6ES7223-1BF22-0XA8厂家供应

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智能电网是一个庞大系统，涉及电力、通信及应用等多个层次，以及局域网(LAN)和广域网(WAN)等不同网络类型。其中，LAN连接家庭或建筑物内不同类型的智能电表到数据集中器(concentrator)。就这一段的网络连接而言，通常它们对通信速率的要求不高，主要的考虑因素是降。常见的通信方式有无线射频网络、有线电力线载波(PLC)或电力线宽带(BPL)等。具体采用何种通信方式，需要考虑各国电网实际状况等因素，同时，试行国家的做法也会提供借鉴意义。

    例如，在欧洲能源市场有重要影响力的法国电力(ElectricitédeFrance,EDF)，于2009年中启动了当前世界上大的智能电表项目bbbby，计划到2017年在法国部署3500万个智能电表。这个项目为智能电表到数据集中器之间的通信选择了PLC技术，然后再利用通用分组无线业务(GPRS)技术将数据传送到该公司的数据。考虑到中国的智能电网仍在试点阶段，法国ERDF的选择对中国具有借鉴意义。

    PLC调制技术的选择

    虽然PLC技术提供了一种的选择，但电力线的初衷并不是用于通信，故在应用PLC通信时也面临一些挑战。特别是设计人员需要密切注意会出现的信号衰减和噪声问题，反之也要求复杂的收发器技术。

    为了抑制由噪声导致的信号衰减，降低误码率，并改善频率效率，有必要利用适合的信号调制技术。实际上，电力机构在部署智能电表抄表系统时，主要有三种调制方式，分别是正交频分复用(OFDM)、相移键控(PSK)和扩频型频移键控(S-FSK)。

    OFDM的理论带宽较高，但实际上在低压网络的噪声条件下会损失很大一部分带宽，而且OFDM的应用成本较高，工作时还消耗可观的电能。PSK调制技术的应用成本很低，但不是特别，性能会受到相位噪声影响，而且无法充分覆盖较长距离。相比较而言，虽然S-FSK的数据率比OFDM低，但胜任智能电表应用。这种调制技术能实现的通信，同时应用，消耗的电能也少。因此，就当前的智能电网PLC应用而言，复杂度低、商用潜力大及有现场应用记录的S-FSK调制技术无疑是适合的选择。

    实际上，法国ERDF的bbbby项目规范中，物理层参考规范是IEC61334-5-1/EN50065，其中规定的调制技术就是S-FSK，通信频率为标记频率(markfrequency,Fm)63.3kHz和空频(spacefrequency,Fs)74kHz，传输速率2.4Kbps，并与50Hz电气网络频率物理同步。   安森美半导体PLC调制解调器的优势

    安森美半导体的AMIS-49587是一款高集成度、符合标准的低功率PLC方案，支持PLC现场部署要求的4种不同模式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)、SLAVE(电表)和SPY(给测试人员的原始数据)，适合智能电表以及智能街灯和智能插座等应用。与早前推出的AMIS-30585相比，AMIS-49587支持2.4kb的高半双工可调节通信速率，符合诸如ERDF规范这样的市场新要求，目前已经获得法国原始设备制造商(OEM)的先期使用，在中国也已获得数家电表客户的选用。两款器件引脚对引脚兼容。

    AMIS-49587符合IEC61334-5-1标准，基于ARM7TDMI处理器内核，同时包含物理接口收发器(PHY)和媒体访问控制器()层，使其以单芯片方案结合了模拟调制解调器和数字后处理功能，而大多数竞争方案需要复杂的嵌入式软件来执行与AMIS-49587相同的功能。设计人员使用AMIS-49587调制解调器，能在不到一个季度的时间内开发出全套互操作PLC方案，还可降低开发及应用成本。基于AMIS-49587的调制解调器方案仅使用2个芯片(另一个为NCS56502APLC线路驱动器)，外加16个电阻、17个电容、2个二管、1个晶体和1个脉冲变压器，总元件数量为39个。

    此外，AMIS-49587采用S-FSK调制技术，结合高分辨率的滤波算法，配以自动可信值/中继器(repeater)功能，提供基于长距离电力线的高性数据通信。通信误差比其它可选及现有方案低。该器件凭借板载低抖动锁相环(PLL)与交流主电源(mains)信号同步。由于包含16位分辨率的模拟，使器件具有优的噪声性和高的接收灵敏度。

    AMIS-49587的易用性也很。由于内嵌协议处理功能，使设计人员涉及PHY和协定传输细节问题，节省50%的软件开发耗费。通过串行接口直接连接到用户主微控制器(MCU)。

    AMIS-49587同时兼容于单相和多相电表。此外，其能耗也比基于数字信号处理器(DSP)的方案低，适合智能电表至集中器的PLC通信应用。安森美半导体还提供评估套件AMIS49587EVK，内含2个PLC调制解调器，用于在客户端与服务器端之间配置通信；还包含开源图形用户界面，用于配置端到端通信。

    安森美半导体为智能电表应用提供完整方案

    除了上述通信应用的PLC调制解调器和线路驱动器方案，安森美半导体还提供电源管理、测量和存储等关键功能的智能电表解决方案。如电源管理模块，NCP1014、NCP1015等AC-DC转换器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC-DC转换器，MC78L05、MC7805、CAT6217和CAT6219等低压降(LDO)稳压器，以及NTMFS4823等中压及高压FET。此外，还有EEPROM、SDRM等存储器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、逻辑、USB保护、监控、I/O扩展、时钟和温度传感器等

