新型电力机车电能计量系统的研制

本文提出了一种新型的电力机车电能计量系统的方案,与传统的电能计量方式相比,该系统在几个方面有其独特的优点。 该系统的核心部分以“DSP+CPLD”的方式组成。这样既充分发挥了DSP芯片的数字运算能力,提高了系统的实时性和精度,又将整个系统的数字硬件逻辑集中由CPLD进行管理,简化了系统构成。而且,在CPLD中,以有限状态机的思想,用VerilogHDL硬件描述语言,实现了一个可靠高效的硬件键盘逻辑,改变了以往键盘逻辑由软件实现的方法。 为了克服以往电力机车常用感应式电能表计量电能的缺点,本系统采用了CS5460A这款电能计量专用芯片对单相电力机车负载的电能进行高精度计量。该芯片内部采用数字信号处理的原理计算得到电压、电流的真有效值和有功功率值,因此不会少计高次谐波电能。通过和标准表反复校准、并进行大量对比试验,使得该电能计量系统的计量精度高达0.1级。 考虑到电力机车的实际运行状况,本系统采用了将数据以记录形式保存在外部非易失性存储器中,当机车回到总站后通过射频无线通讯将数据上传至上位机数据库系统的运行方式。这里,通过建立无线通信的信道模型,讨论误码产生的原因,最终提出了一套实用化的无线通信协议。 实践证明,根据该方案研制的实用化产品运行稳定,各部分模块工作正常,达到了设计目的,完全满足了当前电力机车的电能计量要求。 考虑到传统前后台的编程方式实时性差、代码不便于维护、不易于功能扩展,本文还提出了一种使用实时嵌入式操作系统的电能计量系统方案。该方案采用uC/OS-Ⅱ实时系统内核作为系统的管理核心,将电能计量系统的各个功能划分为若干任务,按实时性要求赋予不同的优先级,并额外设计了一个系统监视任务,监督各个功能任务的执行情况,防止错误发生。将该方案应用于电力机车的电能计量中,必将大大提高系统的稳定性和可靠性,提高产品的性能。