【导读】目前，传统低压?；げ饪刈爸玫挠布教ù蠖嗍褂玫腁RM+DSP+FPGA多CPU结构，存在数据共享、设备间隔扩展、时钟信号同步、功耗高等方面的问题。为了解决这些问题，本文提出了一种以多核处理器OMAP5910(内部集成有DSP和ARM内核)为控制核心的低压?；げ饪刈爸蒙杓品桨?，取得了较好的效果。
随着电力系统自动化程度的不断提高，继电?；げ饪刈爸檬只⒅悄芑那魇迫找婷飨?，并具有功能多样化、通信接口丰富化、高可靠性和高性能指标等特点。
目前，传统低压?；げ饪刈爸玫挠布教ù蠖嗍褂肁RM+DSP+FPGA的多CPU结构，该结构可以保证数据交换的实时性和?；すδ艿目煽啃裕嬖谑莨蚕怼⑸璞讣涓衾┱?、时钟信号同步、功耗高等方面的问题，为了解决这些问题，本文提出了一种以多核处理器OMAP5910(内部集成有DSP和ARM内核)为控制核心的低压保护测控装置设计方案，取得了较好的效果。
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多核处理器OMAP5910是TI公司推出的开放式多媒体应用平台，片内集成了DSP处理器和ARM处理器，DSP处理器基于X核，提供2个乘累加(MAC)单元，1个40位的算术逻辑单元和1个16位的算术逻辑单元，由于DSP采用了双ALU结构，大部分指令可以并行运行，其工作频率达150MHz，并且功耗更低。ARM处理器是基于ARM9核的TI925T处理器，包括了1个16KByte的指令cache和8KByte的数据cache，1个协处理器，指令长度可以是16位或者32位。OMAP5910具有集成度高、硬件可靠性和稳定性强、数据处理能力强、低功耗等优点。
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为了检修方便，?；げ饪刈爸迷谏杓剖辈捎媚？榛峁梗饕ń涣髂Ｄ饬渴淙肽？?、数字量输入?？椤⑹至渴涑瞿？椤醇拖允灸？椤⑼ㄐ拍？?、微控制器模块等，其结构框图如图1所示。
交流模拟量输入?？榘ǖ缪够ジ衅鳌⒌缌骰ジ衅?、信号调理电路和A/D转换电路，用于将交流模拟信号转换为能被OMAP5910处理的数字信号;数字量输入模块用于采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、熔断器熔断信号等普通开关量信号，还可以采集重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警等非电量信号;数字量输出?？橹饕糜诟髦直；ぷ爸玫某隹谔?、信号报警等功能;按键和显示模块主要用于人机交互;通信?？橛糜谟肫渌悄苌璞负图嗫刂行慕型ㄐ?。
OMAP5910中的DSP处理器是实现?；げ饪毓δ艿暮诵?，主要负责交流模拟量与数字量输入信号的采集、数字滤波、电气量计算、?；ぢ呒卸稀⒐收闲畔⒋?、保护动作出口等实时性任务。
OMAP5910中的ARM处理器主要负责处理人机交互、GPS对时、网络通信等非实时性任务。由于DSP处理器和ARM处理器集成在一个芯片内，所以其功耗相对于多CPU结构的硬件平台要低很多，且不存在时钟信号同步问题;DSP处理器和ARM处理器可以通过192K字节的内部SRAM实现数据共享，不存在数据共享和问题，且整个硬件平台具有较灵活的可扩展性，较好地解决了多CPU硬件平台中存在的问题。
低压?；さ缏飞杓?/strong>
A/D转换电路
低压保护测控装置采集的交流模拟信号包括三相测量电流、三相保护电流、零序电流和三相电压[4]，三相测量电流使用5A/3.53V的线性电流互感器采样，三相?；さ缌餍藕攀褂?00A/7.07V的电流互感器采样，零序电流使用20A/7.07V的电流互感器采样，三相电压使用220V/7.07V的电压互感器采样，共需要10路A/D转换通道。
![一种基于OMAP5910的低压?；げ饪刈爸? src=]()
A/D转换芯片使用TI公司生产的TLC3578，它是8通道14位串行模数转换器，采用单5V模拟电源和3V~5V数字电源供电，模拟量输入范围为-10V~+10V，完全可以满足同时接多个互感器的设计要求。TLC3578的接口电路如图2所示，TLC3578同OMAP5910的串行接口主要由片选信号 、时钟信号SCLK、串行数据输入SDI和三态串行数据输出SDO四个引脚组成， /EOC端连接至OMAP5910的中断输入端，当TLC3578内部FIFO存储区满时产生相应的外部中断，触发相应中断程序将数据读走。
