基于多处理器的多电源ATS信号处理系统及其控制方法

摘要

一种基于多处理器的多电源ATS信号处理系统及其控制方法。系统包括第一处理器、第二处理器、第三处理器、多个三相电压信号采集模块、多个断路器位置信号采集模块、多个任意两相电源间相位差采集模块、多个电源A相电压频率信号采集模块和显示器。本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统及其控制方法不仅具有瞬时电压电流采集功能，而且由于其具有多处理器的处理架构，所以能够同时处理大量数据，完成复杂控制系统下的工作。另外，通过将三个处理器进行模块化处理，可以提高整个系统的实时处理能力，数据采样、分析能力，可以将系统应用在复杂的多电源ATS控制系统中。

说明书

技术领域

本发明属于电器设备技术领域，特别是涉及一种基于多处理器的多电源 ATS信号处理系统及其控制方法。

背景技术

为了保证工业生产能够顺利进行，避免因电力系统故障而造成停机，在 石油化工、油田、冶金、电力等大型连续性生产工业企业均采用双电源分列 运行或“一主一备”供电方式，以确保一路电源发生故障而出现断电时，另 一路电源能够立即投入。此类场合通常采用双电源自动转换装置(ATS)来 进行电源的切换。双电源自动转换装置主要包括电机、两个断路器、擒纵和 控制器，其中两个断路器分别连接在两路电源上；转换时在控制器的控制下 利用电机带动擒纵进行转动，从而将两个断路器进行分、合。

但是，目前市场上常用的双电源自动转换装置通常只能对连接在主、备 两路电源线上的断路器进行控制和转换，而如今越来越多的工矿企业，如铁 路、电厂、供电局、电力电网和通讯等行业中的重要用电场合越来越多地采 用多电源供电方式，这时就需要采用多电源自动转换装置来进行电源的切 换。

另外，在某些特殊场合，为了确保供电负载在任何时候都不能断电的需 要，会将多个双电源ATS串并联使用，这样做的话往往会造成ATS的浪费使 用。另外，在一些供电领域，有时需要将主备两路电源在短时间之内并列运 行，如果在两路电源参数不一致的情况下贸然将两路电源并联，有可能会造 成严重的电力事故，所以需要在极短时间之内对所有的回路进行电气检测， 并对响应情况作出及时反映，以保障整个供电系统的安全。而目前市场上出 售的ATS控制器是无法做到在110μs内对多路电源同时进行检测和转换。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实时响应，处理精 度高，并且可满足高端用户使用要求的基于多处理器的多电源ATS信号处理 系统及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理 系统包括第一处理器、第二处理器、第三处理器、多个三相电压信号采集模 块、多个断路器位置信号采集模块、多个任意两相电源间相位差采集模块、 多个电源A相电压频率信号采集模块和显示器；其中多个三相电压信号采集 模块分别连接在多路电源与第一处理器之间；多个断路器位置信号采集模块 分别连接在多电源自动转换开关电器上多个断路器与第二处理器之间；多个 任意两相电源间相位差采集模块和多个电源A相电压频率信号采集模块分别 连接在多路电源与第二处理器之间；第一处理器、第二处理器和第三处理器 之间通过数据总线相互连接；而第三处理器则与显示器和多电源自动转换开 关电器上控制器相连接。

所述的第一处理器和第二处理器的型号为PIC24HJ64GP206，第三处理器 的型号为PIC24FJ256GA110。

所述的第三处理器通过485通讯总线与上位机相连，同时与连接在备用 电源上的发电机启动模块相接。

本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第一处理器的 控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S1阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件 自检；

2)对配电电源电压进行32点采样的S2阶段：第一处理器利用模数转换 功能对当前电力系统提供的电源的A、B、C相电压进行32点采样，并存储；

3)计算当前配电电源电压的S3阶段：第一处理器对上述采样并存储的 32个电压值进行有效值计算，以得出当前的电压有效值；

4)对当前电压是否存在问题进行判断的S4阶段：判断当前电压是否失 压、欠压、超压、断相，如果判断出电压属于上述四种不正常电压，则进入 S5阶段，否则进入S8阶段；

5)对延时次数是否大于1进行判断的S5阶段：如果判断结果为是，则 进入S6阶段，否则返回S3阶段；

6)延时标志位清零的S6阶段：由于经过延时后电源电压仍然不正常， 则将延时标志位清零；

7)第一处理器强制通信的S7阶段：为了将电源的问题快速反馈到第三 处理器，打开第一处理器的强制通信端口；

8)对闲置电源电压进行16点采样的S8阶段：第一处理器利用模数转换 功能对闲置电源的A、B、C相电压进行16点采样，并存储；

9)计算闲置电源电压的S9阶段：第一处理器对上述采样并存储的16 个数据进行有效值计算，以得出当前的电压有效值；

10)对闲置电源电压是否存在问题进行判断的S10阶段：判断闲置电源 电压是否失压、欠压、超压、断相，如果判断出电压属于上述四种不正常电 压，则进入S11阶段，否则结束此过程；

