高集成并行运算配电监测与控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种以可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，由通用传感器、A/D转换芯片、FPGA可编程芯片、光电耦合器等构成，可作为配电监控系统中的信号采集与监测单元使用，也可作为配电监控系统核心单独运行。本实用新型专利技术利用FPGA芯片的硬件可编程能力，可在同一块芯片上同时实现DSP和PLC的功能，具有处理速度快、运算能力强、成本较低、集成度较高以及可对多路信号进行并行处理，实现即时监控的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高集成并行运算配电监测与控制系统，主要针对10kV以下配电网配电监测与控制而开发的基于FPGA可编程芯片的高集成并行运算配电监测与控制系统。
技术介绍
目前常见的智能配电监测系统一般以单片机、PLC或DSP数字信号处理器为运算核心，实现对配电网中电压、电流、功率、谐波等信号的监测。本技术为以FPGA可编程芯片为运算核心的智能配电监测系统，利用FPGA芯片的可编程能力，在同一块芯片上构造不同电路，同时实现DSP数字信号处理器和PLC的功能。在现有专利中，以单片机为运算核心的较典型的如技术专利《CN201441023Y数字化智能配电装置》，以DSP数字信号处理器为运算核心的较典型的如技术专利《CN201830019U一种智能配电自动化终端FTU》。在对配电网进行监控时往往需要对若干条线路上的电压、电流信号进行同步监测和运算处理，以上专利的共同特点是在运算核心上通过程序，依次读取各电压、电流传感器测得的信号并顺序进行运算处理。如此则会带来片上程序结构复杂、需多次重复调用同一程序而导致的即时处理能力下降等问题。以PLC为运算核心的较典型的如技术专利《CN202197026U一种智能配电箱》则通过PLC的硬件在一定程度上避免了以上问题，但同时又产生了单位成本较高，运算处理能力较弱的缺点。另外，主要以DSP数字信号处理器为核心则一般需要PLC设备辅助实现开关量输出，而主要以PLC为核心则系统运算处理能力有限，难以实现对多路信号的同步运算分析。
技术实现思路
本技术是针对上述现有专利的缺点而改进，利用FPGA芯片的硬件可编程能力，可在同一块芯片上同时实现DSP和PLC的功能，具有处理速度快、运算能力强、成本较低、集成度较高以及可对多路信号进行并行处理，实现即时监控的优点。一种以可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，它由通用传感器、模数转换芯片、FPGA可编程芯片、以及光电耦合器组成，且共同安装于一块PCB板；通用传感器采集配电网的信号并将其转换为DC0～10V或4～20mA模拟量信号输出；通用传感器输出的模拟量信号将经信号线接入PCB板上的模数转换芯片，并由模数转换芯片转换为数字信号输入FPGA可编程芯片；利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内构成若干组独立数字运算与逻辑输出回路，以替代DSP和PLC；每一回路均可独立对一组信号进行处理，并将处理结果通过光电耦合器输出；部分开关量信号可直接接入FPGA可编程芯片。进一步的，所述通用传感器是电压传感器、电流传感器和温度传感器中的一种。进一步的，所述通用传感器所采集配电网的信号是电压、电流和温度信号中的一种。进一步的，所述PCB板上同时保留通讯用的RS485接口及以太网接口，以供实现与上位机的通讯。本系统具有以下特点：1、利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部写入多路独立运行的逻辑电路，每一路均可对一组信号实现独立处理，实现对多路信号的并行处理；2、利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部直接写入控制运算电路，替代DSP数字信号处理器来实现对所采集信号的高速即时处理；3、利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部写入逻辑输出电路，替代PLC实现数字量输出；4、将以上所述电路全部直接在同一块FPGA芯片上实现，达到高度集成，减小系统尺寸，提高可靠性。下面结合附图及具体实施例对本技术做进一步的详细说明。附图说明图1是本技术的高集成并行运算配电监测与控制系统功能原理图。具体实施方式图1示出了本技术具体实施例的，高集成并行运算配电监测与控制系统功能原理图，由通用传感器1、模数转换芯片2、FPGA可编程芯片3、光电耦合器4、RS485接口5以及以太网接口6组成。