摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)對FTU的測控功能進(jìn)行檢測，提出了一種能夠模擬FTU工作環(huán)境的檢測平臺設(shè)計(jì)方案,。該方案基于ARM7微處理器系統(tǒng)，利用軟,、硬件結(jié)合的方式,，對FTU檢測平臺進(jìn)行設(shè)計(jì),，可以對FTU測控功能進(jìn)行檢測,，并將檢測結(jié)果在平臺界面上予以顯示。測試結(jié)果表明,，該測試平臺可以正確模擬柱上FTU的工作環(huán)境,，并能成功測試FTU。
關(guān)鍵詞： ARM7,； FTU,； 測控； 檢測平臺
隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入,，大量的智能電氣設(shè)備在智能電網(wǎng)中得到應(yīng)用,。智能電力設(shè)備的大力發(fā)展必然需求一種測試平臺對其智能模塊進(jìn)行有效的測試,以保證智能模塊各功能的正常,，同時(shí)高效率的檢測平臺大大縮短了對智能電力設(shè)備的開發(fā)周期,。
目前國內(nèi)外還沒有一個(gè)針對中壓柱上FTU的檢測裝置，隨著這種中壓電力線柱上FTU的推廣應(yīng)用,，利用一種具備檢測功能的測試平臺實(shí)現(xiàn)對FTU的功能檢測具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義,，所以本文提出了對中壓柱上FTU檢測平臺的設(shè)計(jì)。
1 檢測平臺的設(shè)計(jì)原理
檢測平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。檢測平臺主要由單片機(jī)控制系統(tǒng),、信號源電路、可編程增益放大電路,、恒流電路,、電壓/電流采樣電路、狀態(tài)量/控制量電路,、屏幕和按鍵掃描電路構(gòu)成,。
高精度正弦信號由單片機(jī)控制產(chǎn)生，產(chǎn)生的信號分別給予兩路可編程增益放大電路：一路可編程放大電路經(jīng)過幅度調(diào)整電路產(chǎn)生交流電壓信號,，另一路經(jīng)過幅度調(diào)整送給壓控恒流電路產(chǎn)生交流電流信號,，產(chǎn)生的交流電壓、電流信號經(jīng)過采樣電路反饋送給單片機(jī),。通過單片機(jī)控制繼電器的分合模擬斷路器工作時(shí)的分合及儲能狀態(tài),，通過光耦電路檢測FTU的分合閘命令，通過按鍵設(shè)置產(chǎn)生信號的幅度及手動模擬控制斷路器的工作狀態(tài),，相應(yīng)信息由屏幕顯示,。
1.1 單片機(jī)控制器
本系統(tǒng)選用基于ARM7 TDMI-S內(nèi)核的LPC2214處理器。該單片機(jī)是一個(gè)低功耗,、高性能的32位單片機(jī),，并帶有256 KB 的高速Flash 存儲器和16 KB的片內(nèi)隨機(jī)存儲器,，128 bit寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 bit代碼能夠在最大時(shí)鐘60 MHz的速率下運(yùn)行[1]。
1.2 高精度信號源
信號發(fā)生電路采用高精度DDS芯片AD9833數(shù)字可編程波形產(chǎn)生器件,，AD9833頻率,、相位數(shù)字可編程，采用3線SPI串口控制,、占用資源少,、低功耗特性符合精密電路的芯片選擇。用AD9833可產(chǎn)生高精度工頻的正弦信號,。應(yīng)用電路如圖2所示,。
為了增大AD9833產(chǎn)生信號的驅(qū)動能力及抗干擾能力，在信號輸出端加一級由運(yùn)放OP497構(gòu)成的電壓跟隨器,，增加信號的驅(qū)動能力及穩(wěn)定性,。
1.3 可編程增益放大電路
可編程增益放大電路由兩部分構(gòu)成：第1部分是經(jīng)過高精度D/A芯片產(chǎn)生模擬電壓量[2]，第2部分是用壓控增益放大電路將D/A產(chǎn)生的電壓量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的增益放大,。D/A選用12 bit高速轉(zhuǎn)化芯片TLV5618,，12 bit的控制長度可以準(zhǔn)確控制增益步進(jìn)[3]；壓控增益芯片選用VCA822,。由TLV5618和VCA822構(gòu)成的可編程增益電路如圖3所示,。
量、有效值和頻率測量的數(shù)字信號處理等電路,，可以滿足測量交流電流,、電壓有效值的需求。
在電流,、電壓信號輸送到ATT7022B之前,，要經(jīng)過電流、電壓互感器和采樣電路,，互感器自選精密型電流,、電壓互感器。應(yīng)用ATT7022B時(shí),，需要通過軟件編程與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn),參數(shù)校準(zhǔn)方式依據(jù)ATT7022B使用資料,。同時(shí)，為ATT7022B提供高精度穩(wěn)壓電源芯片,，可以減小電源紋波對ATT7022B采樣計(jì)算的影響,，穩(wěn)壓芯片選用ADP3330-5系列,可以輸出高精度、高穩(wěn)定度的5 V電壓,。
ATT7022B提供一個(gè)SPI接口,，以便與ARM7之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)的傳遞。ATT7022B實(shí)時(shí)采集信號線上的交流量,，并將采集處理的數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的有效值寄存器中,，通過軟件編程讀取寄存器中的數(shù)據(jù),，并將數(shù)據(jù)用于軟件計(jì)算處理和在液晶屏幕上的顯示。