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数字量输入电路
数字量输入电路不但可以采集低压供电系统中的负荷开关位置信号、熔断器熔断信号、低压断路器位置信号等普通开关量信号，而且还可以采集低压变压器的重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、超高温跳闸、高温告警等非电量信号。该装置设有20路强电数字量输入接口，并提供有4路可编程的备用非电量输入接口，便于非电量功能扩展。数字量输入接口电路如图3所示，DIIN是数字量输入端子，DICOM是数字量输入电路的公共端，DIOUT为数字量输入的输出端，DIIN端的输入交流信号经整流、滤波、光电耦合器后变成数字信号输出。
数字量输出电路采用启动继电器闭锁形式，启动继电器的控制信号由OMAP5910的ARM内核控制，出口继电器的控制信号由OMAP5910的DSP内核控制，只有启动继电器动作后，才能开放出口继电器的正电源，从而实现数字量输出控制的部分解耦，避免由于器件损坏而引起保护误动作。
数字量输出接口电路如图4所示，当需要输出时，首先使启动继电器的DOENH置高电平，DOENL置低电平，光电耦合器EL852导通，启动继电器动作，其?？サ惚蘸?，使+24VE连接到+24V;然后将DOOUT置为低电平，光电耦合器EL852导通，出口继电器动作，其?？サ惚蘸?，使跳闸或告警电路导通。
![一种基于OMAP5910的低压?；げ饪刈爸? src=]()
的ARM内核是实现信息交换的主要枢纽，本装置配置有两路10/100Mbit/s光纤以太网口和两路RS485接口。两路以太网口组成双GOOSE网，负责接收和解析来自过程层智能操作单元的跳闸、开关等数字量信息，并向智能操作单元实时传送数字量输出信息，与过程层设备实现信息共享。RS485接口主要用于装置的调试与维护，也可以用于与其它智能设备进行数据通信。
以太网接口电路采用以太网控制芯片RTL8019AS实现，RTL8019AS是REALTEK公司出品的10Mbit/s以太网控制器，支持8位或16位数据总线，实现了以太网媒介访问层(MAC)和物理层(PHY)的所有功能，通过RJ45接口与以太网相连。RS485接口电路使用RSM485D芯片实现，RSM485D是集成双路电源隔离、电气隔离、RS485接口芯片和总线?；て饔谝簧淼乃犯衾胧辗⑵髂？?，具有很好的隔离特性，隔离电压高达2500VDC。
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低压?；すδ芘渲?/strong>
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OMAP5910的DSP内核根据配置的?；すδ芎捅；ふㄖ涤氤隹诜绞?，将采集到的?；び媒涣髂Ｄ饬客ü执砗?，与?；ふㄖ到斜冉?，当满足?；ざ魈跫保凑张渲玫某隹诜绞蕉?，并将出口信息传递给ARM核，供LCD显示、状态指示和数据通信使用。当装置被配以某种或多种?；すδ苁?，其它未被配置的保护功能的相关整定值和事件信息变为不可见，在系统程序中不执行相关保护功能，因此只需配置所需保护功能的整定值，可以最大限度地减少整定值数量，简化用户的定值管理，减少出错的可能。
软件设计
OMAP5910是一个高度集成的硬件和软件应用平台，它支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多种操作系统，由于VxWorks操作系统具有高效的任务管理功能、支持多任务多优先级、支持优先级抢占和轮转调度机制、极高的实时性和可靠性等特点，使其非常适合在保护测控装置中应用，可以提高装置的实时性、?；と砑目煽啃院腿砑⒓拔ば省?br />
由于VxWorks操作系统采用多任务、优先级抢占机制，因此在编程中把重点放在对任务、中断进行划分和任务调度的实现等问题上。
系统主要包括三个中断、一个任务调度和多个任务，三个中断包括A/D采样中断、定时器中断和按键输入中断，任务包括模拟量计算任务、?；ぢ呒卸先挝瘛⒈；すδ苋挝?、数字量控制任务、故障录波任务、通信处理任务、按键管理任务、报警功能(LCD显示和指示灯指示)任务和GPS对时任务。实时多任务调度是整个系统的核心，是保证多个任务合理有序地执行的关键，设计时将任务调度放在数据采样中断处理中执行，其任务调度框图如图5所示。