11)对延时次数是否大于1进行判断的S11阶段：如果判断结果为是， 则进入S12阶段，否则返回S8阶段；

12)存储并清除标志位的S12阶段：由于经过延时后电源电压仍然不正 常，则保存该问题，等待传输给第三处理器，同时将延时标志位清零。

本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第二处理器的 控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S20阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬 件自检；

2)对并列运行标志位是否置位进行判断的S21阶段：查看第二处理器 的并列运行标志位是否被第三处理器置位，如果判断结果为是，进入S22阶 段，否则进入S25阶段；

3)读取两电源相位差的S22阶段：检测并计算每两路电源间的相位差；

4)将并联标志位清零的S23阶段：清除并联标志位；

5)第二处理器强制通信的S24阶段：为了将两电源相位差的问题快速 反馈到第三处理器，打开第二处理器的强制通信端口；

6)逐个读取每一断路器位置的S25阶段：检测每一断路器的状态；

7)对并列运行标志位是否置位进行判断的S26阶段：查看第二处理器 的并列运行标志位是否被第三处理器置位，如果判断结果为是，返回S22阶 段，否则进入S27阶段；

8)逐个读取每路电源电压频率的S27阶段：检测每路电源的电压状态， 然后结束此过程。

本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第三处理器的 控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S30阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬 件自检。

2)读取测量值的S30阶段：第三处理器每隔一定时间与第一处理器、 第二处理器进行轮循数据通信，并读取第一处理器、第二处理器的测量数据；

3)显示当前电源状态的S31阶段：将第一处理器、第二处理器的测量 数据显示在显示器的屏幕上；

4)逻辑判断：根据当前断路器状态与电源状态选择出最优的为配电系 统供电的电源；

5)自动动作：根据逻辑判断结果，驱动相应的断路器动作，然后结束此 过程。

本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统及其控制方法不 仅具有瞬时电压电流采集功能，而且由于其具有多处理器的处理架构，所以 能够同时处理大量数据，完成复杂控制系统下的工作。另外，通过将三个处 理器进行模块化处理，可以提高整个系统的实时处理能力，数据采样、分析 能力，可以将系统应用在复杂的多电源ATS控制系统中。此外，本系统具有 多路电源并联功能，可以将并联误差降低到110μs，达到UL认证标准。

附图说明

图1为本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统构成框图。

图2为本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中不同处 理器间接线图。

图3为本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第一处 理器控制方法流程图。

图4为本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第二处 理器控制方法流程图。

图5为本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中第三处 理器控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于多处理器的多电源ATS 信号处理系统及其控制方法进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理 系统包括第一处理器1、第二处理器2、第三处理器3、多个三相电压信号采 集模块4、多个断路器位置信号采集模块5、多个任意两相电源间相位差采集 模块6、多个电源A相电压频率信号采集模块7和显示器8；其中多个三相电 压信号采集模块4分别连接在多路电源与第一处理器1之间；多个断路器位 置信号采集模块5分别连接在多电源自动转换开关电器上多个断路器与第二 处理器2之间；多个任意两相电源间相位差采集模块6和多个电源A相电压 频率信号采集模块7分别连接在多路电源与第二处理器2之间；第一处理器 1、第二处理器2和第三处理器3之间通过数据总线相互连接；而第三处理器 3则与显示器8和多电源自动转换开关电器上控制器相连接。

所述的第一处理器1和第二处理器2的型号为PIC24HJ64GP206，第三处 理器3的型号为PIC24FJ256GA110。

所述的第三处理器3通过485通讯总线与上位机相连，同时与连接在备 用电源上的发电机启动模块相接。

现将本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统工作原理阐 述如下：第一处理器1通过三相电压信号采集模块4实时采集多路电源的 A/B/C三相电压，并计算出每一相的电压有效值，然后传送给第三处理器3； 第二处理器2通过断路器位置信号采集模块5采集与其相连的断路器的位置 信号，同时通过任意两相电源间相位差采集模块6和电源A相电压频率信号 采集模块7采集多路电源上每两路电源之间的相位差信号和每路电源的A相 电压频率信号，然后将这些信号传送给第三处理器3；第三处理器3将上述 数据进行收集，并且根据目前的电压、频率、相位差、开关状态作出综合判 断，然后通过与最佳电源相连的断路器的控制器将该断路器接通，并控制显 示器8进行显示。另外，第三处理器3可以通过485通讯总线与上位机进行 通讯，使得上位机能够在较远处得知当前断路器或者多路电源的状态。当用 户在第二路电源或者第三路电源上使用发电机作为备用电源为下游负载供 电的时候，一旦第一路电源没有电，在第三处理器3的控制下发电机启动模 块将发出相应的发电机启动信号，使得第二路电源或者第三路电源电源上的 发电机并网，为下游负载供电。

