礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王艷鶴

【摘要】 礦用隔爆型饋電開關(guān)是煤礦電網(wǎng)的重要組成部分，起到控制和保護(hù)支路電網(wǎng)的作用。本文首先介紹了DSP內(nèi)部集成的eCAN通訊模塊，然后設(shè)計(jì)礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路，包括DSP最小系統(tǒng)和CAN通訊接口，最后編寫在線監(jiān)測系統(tǒng)CAN軟件程序。

【關(guān)鍵詞】 礦用 饋電開關(guān) 在線監(jiān)測 eCAN

我國電力、冶金等行業(yè)的迅速發(fā)展及新能源發(fā)展受到地域及技術(shù)制約，煤炭依然是我國能源生產(chǎn)和消耗的主體，國家經(jīng)濟(jì)增長對于煤炭的依賴程度不斷增加。伴隨煤礦開采的強(qiáng)度和深度的增加，排除危及井下安全生產(chǎn)的事故隱患難度不斷增加，煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)事故總量仍然偏多，加大落后礦井的關(guān)閉工作和現(xiàn)代化礦井建設(shè)工作刻不容緩。饋電開關(guān)在煤礦井下起到支路電網(wǎng)的控制和保護(hù)作用，屬于井下應(yīng)用較多的電氣設(shè)備之一，開展礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)對于提高支路電網(wǎng)的可靠性、保障井下安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

一、 eCAN模塊

eCAN模塊是TI公司新一代32位的高級CAN通訊控制器，屬于TMS32024X系列處理器集成的CAN控制器的升級版，相當(dāng)于TI公司TMS470系列為控制器內(nèi)的集成的高端CAN控制器，它完全可以兼容CAN2.0通訊協(xié)議，還可以在強(qiáng)干擾的情況下使用CAN2.0通訊協(xié)議。eCAN模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示，CAN總線通過CAN隔離收發(fā)器與DSP的eCAN模塊相連接。eCAN模塊具有32個(gè)完全可以控制的郵箱和時(shí)間標(biāo)識特性，每個(gè)郵箱都可以配置成接收或發(fā)送郵箱，具有一個(gè)32位時(shí)間標(biāo)記用于發(fā)送和接收消息。eCAN模塊的控制器獨(dú)立于CPU，具有自我控制和管理能力，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。以上這些功能使CAN總線在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)更加靈活，數(shù)據(jù)量更大，功能更加完備。

圖1 eCAN模塊結(jié)構(gòu)圖

二、 在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)采用高精度電壓、電流、行程傳感器對影響其狀態(tài)的變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給DSP，DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括高精度傳感器、信號處理單元、DSP最小系統(tǒng)、CAN通訊接口和上位機(jī)，其中高精度傳感器采集饋電開關(guān)電壓、電流和行程信息，并發(fā)送給信號處理單元；信號處理單元將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成DSP可以識別的信號；DSP最小系統(tǒng)對饋電開關(guān)的信息進(jìn)行計(jì)算處理，然后經(jīng)過CAN通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)；上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，在系統(tǒng)故障時(shí)給發(fā)送動作指令停止饋電開關(guān)動作，同時(shí)發(fā)出故障警報(bào)。礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)法采用拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)（如圖2所示），同時(shí)對多個(gè)饋電開關(guān)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

圖2 礦用饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DSP最小系統(tǒng)是整個(gè)礦用隔爆型饋電開關(guān)在運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心。DSP最小系統(tǒng)主要由時(shí)鐘模塊、JTAG接口模塊、外擴(kuò)存儲器模塊、電源模塊、復(fù)位電路和外接晶振組成。所有數(shù)字電路的系統(tǒng)各個(gè)單元都依靠時(shí)鐘信號作為同步，時(shí)鐘頻率決定著系統(tǒng)每秒鐘的操作次數(shù)，時(shí)鐘模塊為監(jiān)測系統(tǒng)提夠時(shí)鐘信號。JTAG接口是實(shí)現(xiàn)對DSP進(jìn)行在線編程的程序入口。外擴(kuò)存儲器提高DSP的存儲能力。電源模塊為DSP提供3.3V和1.8V的雙通道工作電壓，各通道電流不大于1A。復(fù)位電路保證系統(tǒng)的正常啟動，在系統(tǒng)故障時(shí)重新運(yùn)行程序，防止系統(tǒng)跑飛而不能正常工作。外接晶振為監(jiān)測系統(tǒng)提供合適的振蕩頻率，晶振的選擇不能超出DSP處理器的主頻。

2.2 CAN通訊電路設(shè)計(jì)

DSP內(nèi)部的eCAN模塊是一個(gè)功能完全的CAN控制器，包括傳送數(shù)據(jù)信息處理、接收管理和幀存儲功能，支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種格式。在TMS320F2335內(nèi)部集成了增強(qiáng)型eCAN通信模塊，所以CAN通訊接口電路的設(shè)計(jì)變得更加簡單。本文選用CTM8251T作為eCAN控制器與CAN物理總線的接口芯片，DSP的eCAN控制器的收發(fā)信號CANRX、CANTX引腳經(jīng)過具有隔離功能的收發(fā)器CTM8251T連接到CAN物理總線。CTM8251T是專用的CAN通訊信號隔離收發(fā)器，能夠增大系統(tǒng)的通信距離，同時(shí)可以提高通訊系統(tǒng)瞬間抗干擾能力，具有降低射頻干擾的功能，屬于CAN通訊接口芯片的最佳選擇。在CAN物理總線總線末端連接120Ω電阻，用于傳輸線的阻抗匹配，提高總線的抗干擾能力。

2.3 軟件程序設(shè)計(jì)

礦用隔爆型饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)中DSP和上位機(jī)之間的信號傳輸通過CAN總線來實(shí)現(xiàn)， CAN模塊的初始化操作是使用其通訊的首要步驟。CAN總線只有在初始化模式下才可以進(jìn)行初始化操作，圖3為CAN模塊初始化流程。CAN網(wǎng)絡(luò)同步實(shí)現(xiàn)初始化模式和正常模式之間的轉(zhuǎn)換，即CAN控制改變工作模式之前要檢測總線空閑序列，如果產(chǎn)生占用總線錯誤，CAN控制器將不能檢測總線狀態(tài)，也就不能完成模式切換。

圖3 CAN模塊初始化流程圖

三、結(jié)論

利用CAN總線在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的高速率和高穩(wěn)定性特性，開發(fā)礦用隔爆型饋電開關(guān)在運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)。以TMS320F28335型DSP作為核心設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，完成饋電開關(guān)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測，系統(tǒng)采用拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)，可以同時(shí)監(jiān)測多臺饋電開關(guān)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 林莘.永磁機(jī)構(gòu)與真空斷路器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2] 易慧，尹項(xiàng)根，鄭浩等.基于DSP的高壓斷路器綜合在線監(jiān)測裝置[J].高壓電器，2007，（01）：35-39.

[3] 王曉娜，張學(xué)鵬，王彥霞.基于DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù).2012.4.58-59.