结论
本文提出了以OMAP5910为核心处理器的低压?；げ饪刈爸蒙杓品桨福柚鶲MAP强大的硬件平台和VxWorks操作系统的软件环境，使整个装置的硬件结构更加简洁和优化，有效地降低了装置的整体功耗，提高了装置内部数据交换的效率和软件开发的灵活性，提高了装置的可靠性和可扩展性。同时，装置具有灵活的?；すδ芘渲煤捅；こ隹谂渲霉δ埽蚧吮；ふㄖ档墓芾砗褪褂?，便于使用和维护。
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取代被动?；て骷?，锂电池的电路?；せ拱踩穑?/strong>
为了检修方便，?；げ饪刈爸迷谏杓剖辈捎媚？榛峁梗饕ń涣髂Ｄ饬渴淙肽？?、数字量输入?？椤⑹至渴涑瞿？椤醇拖允灸？椤⑼ㄐ拍？?、微控制器模块等，其结构框图如图1所示。
交流模拟量输入?？榘ǖ缪够ジ衅鳌⒌缌骰ジ衅?、信号调理电路和A/D转换电路，用于将交流模拟信号转换为能被OMAP5910处理的数字信号;数字量输入模块用于采集负荷开关位置信号、低压断路器位置信号、熔断器熔断信号等普通开关量信号，还可以采集重瓦斯动作跳闸、轻瓦斯动作告警等非电量信号;数字量输出?？橹饕糜诟髦直；ぷ爸玫某隹谔?、信号报警等功能;按键和显示模块主要用于人机交互;通信?？橛糜谟肫渌悄苌璞负图嗫刂行慕型ㄐ?。
OMAP5910中的DSP处理器是实现?；げ饪毓δ艿暮诵?，主要负责交流模拟量与数字量输入信号的采集、数字滤波、电气量计算、?；ぢ呒卸稀⒐收闲畔⒋?、保护动作出口等实时性任务。
OMAP5910中的ARM处理器主要负责处理人机交互、GPS对时、网络通信等非实时性任务。由于DSP处理器和ARM处理器集成在一个芯片内，所以其功耗相对于多CPU结构的硬件平台要低很多，且不存在时钟信号同步问题;DSP处理器和ARM处理器可以通过192K字节的内部SRAM实现数据共享，不存在数据共享和问题，且整个硬件平台具有较灵活的可扩展性，较好地解决了多CPU硬件平台中存在的问题。
低压?；さ缏飞杓?/strong>
A/D转换电路
低压保护测控装置采集的交流模拟信号包括三相测量电流、三相保护电流、零序电流和三相电压[4]，三相测量电流使用5A/3.53V的线性电流互感器采样，三相?；さ缌餍藕攀褂?00A/7.07V的电流互感器采样，零序电流使用20A/7.07V的电流互感器采样，三相电压使用220V/7.07V的电压互感器采样，共需要10路A/D转换通道。
图2 TLC3578的接口电路
A/D转换芯片使用TI公司生产的TLC3578，它是8通道14位串行模数转换器，采用单5V模拟电源和3V~5V数字电源供电，模拟量输入范围为-10V~+10V，完全可以满足同时接多个互感器的设计要求。TLC3578的接口电路如图2所示，TLC3578同OMAP5910的串行接口主要由片选信号 、时钟信号SCLK、串行数据输入SDI和三态串行数据输出SDO四个引脚组成， /EOC端连接至OMAP5910的中断输入端，当TLC3578内部FIFO存储区满时产生相应的外部中断，触发相应中断程序将数据读走。
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数字量输入电路
数字量输入电路不但可以采集低压供电系统中的负荷开关位置信号、熔断器熔断信号、低压断路器位置信号等普通开关量信号，而且还可以采集低压变压器的重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、超高温跳闸、高温告警等非电量信号。该装置设有20路强电数字量输入接口，并提供有4路可编程的备用非电量输入接口，便于非电量功能扩展。数字量输入接口电路如图3所示，DIIN是数字量输入端子，DICOM是数字量输入电路的公共端，DIOUT为数字量输入的输出端，DIIN端的输入交流信号经整流、滤波、光电耦合器后变成数字信号输出。
图3 数字量输入电路
数字量输出电路采用启动继电器闭锁形式，启动继电器的控制信号由OMAP5910的ARM内核控制，出口继电器的控制信号由OMAP5910的DSP内核控制，只有启动继电器动作后，才能开放出口继电器的正电源，从而实现数字量输出控制的部分解耦，避免由于器件损坏而引起保护误动作。