1.6 軟件參數(shù)補(bǔ)償
隨著電流,、電壓輸出的增大,，由于溫度或者元件電氣特性等因素,電流、電壓的輸出特性成非線性增長,，造成設(shè)定值與實(shí)際輸出值之間產(chǎn)生偏差,，可采用軟件的方式進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償消除偏差。補(bǔ)償方法為,，通過軟件編程將設(shè)定值與采樣返回值進(jìn)行比較,，采用步長變化的多次比較動態(tài)調(diào)整進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償[5]。
1.7 模擬斷路器工作狀態(tài)
主要通過編程控制繼電器分合,以模擬斷路器工作狀態(tài)量(包括合閘,、分閘和儲能3種狀態(tài)),。此部分電路配備端子接口，通過端子接口連接FTU將狀態(tài)量反饋給FTU測控模塊,，用來檢測測控模塊所檢測到的斷路器的工作狀態(tài)是否正確,。
1.8 檢測FTU合、分閘
根據(jù)FTU產(chǎn)生控制信號的特征進(jìn)行信號檢測電路的設(shè)計(jì),，F(xiàn)TU產(chǎn)生的控制量信號為脈沖型,，針對這種脈沖型信號采用LPC2214定時(shí)器捕獲功能，當(dāng)有電平翻轉(zhuǎn)時(shí)LPC2214可以準(zhǔn)確捕獲,。為了防止類似脈沖信號的干擾信號造成處理器誤判的現(xiàn)象，控制量送到LPC2214前加上一級光耦隔離毛刺信號等干擾信號的影響,。采用指示燈指示合,、分閘狀態(tài)及儲能狀態(tài)。
1.9 顯示模塊
采用一塊三線串口操作型號為JCR35MDV1的液晶顯示屏,，3條線分別為寫數(shù)據(jù)線,、時(shí)鐘線、片選線,，軟件編程選用LPC2214 3個(gè)I/O口即可驅(qū)動液晶顯示設(shè)置信息和測試信息,。
1.10 按鍵檢測模塊
采用ZLG7290按鍵專用檢測芯片，ZLG7290是一種I2C接口鍵盤驅(qū)動管理器件,，方便與處理器接口,。應(yīng)用LPC2214內(nèi)部I2C資源結(jié)合軟件編程讀取ZLG7290按鍵掃描的信息。
2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
程序流程圖如圖5所示,。程序開始執(zhí)行后進(jìn)行系統(tǒng)初始化,，初始化過程中將程序中預(yù)先設(shè)定的默認(rèn)值送到AD9833和TLV5618中,并使繼電器工作在默認(rèn)合、分閘狀態(tài),，由液晶屏幕顯示各種設(shè)置信息和測試信息,。ATT7022B采集電流,、電壓并由LPC2214讀出ATT7022B寄存器中的數(shù)值，將寄存器讀出數(shù)值與設(shè)定值比較是否在誤差范圍內(nèi),，如果不在誤差范圍內(nèi)則執(zhí)行軟件參數(shù)補(bǔ)償,，將補(bǔ)償參數(shù)寫到TLV5618，直到滿足誤差要求為止,。按鍵與控制量檢測都為外部中斷事件,，有中斷發(fā)生時(shí)判斷是否為按鍵中斷，若是按鍵中斷再判斷是寫TLV5618還是手動控制合,、分閘及儲能狀態(tài),；若不是按鍵中斷則執(zhí)行控制量捕獲中斷程序,并對FTU發(fā)來的控制信號做出相應(yīng)動作。
3 試驗(yàn)與結(jié)論
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試,。首先對系統(tǒng)產(chǎn)生交流信號的穩(wěn)定性進(jìn)行了測試，選用6位數(shù)字萬用表測試恒流輸出值,，將顯示值與標(biāo)準(zhǔn)表測試值進(jìn)行比較,，并計(jì)算誤差，誤差計(jì)算公式為：
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,電流在50 mA以上誤差率基本穩(wěn)定在0.1%,，電壓在500 mV以上誤差率基本穩(wěn)定在0.1%,。該系統(tǒng)有較好的輸出穩(wěn)定度，可以滿足檢測FTU的采樣功能,。
在其他試驗(yàn)測試中得到測試結(jié)果,該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測到FTU輸出的控制量信號,，并能通過軟件判斷響應(yīng)將繼電器切換到相應(yīng)的工作狀態(tài)，同時(shí)手動控制繼電器狀態(tài)切換迅速執(zhí)行準(zhǔn)確,，屏幕顯示信息準(zhǔn)確,。硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，此方案設(shè)計(jì)的檢測平臺能夠準(zhǔn)確檢測FTU的測控功能,。
目前沒有一個(gè)專門針對中壓柱上FTU功能進(jìn)行測試的檢測平臺,，本設(shè)計(jì)方案在智能電力設(shè)備檢測領(lǐng)域中有所突破，檢測平臺的設(shè)計(jì)不但可以提高電力設(shè)備質(zhì)量檢測的效率,，同時(shí)還能夠快速診斷出FTU設(shè)備投入運(yùn)行前存在的故障,，保證了電力設(shè)備質(zhì)量的可靠性，確保了電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全,。同時(shí),，隨著FTU設(shè)備功能的日益發(fā)展豐富，檢測平臺的檢測診斷功能也將不斷擴(kuò)展完善,。
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