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1、DMA通讯方式在无功补偿装置中的应用1 引言 随着电力电子技术的发展，各种电力电子装置在电力、工业、家庭等各种场合的应用越来越广泛，因此而造成的谐波和无功对电网的污染日益严重。无功功率和谐波会导致系统功率因数和电压降低，网络传输能力下降，电网损耗增加，使电气设备得不到充分的利用，严重时还会导致设备的损坏。所以谐波抑制和无功补偿技术日益引起人们的关注。晶闸管投切电容器（TSC）由于控制简单，成本低廉，在实际中得到了广泛的应用。 在无功补偿装置中，需要实时检测电网的频率，三相电压、电流有效值，相位以及分析谐波含量；还有复杂的电容投切控制以及显示键盘处理部分。如果只采用单个CPU，很难满足其要求。因
2、此，在本文采用一片dsPIC30F6014完成电网周期，三相电压，每相负载电流检测，以及有功电流，无功电流，无功功率的计算。然后由基于ARM7的S3C44B0X完成对设备参数的调整、电容投切的控制、数据的备份、监控、LCD显示、按键处理等功能。由于上位机与下位机之间通信的数据量大，包括电网的频率，各相电压的有效值等，若采用中断方式，过于频繁，影响效率。本文采用DMA的串行通讯方式，可以在不干涉其它任务的执行的情况下，可靠的完成上位机与下位机的通讯，实践证明这种方式具有更高的效率，而且补偿效果良好。2 无功补偿装置系统组成 无功补偿控制器硬件电路设计主要包括以下两个部分：基于dsPIC30F的数
3、据采集系统和以及S3C44B0X的主控系统。主要包括信号采样调理电路、同步信号捕捉电路、实时时钟电路、历史数据存储电路、输出驱动电路、控制接口电路、电源电路、通信电路等。整个系统的结构组成如图1所示。图1 系统硬件结构图 （1）数据采集系统：完成对交流系统实时参数采集和计算的功能。信号调理电路将电网电压，电流信号变为03.3V的交流小信号，并将电压抬升1.65V，使之能被单片机采样；dsPIC30F实现电网参数的采集和运算。 数据采集系统的软件流程如图2所示。以采集A相电压和电流为例进行讨论，三相采集与单相相同，只是需要在6路AD通道之间做转换，并且存储更多的数据。为方便计算，数据采集时间间隔
4、1.1ms，每个周期采集120个点。图2 数据采集系统的软件流程 系统初始化以后，整个系统进入到数据采集系统的主程序。为了能够采集一个完整周期的A相电压电流信号，数据采集系统从A相电压的过零点开始采集，每次采集进行l.1ms定时。为了保证无功电流计算的精度，每个周期采集120个点的数据4。通过数据采集系统可以得到电流信号的离散数据，对其进行余弦处理，采用查表法比较合适。每个周波采集120个数据点，将一个周波的120个采样点对应的cos(wt)的值求出存放在数组cos120中。进行数据处理时，查表完成电流值采样数据与余弦值的乘积。将计算的乘积结果存放在数组中，等待UART中断服务程序的响应，完成
5、一个周波数据的传送。 （2）主控系统：主控单元采用ARM7集成芯片S3C44B0X组成硬件系统，完成交流开关的驱动控制，触摸屏液晶显示，历史数据存储等功能。包括S3C44B0X系统电路、外扩存储器模块电路、触摸屏和LCD显示电路和执行单元(驱动模块电路)等。 主控系统为补偿装置的上位机，负责整个装置的软硬件资源的调度和合理使用，数据采集系统为补偿装置的下位机，两者之间采用UART总线进行通信联系，实现彼此间的数据传输，控制命令发送等功能，组成一个完整的智能动态无功补偿装置。3 DMA通讯方式的实现3.1 S3C44B0X串行通讯接口结构 S3C44B0X的UART（通用异步收发器）单元提供两个
6、独立的异步串行I/O端口，每个都可以在中断和DMA两种模式下工作。它们支持的最高波特率为115.2kbps。每个UART通道包含两个16位FIFO（先进先出）分别提供给接收和发送。 DMA是Direct Memory Access的缩写。意思是“存储器直接访问”，它是一种高速的数据传输操作， 允许在外部设备和存储器之间直接读/写数据，即不通过CPU， 也不需要干预。整个数据传输操作是在一个称为“DMA控制器”的控制下进行的。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外， 在传输过程中可以进行其他的工作。这样， 在大部分时间里,CPU和输入/输出设备都处于并行的操作状态。DMA的主要优势是，可在
7、无CPU干涉的情况下传送数据5。 选定为DMA模式，则接收FIFO“满”和发送FIFO“空”的状态信号也可以被连接，以产生DMA请求信号。3.2 无功补偿装置中DMA通讯的设置实现 在无功补偿装置中，需要实时检测电网的频率，三相电压、电流以及分析谐波含量；还有复杂的电容投切控制。因此需要上位机主控系统与下位机通信的可靠，快速。采用DMA的通讯方式可以大大提高通信的可靠性，以及CPU的效率。 上位机与下位机的通讯硬件接口如图3所示。图3 上位机与下位机的硬件连接 S3C44B0X与dsPIC30F6014之间的通信通过两片Max3232芯片，进行电平转换后连接起来。 上位机与下位机通讯的软件设计
8、流程如图4所示。波特率为9600bps，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。图4 dsPIC30F6014与S3C44B0X的通讯软件流程图 4 实验结果 变压器：额定容量1200kVA、额定电压0.4kV； 测试点：变压器副边补偿装置插入点前，电压信号直接选取； 变比：PT1:1、CT400:1； 功率变比400:1。 补偿前后测量结果如图5，图6所示。图5 投入前电压电流波形图6 投入后电压电流波形 图5表明：未做补偿时，电网电压有畸变，电流波形畸变较严重。 图6表明：补偿装置投入，电网电压及电流波形趋于正弦化且功率因数接近1，达到良好的补偿效果。5 结束语 基于dsPIC30F6014的数据采集系统和S3C44B0X的主控系统构成的无功补偿控制器，采用DMA的方式实现上位机和下位机的通讯，提高了CPU的利用率。结果表明，本无功补偿控制器具有良好的补偿效果。更多请访问：中国自动化网(http:/)