本文选用定时器1作为两路脉冲输入捕获计数器，利用它的两路脉冲捕获功能CAP1.2和CAP1.3捕获经整形后机组频率和电网频率的上升沿和下降沿信号，以CAP1.2为例，如图3所示。通过CAP1.2捕获功能，可以将每次上升沿和下降沿到来时对应的计数器值装载到T1CR2寄存器中,将连续3次捕获时计数器值依次保存到CAPJ 0、CAPJ 1和CAPJ 2 3个定义存储单元中，储存单元对应值为CAPJ 0、CAPJ 1和CAPJ 2，每完成1次T1CR2装载即可求得1次相邻上升沿或下降沿计数器差值TJ=CAPJ 0-CAPJ 2。本文设定计数时钟不分频，根据测周法原理，机组频率值Fg为：

式中, Fpclk为VPB时钟频率,在不分频情况下为11.059 2 MHz。设机组频率为Fg=50 Hz，则周期Tg=0.02 s，测得的周期数Ng=0.02×11 059 200=221 184，测频系统的理论分辨率为0.002 6 Hz，由此可见，此方法具有很高的分辨率。
2.3 测频软件流程
系统软件由1个主程序和2个中断子程序组成，如图4所示。CAPJ0、CAPJ1和CAPJ2依次保存连续3个机组频率信号捕获对应的寄存器值T1CR2，CAPX0、CAPX1和CAPX2依次保存连续3个电网频率信号捕获时对应寄存器值T1CR3，TJ和TX分别表示机组频率和电网频率在1个周期内计数器计数差值。

在系统软件中，主程序完成各种设定功能初始化。捕获中断子程序完成对整形后的机组频率和电网频率信号捕获，计算出信号在1个周期内对应的计数器计数值，并对其进行简单判断和滤波处理。在信号捕获中采用同时捕获上升沿和下降沿,计算计数器差值时上升沿和下降沿分开计算的方法，使得每半个周期就可获得1次频率值，相对1个周期或几个周期才能求得1次频率值的计算策略，它能够快反映机组频率的波动情况，提高了调速器频率响应性，缩短了调速器不运转的时间。
在数据发送程序中，将1个周期内计数器差值通过UART0口采用串口通信方式发送到PLC控制器中，在PLC中完成信号频率值计算。此处采用发送频率信号计数器差值而不是计算后频率值或周期值，一方面是整数比小数传送方便，通信加简单；另一方面是频率值或周期值具有多位小数，传送时将丢失精度，不能保证频率值的原始性。频率值在PLC中计算完成后直接使用进行调速器控制PID计算，将使调速器控制过程加。在数据发送程序中，完成喂狗操作，防止程序“跑飞”，同时对机组频率和电网频率信号是否消失进行判断，增加控制过程性。

 针对PLC调速器频率测量部分存在的不足，开发出一种基于LPC2131微控制器的频率测量单元。利用其捕获功能模块对整形后频率信号捕获、计算得到信号周期计数值，再将该周期计数值通过UART通信口发送至PLC，在PLC中完成信号频率值计算。测试结果表明，由于采用信号上升沿及下降沿同时捕获以及高速串行通信，不但提高了频率信号的响应速度，而且很好地解决了并行通信存在的不同步的问题。
关键词： PLC调速器； 测频单元； LPC2131； 串行通信

在水轮机调速器中，机组频率的测量直接关系到调速器整机性能的优劣，而调速器的品质与性能直接影响到电能的品质和水电站的运行, 故机组频率的测量是一个非常关键的技术[1]。目前，基于PLC调速器的测频方法主要有单片机测频和PLC本体高速计数模块测频2种方式[2]。PLC

取自发电机端电压互感器和电网电压互感器的测频输入信号，经削波、滤波处理后，变成幅度基本不变的稳定波形，再经施密特电路放大整形，得到正负幅值基本相等、占空比约为50%的方波[4]；然后，通过光电耦合器将输出的机组频率和电网频率方波信号隔离后分别送入LPC2131微控制器CAP1.3功能捕获引脚P0.18和CAP1.2功能捕获引脚P0.19。CAP1.3和CAP1.2捕获功能设置为上升沿与下降沿同时捕获，即这2个功能引脚上的值由0到1跳变和由1到0跳变都会将当时计数器值输入相应的捕获寄存器中，同时产生中断。对任一路管脚捕获，取出2个相间隔的捕获寄存器值相减，令其差值为N，在计数器频率(时钟频率，令其为Fpclk)已知情况下，可得出2个相间隔捕获点对应时间值，即频率信号周期值：

根据频率与周期公式f=1/T可求出信号的频率值。对得到的机组频率和电网频率计数器差值采用去大小值进行简单的判断滤波后，采用自由口通信协议通过串口UART0将其发送至PLC,在PLC控制器内完成机组和电网频率值计算。
2 测频硬件与软件
2.1 LPC2131微控制器
LPC2131是PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、单电源供电及LQFP64封装的微控制器,是基于一个支持实时和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S型CPU的微控制器。LPC2131拥有2个符合’550工业标准的异步串行口UART0和UART1,具有以下特性：16字节收发FIFO；寄存器位置符合16C550工业标准；收发器触发点可为1、4、8和14字节；内置波特率发生器；包含使能软件流控制器。LPC2131还带有2个32位可编程定时/计数器，均具有4路捕获和4路比较匹配与输出电路。定时器对外设时钟(pclk)周期进行计数，可选择产生中断或根据4个匹配寄存器的设定，在达到的定时值设定时执行其他动作。它的4个捕获输入，用于在输入信号发生跳变时捕获定时器的瞬时值，并可选择使捕获事件产生中断[5]。