一種基于fpga與vpc3+c的電動變槳系統(tǒng)profibus-dp通信接口的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口。包括FPGA芯片、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器，VPC3+C芯片和FPGA芯片通過模擬數(shù)據(jù)總線和模擬地址總線連接；VPC3+C芯片依次與隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器連接；電源給變槳系統(tǒng)控制器、FPGA芯片、雙口RAM、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器供電；雙口RAM連接FPGA芯片和VPC3+C芯片；變槳系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP總線與風(fēng)機主控系統(tǒng)連接。本實用新型采用FPGA芯片控制著變槳系統(tǒng)的開關(guān)信號，完成數(shù)據(jù)通信，使得變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，資源得到充分利用。使用FPGA中的硬件資源建立了FPGA芯片與VPC3+C芯片之間的信息傳輸通道，避免了再設(shè)計數(shù)據(jù)交互接口，變槳系統(tǒng)控制器可直接將采樣數(shù)據(jù)寫入FPGA指定內(nèi)存。
【專利說明】—種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROF IBUS-DP通信接口

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是能夠使變槳系統(tǒng)資源得到充分利用的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PR0FIBUS-DP通信接口。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今新能源開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展最快，獲利最多的新能源利用技術(shù)。電動變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組中重要的組成部分，其控制著風(fēng)機的風(fēng)能捕獲和發(fā)電效率，因此保證與風(fēng)機主控系統(tǒng)間通信的可靠性、準(zhǔn)確性與實時性是變槳系統(tǒng)通信的重中之重。目前，風(fēng)機中通常采用以太網(wǎng)通信方式，由于以太網(wǎng)采用的是CSMA/CD (帶有沖突的載波偵聽多路訪問協(xié)議)，無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求，并對系統(tǒng)資源的利用不夠充分，在數(shù)據(jù)量大的情況下會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況，甚至造成風(fēng)機的安全隱患。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PR0FIBUS-DP通信接口，以解決CSMA/⑶通信方式無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求，對系統(tǒng)資源的利用不夠充分的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0005]一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PR0FIBUS-DP通信接口，包括FPGA芯片、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器，VPC3+C芯片和FPGA芯片通過模擬數(shù)據(jù)總線和模擬地址總線連接；VPC3+C芯片依次與隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器連接；電源給變槳系統(tǒng)控制器、FPGA芯片、雙口 RAM、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器供電；雙口 RAM連接FPGA芯片和VPC3+C芯片；變槳系統(tǒng)通過PR0FIBUS-DP總線與風(fēng)機主控系統(tǒng)連接。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述FPGA芯片通過讀寫控制信號、數(shù)據(jù)總線和地址總線連接變槳系統(tǒng)控制器，變槳系統(tǒng)控制器將采樣數(shù)據(jù)直接寫入FPGA指定內(nèi)存。
[0007]作為本實用新型的更進一步改進，所述VPC3+C芯片由FPGA控制。
[0008]作為本實用新型的更進一步改進，所述電源模塊可以產(chǎn)生1.9V和3.3V電壓，由TPS76801Q芯片和TPS75733芯片組成。其輸入電壓范圍為4_5.5V。
[0009]作為本實用新型的更進一步改進，隔離保護電路采用的是ADUM1201雙通道隔離器。
[0010]作為本實用新型的更進一步改進，所述的FPGA芯片型號為:EP2C5F256I8。
[0011]作為本實用新型的更進一步改進，RS485總線驅(qū)動器采用的收發(fā)器型號為ADM2486。
[0012]本實用新型采用FPGA技術(shù)，一方面，F(xiàn)PGA芯片控制著變槳系統(tǒng)的開關(guān)信號，另一方面，完成數(shù)據(jù)通信，使得變槳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，資源得到充分利用。FPGA芯片與變槳系統(tǒng)控制器采用數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號連接的方式，避免了再設(shè)計數(shù)據(jù)交互接口，變槳系統(tǒng)控制器可直接將采樣數(shù)據(jù)寫入FPGA指定內(nèi)存。FPGA芯片采用模擬數(shù)據(jù)總線、模擬地址總線和控制信號連接VPC3+C芯片，使用FPGA中的硬件資源建立了 FPGA芯片與VPC3+C芯片之間的信息傳輸通道。
[0013]本實用新型作為變槳系統(tǒng)與風(fēng)機主控系統(tǒng)的通信接口，可以與風(fēng)機主控PLC完美連接，很好的解決了變槳系統(tǒng)與風(fēng)機主控通信實時性、準(zhǔn)確性和可靠性的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型變槳系統(tǒng)PR0BIFUS-DP通信接口硬件原理圖；