数字量输出接口电路如图4所示，当需要输出时，首先使启动继电器的DOENH置高电平，DOENL置低电平，光电耦合器EL852导通，启动继电器动作，其?？サ惚蘸?，使+24VE连接到+24V;然后将DOOUT置为低电平，光电耦合器EL852导通，出口继电器动作，其?？サ惚蘸?，使跳闸或告警电路导通。
图4 数字量输出电路
通信接口电路的ARM内核是实现信息交换的主要枢纽，本装置配置有两路10/100Mbit/s光纤以太网口和两路RS485接口。两路以太网口组成双GOOSE网，负责接收和解析来自过程层智能操作单元的跳闸、开关等数字量信息，并向智能操作单元实时传送数字量输出信息，与过程层设备实现信息共享。RS485接口主要用于装置的调试与维护，也可以用于与其它智能设备进行数据通信。
以太网接口电路采用以太网控制芯片RTL8019AS实现，RTL8019AS是REALTEK公司出品的10Mbit/s以太网控制器，支持8位或16位数据总线，实现了以太网媒介访问层(MAC)和物理层(PHY)的所有功能，通过RJ45接口与以太网相连。RS485接口电路使用RSM485D芯片实现，RSM485D是集成双路电源隔离、电气隔离、RS485接口芯片和总线?；て饔谝簧淼乃犯衾胧辗⑵髂？?，具有很好的隔离特性，隔离电压高达2500VDC。
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低压?；すδ芘渲?/strong>
?；げ饪刈爸蒙柚糜蟹岣坏谋；すδ?，包括三段式带复压闭锁的定时限过流?；ぁ⑷问焦汉杀；ぁ⒎词毕薰鞅；?、零序电流保护、负序电流保护、低电压?；?、过电压?；ず蚉T断线告警等。?；げ饪刈爸冒凑漳？榛纳杓扑枷?，将不同的?；すδ芨治懒⒌哪？?，各个模块具有独立的入口条件和出口状态，并且每个?？樯柚糜锌刂迫硌拱澹梢酝ü刂迫硌拱宓耐度牖蛲顺隼磁渲米爸玫谋；すδ?，各?；すδ艿恼ㄖ岛统隹诜绞?跳闸或告警)可以通过按键或通信网络来配置。这种?？榛纳杓剖贡；すδ芫哂屑康目啥列院鸵浦残裕髂？榧涞男鞴叵登逦髁?，有利于提高?；さ目煽啃浴?br />
OMAP5910的DSP内核根据配置的?；すδ芎捅；ふㄖ涤氤隹诜绞?，将采集到的?；び媒涣髂Ｄ饬客ü执砗?，与?；ふㄖ到斜冉?，当满足?；ざ魈跫保凑张渲玫某隹诜绞蕉?，并将出口信息传递给ARM核，供LCD显示、状态指示和数据通信使用。当装置被配以某种或多种?；すδ苁?，其它未被配置的保护功能的相关整定值和事件信息变为不可见，在系统程序中不执行相关保护功能，因此只需配置所需保护功能的整定值，可以最大限度地减少整定值数量，简化用户的定值管理，减少出错的可能。
软件设计
OMAP5910是一个高度集成的硬件和软件应用平台，它支持WinCE、EPOC、Nucleus、VxWorks和Linux等多种操作系统，由于VxWorks操作系统具有高效的任务管理功能、支持多任务多优先级、支持优先级抢占和轮转调度机制、极高的实时性和可靠性等特点，使其非常适合在保护测控装置中应用，可以提高装置的实时性、?；と砑目煽啃院腿砑⒓拔ば省?br />
由于VxWorks操作系统采用多任务、优先级抢占机制，因此在编程中把重点放在对任务、中断进行划分和任务调度的实现等问题上。
系统主要包括三个中断、一个任务调度和多个任务，三个中断包括A/D采样中断、定时器中断和按键输入中断，任务包括模拟量计算任务、?；ぢ呒卸先挝瘛⒈；すδ苋挝?、数字量控制任务、故障录波任务、通信处理任务、按键管理任务、报警功能(LCD显示和指示灯指示)任务和GPS对时任务。实时多任务调度是整个系统的核心，是保证多个任务合理有序地执行的关键，设计时将任务调度放在数据采样中断处理中执行，其任务调度框图如图5所示。
图5 任务调度流程图
结论
本文提出了以OMAP5910为核心处理器的低压?；げ饪刈爸蒙杓品桨福柚鶲MAP强大的硬件平台和VxWorks操作系统的软件环境，使整个装置的硬件结构更加简洁和优化，有效地降低了装置的整体功耗，提高了装置内部数据交换的效率和软件开发的灵活性，提高了装置的可靠性和可扩展性。同时，装置具有灵活的?；すδ芘渲煤捅；こ隹谂渲霉δ埽蚧吮；ふㄖ档墓芾砗褪褂?，便于使用和维护。
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试比较锂离子电池不同的电路保护方案
取代被动?；て骷?，锂电池的电路?；せ拱踩穑?/strong>
