基于CPLD的LCD控制器的设计

基于CPLD的新型无功补偿投切开关控制器设计

摘要：新型高压无功补偿投切开关为真空接触器和晶闸管阀并联结构，其控制器通过检测各种状态信号，快速进行逻辑判断和发出控制命令，实现所接负荷的过零点投入和切除。本文介绍一种cpld芯片，通过高速光耦采集接触器的辅助触点信号，设定各种逻辑状态出口，利用光纤传输精确控制晶闸管阀通断，同时控制接触器合分时序，达到过零点投入或切除负荷。对装置控制器部分的软件和硬件做了说明，硬件部分主要以epm1270t144c及外围芯片等连接，软件部分用quartus ii 6.1编程。

关键词：cpld 投切开关 epm1270t144c 光电转换

引言

目前电力系统中高压无功补偿装置普遍采用真空断路器或真空接触器投切电容器装置，这种传统的投切方式对电力系统、对电容器组以及对投切开关本身都产生较大的暂态冲击电压和电流，危害设备的安全运行。新型的高压无功补偿设备投切开关采用晶闸管阀组和真空接触器并联结构，投入时序：先使晶闸管阀在电压过零点时导通，将电容器组接入电网，再使真空接触器投入，稳态下晶闸管阀在电流过零时自然关断，电容器组投入完成；切除时序：先使晶闸管阀导通接入系统，然后分断真空接触器，再封锁晶闸管阀触发脉冲，使其在电流过零关断，完成电容器组切除。这种投切方式能有效降低电容器组投切产生的暂态冲击，提高了系统及设备运行的可靠性。 这种新型开关的投切方式对投切的实时性和准确性的要求较高，控制器不仅能在相对复杂的环境下能可靠工作，并且需要较高的时钟频率和强大的时序控制能力。cpld （complex programmable

logic device）复杂可编程逻辑器件，用户可根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，以及硬件上的并行工作模式，为开发这种高性能的控制器提供了很好的解决方案。

1、控制器设计方案

本例高压投切开关的控制器的采用maxiiepm1270系列cpld作为主控芯片，通过检测不同设备在不同时刻的开关量输入状态，经过预先设定的逻辑关系，完成需要达到的功能。控制器原理框图如下：

随着单片机和微型计算机[26]的高速发展，伺服系统逐渐向智能化方向的发展，并伴随外围电路专用集成电路的出现，促进了直流伺服电动机控制技术的显著进步。当这些技术领域发展到一定程度就构成快响应、高精度的直流伺服系统，进而电力半导体驱动装置逐步取代了电液驱动，比如军用伺服系统。正因为直流电机容易进行调速，并能在大范围内实现精密的位置控制和速度控制，所以直流伺服系统广泛应用于要求系统性能高的场合；直流伺服电机具有良好的机械性，能在大范围内实现启动、制动、平滑调速和正反转等，在传动领域中仍占有很重要的地位；从传动系统来看，随着直流电机调速系统的不断更新与发展，作为控制系统的核心部件的微机，具有控制、监视、检测、故障诊断与故障处理的多功能电气传动系统正在形成。由于近年来电力电子技术和微电子的快速发展，使得各种伺服电机控制的智能化功率集成电路系统正朝着模块化、数字化的方向发展[21~25]。

概括的说，伺服系统的发展趋势可以体现在以下几个方面：

第一：全数字化。新的伺服系统是高度集成化的、多功能的控制单元；同一个控制单元中，只要通过软件设置参数，就能改变其性能。它可以通过接口与外部位置传感器或速度传感器构成高精度全闭环控制系统，也可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环控制系统；高度的集成还大大地缩小了整个系统的体积，简化了伺服系统的安装与调试。

第二：智能化。智能化是工业控制设备的趋势，伺服驱动系统也逐渐向智能化方向发展。伺服控制单元的智能化主要有以下几个特点：首先它们都具有记忆功能，所有系统的运行参数都保存在伺服单元的内部，这些参数都可以通过通信接口在计算机上修改，使用起来很方便；其次它们都有故障诊断的功能，当系统出现故障时，可以通过计算机把故障的类型以及故障的原因清楚地显示出来，极大地减少了维修与调试的时间；其次，某些伺服系统还具有特定的参数自整定功能，该伺服单元可以通过几次运行，将系统的参数整定出来，进而实现其最优化控制。

第３０卷第５期　２００６年１０月　测井技术　ＷＥＩＪ　Ｉ　（Ｘ　ＩＮＧ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　ＶｏＬ　３０　Ｎｏ．５　０ｃｔ　２００６　

文章编号：１００４—１３３８（２００６）０５—０４６５—０２　

基于ＣＰＬＤ的多通道高速高精度数据采集　

控制器设计及应用　＊　

卢俊强　，鞠晓东　，成向阳　，秦玉坤　

（１．中国石油大学资源与信息学院，北京１０２２４９；　２．中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北任丘０６５００７）　