[0015]圖2為FPGA主程序流程圖；
[0016]圖3為FPGA中斷處理流程圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。
[0018]如圖1所示的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PR0FIBUS-DP通信接口，包括FPGA (型號EP2C5F256I8)芯片、VPC3+C芯片、隔離保護電路、RS485總線驅(qū)動器、雙口RAM(型號CY7C006AV)和電源。其中FPGA芯片和VPC3+C芯片通過模擬的數(shù)據(jù)總線和地址總線實現(xiàn)連接。
[0019]EP2C5F256I8型號的FPGA芯片是美國ALTERA公司推出的Cyclone系列FPGA，共有256個管腳，耐溫范圍在_40°C至85°C之間，滿足變槳系統(tǒng)工作環(huán)境的需求。EP2C5F256I8控制PR0FIBUS-DP通信和變槳系統(tǒng)中的開關(guān)量，為變槳系統(tǒng)節(jié)約了成本。
[0020]VPC3+C芯片是西門子公司專門為PR0FIBUS通信協(xié)議生產(chǎn)的，它可以自動完成PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換，RAM空間大小為4KB，通過外部引腳XCS可以配置其工作模式，增加了操作的靈活性。
[0021]FPGA通過數(shù)據(jù)總線和地址總線與變槳系統(tǒng)控制器連接。變槳系統(tǒng)控制器在FPGA的指定內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)寫入VPC3+C的輸入緩存，VPC3+C自動的將輸入緩存中的數(shù)據(jù)發(fā)送至風(fēng)機主控系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的上傳。
[0022]VPC3+C芯片和RS485總線驅(qū)動接口之間使用ADuM1201雙通道隔離芯片將信號隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。ADuM1201是基于ADI (Analog device, inc)公司的iCoupler磁耦隔離技術(shù)的雙通道數(shù)字隔離器。采用了高速CMOS工藝和芯片級的變壓器技術(shù)，在性能、功耗、體積等各方面都有光電隔離器件無法比擬的優(yōu)勢。
[0023]FPGA芯片提供RS232串口，用于調(diào)試或和上位機通信。
[0024]如圖2所示，系統(tǒng)上電之后要先對FPGA進行資源配置，以通過模擬地址總線和數(shù)據(jù)總線對VPC3+C芯片進行讀寫。復(fù)位VPC3+C、清理VPC3+C內(nèi)存、設(shè)置VPC3+C寄存器和初始化VPC3+C緩存都是VPC3+C的初始化工作。啟動VPC3+C后，F(xiàn)PGA設(shè)置VPC3+C參數(shù)，檢查VPC3+C配置是否正確。以上操作完成后，VPC3+C進入數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，等待風(fēng)機主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求報文。
[0025]如圖3所示，當(dāng)接收到主站發(fā)送的報文時，VPC3+C根據(jù)不同的報文產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。FPGA通過讀取VPC3+C的中斷標(biāo)志寄存器判斷中斷類型，并響應(yīng)中斷。FPGA要處理的中斷包括:進入或退出數(shù)據(jù)交換狀態(tài)中斷、波特率檢測中斷、看門狗溢出中斷、接收全局控制報文中斷、從站地址改變中斷、接收參數(shù)報文中斷、接收配置報文中斷、診斷信息中斷和接收數(shù)據(jù)中斷。
[0026]以上內(nèi)容是對本實用新型的優(yōu)選實施例所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的【具體實施方式】僅限于此，對于本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在本實用新型的前提下所做的任何修改、替換、推演、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于，包括FPGA芯片、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器，VPC3+C芯片和FPGA芯片通過模擬數(shù)據(jù)總線和模擬地址總線連接；VPC3+C芯片依次與隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器連接；電源給變槳系統(tǒng)控制器、FPGA芯片、雙口 RAM、VPC3+C芯片、隔離保護電路和RS485總線驅(qū)動器供電；雙口 RAM連接FPGA芯片和VPC3+C芯片；變槳系統(tǒng)通過PROFIBUS總線與風(fēng)機主控系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述FPGA芯片通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號與變槳系統(tǒng)控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述VPC3+C芯片由FPGA控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述電源可以產(chǎn)生1.9V和3.3V電壓，由TPS76801Q芯片和TPS75733芯片組成，其輸入電壓范圍為4-5.5V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述隔離保護電路采用的是ADUM1201雙通道隔離器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述的FPGA芯片型號為:EP2C5F256I8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA與VPC3+C的電動變槳系統(tǒng)PROFIBUS-DP通信接口，其特征在于:所述RS485總線驅(qū)動器采用的收發(fā)器型號為ADM2486。
【文檔編號】G05B19/042GK204089854SQ201420402244
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】許克磊, 董海鷹, 付勃, 王瑞軍, 曹立新 申請人:蘭州交通大學(xué), 蘭州電機股份有限公司