本系统通过通用传感器1（如电压传感器、电流传感器、温度传感器等）采集配电网内各电压、电流、温度等信号并将其转换为DC0～10V或4～20mA模拟量信号输出。通用传感器1输出的模拟量信号将经信号线接入PCB板上的模数转换芯片2，并由模数转换芯片2转换为数字信号输入FPGA可编程芯片3。利用FPGA可编程芯片3的硬件可编程能力，在芯片内构成若干组独立数字运算与逻辑输出回路，以替代DSP（数字信号处理器）和PLC。每一回路均可独立对一组信号进行处理，并将处理结果通过光电耦合器4输出。部分开关量信号可直接接入FPGA可编程芯片3。PCB板上同时保留通讯用的RS485接口5及以太网接口6以供实现与上位机或其它设备的通讯（RS485接口5及以太网接口6仅作为优选，不是必需的）。本系统所需电源由外部接入，并在PCB板外装有防尘防水外壳以供保护。由此，本技术的可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，由通用传感器、A/D转换芯片、FPGA可编程芯片、光电耦合器等构成，可作为配电监控系统中的信号采集与监测单元使用，也可作为配电监控系统核心单独运行。本技术利用FPGA芯片的硬件可编程能力，可在同一块芯片上同时实现DSP和PLC的功能，具有处理速度快、运算能力强、成本较低、集成度较高以及可对多路信号进行并行处理，实现即时监控的优点。更进一步的，本技术中，以可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，由通用传感器、A/D转换芯片、FPGA可编程芯片、光电耦合器等构成，其中A/D转换芯片、FPGA芯片及光电耦合器共同安装于一块PCB板，板上另有RS485及以太网接口供通讯；系统基于硬件可编程芯片设计，可同时实现DSP处理器和PLC模块的功能。其中，通过A/D芯片接收通用传感器采集获得的DC0～10V或4～20mA标准模拟信号并转换为数字信号后输入FPGA芯片；利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内构成若干组独立数字运算与逻辑回路以替代DSP数字信号处理器与PLC；每一回路均可独立对一组信号进行处理，并将处理结果通过光电耦合器输出；可作为配电监控系统中的信号采集与监测单元使用，也可作为配电监控系统核心单独运行。优选地，利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部写入多路独立运行的逻辑电路，每一路均可对一组信号实现独立处理，实现对多路信号的并行处理。优选地，利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部直接写入控制运算电路，替代DSP数字信号处理器来实现对所采集信号的高速即时处理。优选地，利用FPGA可编程芯片的硬件可编程能力，在芯片内部写入逻辑输出电路，替代PLC实现数字量输出；如上所述，上述三段中的所述电路均为直接在同一块FPGA芯片上实现，达到高度集成，减小系统尺寸，提高可靠性。以上只是本技术的一个最佳实施例，本领域的技术人员有可能在不脱离本技术的保护范围内对该设计作出更改或者变动，但这些应当理解为仍属于本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，其特征在于由通用传感器（1）、模数转换芯片（2）、FPGA可编程芯片（3）、以及光电耦合器（4）组成，且共同安装于一块PCB板；通用传感器（1）采集配电网的信号并将其转换为DC 0～10V或4～20mA模拟量信号输出；通用传感器（1）输出的模拟量信号将经信号线接入PCB板上的模数转换芯片（2），并由模数转换芯片（2）转换为数字信号输入FPGA可编程芯片（3）；利用FPGA可编程芯片（3）的硬件可编程能力，在芯片内构成若干组独立数字运算与逻辑输出回路，以替代DSP和PLC；每一回路均可独立对一组信号进行处理，并将处理结果通过光电耦合器（4）输出；部分开关量信号可直接接入FPGA可编程芯片（3）。

【技术特征摘要】
1.一种以可编程芯片为核心的高集成并行运算配电监测与控制系统，其特征在于由通用传感器（1）、模数转换芯片（2）、FPGA可编程芯片（3）、以及光电耦合器（4）组成，且共同安装于一块PCB板；
通用传感器（1）采集配电网的信号并将其转换为DC0～10V或4～20mA模拟量信号输出；
通用传感器（1）输出的模拟量信号将经信号线接入PCB板上的模数转换芯片（2），并由模数转换芯片（2）转换为数字信号输入FPGA可编程芯片（3）；
利用FPGA可编程芯片（3）的硬件可编程能力，在芯片内构成若干组独立数字运算与逻辑输出回路，以替代DSP和PLC；

【专利技术属性】
技术研发人员：温骏，张春来，
申请(专利权)人：北京科力恒久电力技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11