如图3所示，本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中 第一处理器1控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S1阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件 自检；

2)对配电电源电压进行多点采样的S2阶段：第一处理器1利用模数转 换功能对当前电力系统提供的电源的A、B、C相电压进行多点采样，并存储；

3)计算当前配电电源电压的S3阶段：第一处理器1对上述采样并存储 的32个电压值进行有效值计算，以得出当前的电压有效值；

4)对当前电压是否存在问题进行判断的S4阶段：判断当前电压是否失 压、欠压、超压、断相，如果判断出电压属于上述四种不正常电压，则进入 S5阶段，否则进入S8阶段；

5)对延时次数是否大于1进行判断的S5阶段：如果判断结果为是，则 进入S6阶段，否则返回S3阶段；

6)延时标志位清零的S6阶段：由于经过延时后电源电压仍然不正常， 则将延时标志位清零；

7)第一处理器强制通信的S7阶段：为了将电源的问题快速反馈到第三 处理器3，打开第一处理器1的强制通信端口；

8)对闲置电源电压进行16点采样的S8阶段：第一处理器1利用模数转 换功能对闲置电源的A、B、C相电压进行16点采样，并存储；

9)计算闲置电源电压的S9阶段：第一处理器1对上述采样并存储的16 个数据进行有效值计算，以得出当前的电压有效值；

10)对闲置电源电压是否存在问题进行判断的S10阶段：判断闲置电源 电压是否失压、欠压、超压、断相，如果判断出电压属于上述四种不正常电 压，则进入S11阶段，否则结束此过程；

11)对延时次数是否大于1进行判断的S11阶段：如果判断结果为是， 则进入S12阶段，否则返回S8阶段；

12)存储并清除标志位的S12阶段：由于经过延时后电源电压仍然不正 常，则保存该问题，等待传输给第三处理器3。同时将延时标志位清零。

如图4所示，本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中 第二处理器2控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S20阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬 件自检；

2)对并列运行标志位是否置位进行判断的S21阶段：查看第二处理器2 的并列运行标志位是否被第三处理器3置位，如果判断结果为是，进入S22 阶段，否则进入S25阶段；

3)读取两电源相位差的S22阶段：检测并计算每两路电源间的相位差；

4)将并联标志位清零的S23阶段：清除并联标志位；

5)第二处理器强制通信的S24阶段：为了将两电源相位差的问题快速 反馈到第三处理器3，打开第二处理器2的强制通信端口；

6)逐个读取每一断路器位置的S25阶段：检测每一断路器的状态；

7)对并列运行标志位是否置位进行判断的S26阶段：查看第二处理器2 的并列运行标志位是否被第三处理器3置位，如果判断结果为是，返回S22 阶段，否则进入S27阶段；

8)逐个读取每路电源电压频率的S27阶段：检测每路电源的电压状态， 然后结束此过程。

如图5所示，本发明提供的基于多处理器的多电源ATS信号处理系统中 第三处理器3控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)设备初始化的S30阶段：系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬 件自检。

2)读取测量值的S30阶段：第三处理器3每隔一定时间与第一处理器1、 第二处理器2进行轮循数据通信，并读取第一处理器1、第二处理器2的测 量数据；

3)显示当前电源状态的S31阶段：将第一处理器1、第二处理器2的测 量数据显示在显示器8的屏幕上；

4)逻辑判断：根据当前断路器状态与电源状态选择出最优的为配电系 统供电的电源；

5)自动动作：根据逻辑判断结果，驱动相应的断路器动作，然后结束 此过程。

在实际使用中，处理期间通信经常会受到错误干扰，从而使系统响应变 慢，或做出错误判断。为了避免上述问题，本发明采用CRC通讯检验，通过 在通讯数据文件中加入错误校验码，从而可避免因错误数据造成的损失。

本发明中最重要的是处理器之间的通信，是利用处理器之间的SPI总线 结构进行，最快速度可以达到10Mbps，第三处理器3与第一处理器1、第二 处理器2分别作为SPI通讯的主机与从机，整个控制系统处理器处于2级主 从模式。