摘要：设计了一种基于ＣＰＬＤ的数据采集控制器，并将其应用于井下高性能声波测井仪数据采集系统的设计。采集深　度、速率等参数可由地面或井下控制单元动态设置，采集控制器与系统控制单元之间的通信通过串行命令总线和高速串　行数据总线实现，节省仪器主控制器模块的资源，简化仪器模块之间的连线，减小十扰，提高了仪器的可靠性。　

关键词：声波测井；数据采集；采集控制器；ＣＰＬＤ　中图分类号：ＴＰ２７４．２　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　Ｈｉｇｈ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　Ｍｕｌｔｉ‘ｃｈａｎｎｅｌ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　

Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｇｒａｎｕｎａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ　

ＬＵ　Ｊｕｎ—ｑｉａｎｇ　，ＪＵ　Ｘｉａｏ－ｄｏｎｇ　，ＣＨＥＮＧ　Ｘｉａｎｇ—ｙａｎｇ　，ＱＩＮ　Ｙｕ－ｋｕｎ。　（１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２４９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｌｏｇｇｉｎｇ　ＣＯ．ＬＴＤ．，Ｒｅｎｑｉｕ，Ｈｅｂｅｉ　０６５００７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　

仪器仪表用户　

。）　１￣２＂．　－－Ａ－－Ｊ％＾，（ｂ）　当被测电流Ｉｏ不为零时，存在两种情况，其一是Ｉｏ＞０，其二是１０　＜Ｏ　假设ＩＤ为正。则会使Ｔ１的磁通量增加，Ｔ２的磁通量减少：Ｉｎ　为负时，会使Ｔ２的磁通量增加，Ｔ１的磁通量减少，如果通过检波　来检出直流电流引起的误差信号变化，并将该信号由补偿电路处　理，从而产生一　补偿电流Ｉｒ，此电流提供给补偿绕组Ｎ　。此时，补　偿绕组Ｎ３通过的电流Ｉｃ与穿过磁环的输出电流１０将不满足关系　式：Ｉｃ　Ｎ３－Ｉｏ＝０；而有：Ｉｃ＊Ｎ３－１０≠Ｏ。这说明补偿绕组和负载电　流产生的磁通必然要对两磁环中的磁通产生影响，造成两磁环间的　等效磁通不为零　通过相应检波处理，误差信号Ｖ　送到补偿电流　调节器进行电流闭环控制，重新使Ｉｃ＊Ｎ３一Ｉｏ＝０，使Ｔ卜　间的磁通　维持为零。此时的补偿电流Ｉｒ可以通过采样获得，并且有Ｉｃ＊Ｎ　：　Ｉｏ，由于Ｎ　的匝数是固定的，所以补偿电流可以采用精密高稳定的　小电流信号，并且电流稳定性与准确性可以做到很高，通过采样该　小电流信号，便可以实现被测直流大电流的精密测量　为了消除传　感器调整稳定状态时偶次谐波磁场的影响。可以考虑在双探测线圈　零磁通检测中再增加磁环Ｔ１、１＇４。其产生的激励电压的相位与基　波相差９Ｏ　０ｏ这样，磁环Ｔｌ、Ｔ２与磁环Ｔ　．Ｔ４产生的偶次磁场　（相位相差１８０　ａ）将被有效抑制　基于Ｅ述理论研究基础设计的　１ｏｏＡ直流电流传感器的原理如图４所示。　

图４传感器的内部结构　图４的输出处理单元将平衡后的补偿电流信号转换放大为与被　测直流大电流成线性的直流电压信号，作为标准的反馈信号，该传　感器对应Ｏ～１００Ａ的被测电流产生Ｏ～１０Ｖ的反馈电压，将大电　流标准的反馈电压由ｍＶ级提高到了１０Ｖ，解决了高精度大电流标　准研制的一个关键性问题和难点。　应用实例　

图５直流电流标准设计方案图　４零磁通电流传感器在１００Ａ直流电流标准源中的应用　１ｏｏＡ直流电流标准源设计方案如图５所示。　标准源输出功能由误差比较放大单元、功率放大单元、负载和　零磁通电流反馈环节构成的模拟闭环和由ＡＩＤ采样、微处理器、可　调直流基准构成的数字闭环组成。零磁通电流传感器上产生的直流　电压信号，直接反馈给误差比较单元，与给定的基准值比较，达到　稳定功率放大器输出电流的作用。同时，数字闭环通过２４位ＡＩＤ　转换器对已经进入模拟稳态的零磁通电流传感器的反馈电压进行采　样和模数转换，微处理对转换获得的数字量与键盘设置状态获得的　数字量进行比较，由微处理器将差值输出给可调直流基准单元，对　模拟闭环的给定量进行微调，从而使输出电流达Ｎ－一个新的稳态，　保障标准电流的高精度指标。标准源的主要技术指标如下：　（１）使用温度：一ｉ０℃～４５℃　（２）相对湿度：　小于８Ｏ％ＲＨ　（３）申．源：　２２０Ｖ±１０％，５０Ｈｚ　（４）电流输出范围：０～１００Ａ　（５）电流输出不确定度：１　１０＂“