TMS320F240 DSP处理器在电动机微机保护装置设计中的应用

5 其它各单元电路

装置其它各组成单元电路主要有：模拟量测量电路、开关量输入／输出电路、键盘显示电路、通信电路等。

F240片内集成了采样保持电路和模拟多路转换器的双十位AD转换，鉴于对于电动机测量和保护精度而言，若电流采样值范围在0～10 mA，采用10位AD可以达到精确到小数点后一位，大致可以满足多数的电动机保护的要求，为了尽量充分的利用芯片资源，采用了片内AD转换进行设计。但是考虑到保护尤其是监控精度要求的严格性，现已在本装置中外扩了14位A／D转换芯片AD7863，这样可以更好的符合精度要求。对外部信号进行调理的电路由精密电位器构成，滤波器则采用二阶低通滤波器。此外，模拟量测量电路中还包括过零检测单元，实现模拟量频率和相位的测量。

开关量输入／输出电路主要完成状态信号的输入和动作信号的输出。继电保护装置CPU的扩展口一般较少，不能满足输入输出的需要，因此在读入开入量及输出量时，往往需要进行口的扩展。本装置中此部分功能集成在CPLD中，并挂在其内部的地址／数据总线上。

装置采用薄膜键盘，一共有9个按键，只需要通过上、下、左、右、取消、确认六个按键结合菜单便可直观地在线、离线整定定值、修改实际时间、就地操作开关等。采用中断方式相应键盘，以减少其对CPU的占用。F240的中断信号是低电平有效，所以键盘的中断信号通过一个与门产生。

通信电路主要由CAN通信模块电路构成，采用Philips的SJA1000作为CAN控制器，驱动器采用CAN控制器接口芯片PCA82C250。 PCA82C50是CAN协议控制器和物理总线的接口，对总线提供不同的发送能力和对CAN控制器提供不同的接收能力，完全和ISO11898标准兼容，并具有对电池和地的短路保护功能。

此外，为了装置的能够可靠的工作，一般需要加上WATCHDOG电路，本系统采用X5043看门保护功能。

6 软件设计

在微机保护装置的软件设计中，主要考虑的是交流采样算法、保护算法，通过采样得到的数据按照一定的保护算法来进行判断保护是否动作。传统的一点、两点、三点以及均方根采样算法都是基于电压、电流为纯正弦变化的情况考虑，而在实际电动机发生故障时，往往是在基波基础上叠加有衰减的非周期分量和各种高频分量，因此要求微机保护装置对输入的电流、电压信号进行预处理，尽可能地滤掉非周期和高频分量。考虑到富士算法的很强的滤除高次谐波的功能，但是全波富士算法需要一个周波的N个采样数据，响应速度较慢，为了提高保护的速动性，在比较现有的各种改进半波富氏算法的基础上，决定采用半波傅氏算法与Mann－Morrison算法相结合的快速算法，用半波富氏算法计算基波实部，而用Mann－Morrison算法计算基波幅值，既可以保留半波富士算法响应速度的优点，又可以克服其滤波功能较弱的不足。

电动机保护装置的软件采用了模块化的设计思想，由主程序模块、中断服务子程序模块和各个功能子程序模块三大部分组成。实际编程采用C语言和汇编混合编写，提高了数据处理的能力，也保证了程序的可靠性。

7 结束语

在模块化设计的基础上，开发的TMS210F240处理器为硬件核心的微机继电保护装置，是一个通用的硬件平台，能够满足电动机保护可靠性、选择性、速动性以及灵敏性的要求。在此平台上不仅可以实现对高压电动机的保护，通过对软件的适当修改还可以实现变压器保护、电容器保护等其它功能。