一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡，包括双核处理器、现场可编程门列阵、存储单元、以太网单元、工业以太网总线接口单元、电平转换单元、双核处理器外设接口、串行通信接口单元、输入显示单元、通用输入输出接口单元和电源管理单元；双核处理器分别与现场可编程门列阵、存储单元、以太网单元、电平转换单元、双核处理器外设接口、串行通信接口单元、输入显示单元和电源管理单元连接；现场可编程门列阵分别与工业以太网总线接口单元、电平转换单元和电源管理单元连接；电平转换单元与通用输入输出接口单元连接。本实用新型专利技术具备较强的可靠性、灵活性和通用性，集控制、保护、录波功能于一体，应用范围覆盖所有的柔性交流输电装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力电子装置领域，具体涉及一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡。
技术介绍
电力电子装置是由各类电力电子电路组成的装置，用于大功率电能的变换和控制。它包括整流器、逆变器、直流变流器、交流变流器、电机调速装置、直流输电装置、无功补偿装置等。柔性交流输电技术属于电力电子装置的核心技术。静止同步补偿器(StaticSynchronous Compensator, STATC0M)、静止同步串联补偿器(Static synchronous seriescom pensator, SSSC)、统一潮流控制器(Unified power flow controller, UPFC)、动态电压恢复器(dynamic voltage restorers, DVR)等等都是柔性交流输电系统(Flexible ACTransmission System, FACTS)的核心装置,均采用新一代的电力电子器件，如:门极可关断晶闸管(GT0)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，集成门极换向晶闸管(IGCT)，并且采用现代控制技术。上述新型FACTS装置用来提高交流输电系统的可控性和传输容量。柔性交流输电装置的控制系统需要在每个采样周期内采样与系统相关的电压电流模拟量，存储海量数据，提供复杂的计算来实现装置的控制策略和保护算法，采集柔性交流输电装置的开关量信号，控制一次回路的开关分合，对所有开关器件的动作行为进行同步控制、并相互交换信息，与监控界面交互数据实现参数下发、定值查询、电压电流模拟量显示、运行状态显示、开关操作、装置投切等等。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种层次合理、功能强大、结构紧凑、集成度高、易于实现且控制效果良好的用于柔性交流输电装置的多功能板卡，实现了对柔性交流输电装置的控制、保护及录波三种功能。本技术提供的一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡，其改进之处在于，所述板卡包括双核处理器、现场可编程门列阵FPGA、存储单元、以太网单元、工业以太网EtherCAT总线接口单元、电平转换单元、双核处理器外设接口、串行通信接口单元、输入显示单元、通用输入输出接口单元和电源管理单元；所述双核处理器分别与所述现场可编程门列阵FPGA、所述存储单元、所述以太网单元、所述电平转换单元、所述双核处理器外设接口、所述串行通信接口单元、所述输入显示单元和所述电源管理单元连接；所述现场可编程门列阵FPGA分别与所述工业以太网EtherCAT总线接口单元、所述电平转换单元和所述电源管理单元连接；所述电平转换单元与所述通用输入输出接口单元连接。其中，所述工业以太网EtherCAT总线接口单元包括用于扩展低压差分信号(LVDS)接口的EtherCAT总线接口和用于扩展光信号接口的EtherCAT总线接口。其中，所述双核处理器外设接口包括EMAC接口、EMIFA接口、EM IFB接口、SPI接口、USB 总线单元、I2C 接口、UART 接 口、MMC/SD/SDIO 接口、LCD 接口、JTAG 接口；其中:所述EMAC接口与所述以太网接口单元的网络物理芯片LAN8701A进行网络通讯；所述EMIFA接口分别与所述存储单元和所述现场可编程门阵列FPGA互连；所述EMIFB接口与所述存储单元互连；所述SPI接口与所述存储单元互连；所述USB接口的电源通过电源开关电路与USB插座的电源连接，USB接口的数据总线并联ESD保护电路与USB插座的数据接口互连；所述I2C接口设有两个，其中一个与所述存储单元互连，另一个与所述输入显示单元中的键盘扩展电路互连；所述IXD接口与所述输入显示单元中的IXD接口电路互连；所述UART接口，与所述串行通信接口单元互连后,通过所述串行通信接口单元与PC机进行串行通信；所述MMC/SD/SDIO接口与所述存储单元互连；所述JTAG接口与14pin的JTAG插座互连，通过DSP仿真器与PC机进行通信。其中，所述存储单元包括并行的DDR存储器、SPI Flash存储器、SD卡存储器、NANDFlash存储器和EEPROM存储器；其中:所述NAND Flash存储器采用三星公司的64M Byte容量的K9F1216U0A ；所述DDR存储器采用Micron公司的64M Byte容量的MT46H32M16LFBF ；所述SPI Flash存储器米用Numonyx公司的8M Byte容量的M25P64 ；所述EEPROM存储器采用Microchip公司2K Byte容量的AT24LC16 ；所述SD卡存储器采用通用的4G byte容量的SD卡。其中，所述现场可编程门列阵FPGA采用Xilinx公司的型号为XC3S500E的FPGA。其中，所述双核处理器包括集成了浮点型ARM926EJ-S RISC MPU和TMS320C6748浮点DSP的低功耗双核处理器，其型号为0MAP-L138。