的，你买到假货了吧？

发表于 2015-10-19 16:48

AD芯片选择的是AD7606芯片。
目前市面上常见的同步器只有2个输入端口，一个是发电机侧的电压，一个是汇流排侧的电压。
如果接入的相序接错的话，比如发电机侧我接入的是RS相，汇流排侧接入的是ST相，那么如果当这两个相位相等发出合闸命令时，直接会跳开关，爆保险丝。目前只能通过接线人员的仔细确认后通电。
我的想法是读取发电机侧以及汇流排侧分别读取R,S,T相的电压，进行FFT运算后，判定相序是否正确，就是领先120度，240度，如果不是这样那么判定接线相序错误，不发出合闸命令。报警指示（可以做成一个继电器触点形式输出。）。

下面来说下AD芯片的读取时序问题，我将AD7606放在了28346的XINTF ZONE0这个区域(0X004000到0X005000)。
#define AD_ASTART    ((Uint16 *)0x004000)    //片外AD的数据读取首地址

配置锁相环系统时钟
InitSysCtrl();
IO初始化
InitGpio();
关闭看门狗
DisableDog();
关闭中断
DINT;
初始化中断将AD7606的芯片的BUSY接到DSP 28346的管脚配置为中断。这里要注意将中断配置为下降沿引发中断，这是因为AD7606BUSY管脚在转换时是高电平，转换成功后可读取状态为低电平。
InitPieCtrl();
清中断标志
IER = 0x0000;
IFR = 0x0000;
中断向量表的内存映射
InitPieVectTable();
以上的配置系统时钟以及中断向量的内存地址映射除了51芯片外几乎所有的芯片都需要进行配置。这是一个固定的流程。

外部设备初始化。
InitPeripherals()

中断向量表
EALLOW;
PieVectTable.XINT1 = &xint1_isr;
EDIS;

开启全局中断
EINT;

确保配置下连接AD7606BUSY管脚的管脚
EALLOW;
GpioCtrlRegs.GPAMUX2.bit.GPIO？ = 0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO？ = 0;
GpioCtrlRegs.GPAQSEL2.bit.GPIO？ = 0;
EDIS;
将这个管脚配置为XINT1的中断管脚
EALLOW;
GpioIntRegs.GPIOXINT1SEL.bit.GPIOSEL = ？; // XNMI is GPIO16
EDIS;
配置为下降沿中断
XIntruptRegs.XINT1CR.bit.POLARITY =0；
使能
XIntruptRegs.XINT1CR.bit.ENABLE=1；

复位AD芯片，在上电时都需要的 101
GpioDataRegs.GPBSET.bit.GPIO？ = 1;
DELAY_US(0.5L);
GpioDataRegs.GPBCLEAR.bit.GPIO？ = 1;
DELAY_US(0.5L);
GpioDataRegs.GPBSET.bit.GPIO？ = 1;

定义一个数组用来存放读取到的AD数据。
U16 DATE[8];

主循环没有程序
WHILE(1)
{
这里其实是外部直接的锁相环后的信号对AD7606进行转换控制的，在开发板测试时可以模拟控制下，程序如下
GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO？ = 1;
DELAY_US(0.5L);
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO？ = 1;
DELAY_US(0.5L);
GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO？= 1;
DELAY_US(5L);
}
中断程序直接读取AD芯片的数据
XINTF 的配置：CLK为1/2SYSCLK 引导3 激活7 追踪3
interrupt void xint1_isr(void)
{
DATE[0] = *(AD_ASTART);
DATE[1] = *(AD_ASTART);
DATE[2] = *(AD_ASTART);
DATE[3] = *(AD_ASTART);
DATE[4] = *(AD_ASTART);
DATE[5] = *(AD_ASTART);
DATE[6] = *(AD_ASTART);
DATE[7] = *(AD_ASTART);
}

发表于 2015-10-19 16:55

选择28346其实也蛮蛋疼的。画板子要画6层板。在这里吐槽下。

发表于 2015-10-23 23:38

兄弟看到的太迟了真心感谢你的分享

发表于 2015-10-26 10:21

我的变压器终于有厂家给我设计打样了，我的要求是这样的
这时一个用来电量分析的变压器，待测信号的基波频率范围是40HZ~70HZ，其幅值是0~690V，其中会串入许多谐波信号，谐波信号的幅值远小于基波信号，谐波信号的最大频率为3.5KHZ，副边转换后的电压范围为0~10V，线性度要求小于0.01%，最大副边输出功率1W，在绕制完成以后应当对该变压器进行相应的测试并出具报告，从0V开始每隔30V进行一次电压测量并记录副边电压，完成后，如果有信号发生器，使用信号发生器发送500HZ,1000HZ,1.5KHZ,2KHZ,2.5KHZ,3KHZ,3.5KHZ频率幅值为10V~30V的正弦波信号测试，在观察线性度。
该变压器是安装在PCB板上的变压器，满足上述条件的情况下，尽可能使体积减小。

如果这样的变压器成功设计打样出来，那么电路就可以直接设计为原边进变压器不需要穿电阻，副边出来直接经过一阶低通滤波后进AD采样芯片，这样最大程度的减少了相位偏差。也做到了原副边隔离。

下面一贴说说我的FFT运算。

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