其中，所述以太网单元包括以太网控制器，以太网控制器采用SMSC公司的LAN8710A，与其配置的网络变压器采用HR601680，网口采用带网络连接状态指示的RJ45接□。其中，所述USB总线单元包括电源开关、ESD保护电路和USB接口；所述电源开关串联在所述双核处理器和所述USB接口之间；所述ESD保护电路并联在所述双核处理器和所述USB接口之间的连线上。其中，所述串行通信接口单元包括RS232接口模块；所述串行通信接口单元采用光耦HCPL-0600进行光电隔离、采用MAX232作为RS232收发器。其中，所述通用输入输出接口单元将80路现场可编程门列阵FPGA和32路双核处理器的IO引脚通过方向控制电平转换单元扩展到背板接口 ；其中，所述电源管理单元包括电源管理芯片I和电源管理芯片II ；所述电源管理芯片I为双核处理器提供3.3V、1.8V和1.2V电源；电源管理芯片II为现场可编程门列阵FPGA提供3.3V、2.5V和1.2V电源。与现有技术比，本技术的有益效果为:I)该多功能板卡具有功能强大、通用性好等优点，可用于控制板、保护板和录波板，可针对三种板卡不同的用途编写相应的程序；2)该多功能板卡CPU性能良好，双核CPU协同工作，能完成大量的数据计算和控制功能，满足各种柔性交流输电装置的应用需求；3)该多功能板卡集成有50万系统门的FPGA，不仅能满足对EtherCAT总线的控制、与0MAP-L138交互数据的功能和整块板卡逻辑地址译码的用途，还能直接输出80路PWM脉冲；4)该多功能板卡使用工业以太网EtherCAT总线作为实时通讯接口，数据传输速度达到100Mbit/S，在各种现场总线中处于领先优势，并且对外通讯物理层使用光纤通信技术(即光纤以太网)，具有信号传输速度快、隔离性好等优点；5)该多功能板卡使用以太网与PC机实现通讯管理，可以通过IXD屏下发指令或者是进行录播操作，通过以太网实现上位机的操作状态同步，当通过上位机来进行操作时，LCD屏同步指示操作运行状态；6)该多功能板卡应用范围广泛，可应用于多种柔性交流输电装置，具有控制目的明确、易于实现且控制效果稳定等特点。附图说明图1为本技术提供的系统组成框图；图2是本技术提供的双核处理器0MAP-L38与DDR的接口示意图；图3是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡，其特征在于，所述板卡包括双核处理器、现场可编程门列阵FPGA、存储单元、以太网单元、工业以太网EtherCAT总线接口单元、电平转换单元、双核处理器外设接口、串行通信接口单元、输入显示单元、通用输入输出接口单元和电源管理单元；?所述双核处理器分别与所述现场可编程门列阵FPGA、所述存储单元、所述以太网单元、所述电平转换单元、所述双核处理器外设接口、所述串行通信接口单元、所述输入显示单元和所述电源管理单元连接；?所述现场可编程门列阵FPGA分别与所述工业以太网EtherCAT总线接口单元、所述电平转换单元和所述电源管理单元连接；?所述电平转换单元与所述通用输入输出接口单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于柔性交流输电装置的多功能板卡，其特征在于，所述板卡包括双核处理器、现场可编程门列阵FPGA、存储单元、以太网单元、工业以太网EtherCAT总线接口单元、电平转换单元、双核处理器外设接口、串行通信接口单元、输入显示单元、通用输入输出接口单元和电源管理单元； 所述双核处理器分别与所述现场可编程门列阵FPGA、所述存储单元、所述以太网单元、所述电平转换单元、所述双核处理器外设接口、所述串行通信接口单元、所述输入显示单元和所述电源管理单元连接； 所述现场可编程门列阵FPGA分别与所述工业以太网EtherCAT总线接口单元、所述电平转换单元和所述电源管理单元连接； 所述电平转换单元与所述通用输入输出接口单元连接。2.如权利要求1所述的多功能板卡，其特征在于，所述工业以太网EtherCAT总线接口单元包括用于扩展低压差分信号接口的EtherCAT总线接口和用于扩展光信号接口的EtherCAT 总线接口。3.如权利要求1所述的多功能板卡，其特征在于，所述双核处理器外设接口包括EMAC接口、EMIFA 接口、EMIFB 接口、SPI 接口、USB 总线单元、I2C 接口、UART 接口、MMC/SD/SDIO接口、LCD接口、JTAG接口 ；其中: 所述EMAC接口与所述以太网接口单元的网络物理芯片LAN8701A进行网络通讯； 所述EMIFA接口分别与所述存储单元和所述现场可编程门阵列FPGA互连； 所述EMIFB接口与所述存储单元互连； 所述SPI接口与所述存储单元互连； 所述USB接口的电源通过电源开关电路与USB插座的电源连接，USB接口的数据总线并联ESD保护电路与USB插座的数据接口互连； 所述I2C接口设有两个，其中一个与所述存储单元互连，另一个与所述输入显示单元中的键盘扩展电路互连； 所述IXD接口与所述输入显示单元中的IXD接口电路互连； 所述UART接口，与所述串行通信接口单元互连后，通过所述串行通信接口单元与PC机进行串行通信； 所述MMC/SD/SDIO接口与所述存储单元互连； 所述JTAG接口与14pin的JTAG插座互连，通过DSP仿真器与PC机进行通信。4.如权利要求1所述的多功能板卡，其特征在于，所述存储单元包括并行的DDR存储器、SP...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡林海，刘亚丹，蒋晓春，赵国亮，梁丽萍，高忠升，赵培建，战玉生，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国家电网公司，辽宁省电力有限公司电力经济技术研究院，济钢集团有限公司，
类型：实用新型
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