基于雙處理器的eps電源系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明包括輸入開關、輸出開關、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關、逆變靜態(tài)開關、DSP處理器，還包括信號采樣及調理模塊和監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；信號采樣及調理模塊用于采集和處理測量參數，并傳送給DSP處理器；蓄電池組監(jiān)護模塊用于監(jiān)控蓄電池組的運行狀態(tài)，并將監(jiān)控參數傳送給所述DSP處理器；DSP處理器將測量參數和監(jiān)控參數傳送給龍芯處理器；龍芯處理器通過人機交互模塊顯示測量參數和監(jiān)控參數及通過所述無線通信模塊將測量參數和監(jiān)控參數送至遠程終端。本發(fā)明以國產龍芯處理器構建EPS電源系統(tǒng)的人機交互和網絡監(jiān)控，采集、顯示、存儲并監(jiān)測系統(tǒng)運行時的各種信息，確保系統(tǒng)各部分工作有序，便于實現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性的檢驗。
【專利說明】基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及EPS應急電源領域，特別涉及基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]EPS應急電源(Emergency Power Supply:緊急電力供給)作為獨立于電網之外的后備電源，是解決停電事故和電力質量不穩(wěn)定等問題的最有效途經。在事故發(fā)生時可確保提供所需應急電力，以有效降低因斷電造成的損失，保障人們的生產、生活安全。
[0003]EPS應急電源原理為:在電網正常時，由市電經過輸出切換裝置給負荷設備供電，同時充電器為蓄電池進行充電或浮充；當電網斷電后或電壓超出供電范圍，處理器啟動逆變器，同時輸出切換裝置將市電供電狀態(tài)立即切換到逆變器供電，為負荷設備提供應急供電；當電網恢復時，應急電源將恢復為電網供電。
[0004]目前，國內外EPS電源的發(fā)展趨勢和研究方向主要體現(xiàn)在高效化、小型化、集成化、智能化和網絡化等幾個方面，研發(fā)性能完善、實用性強的應急電源系統(tǒng)有著十分重要的意義。由于現(xiàn)有EPS的安裝及應用的具體環(huán)境較差，從而對其運行情況進行監(jiān)控比較困難，通常是通過人工定期巡檢的方式進行，但是這種監(jiān)控方式在實時性、可靠性等方面存在一定的問題。再者，我國高端EPS電源需要從國外引進，即使國內自主研發(fā)并投入使用的EPS電源，其處理器也均從國外進口，核心技術受到國外壟斷，急需用國內的處理器來填補我國EPS電源領域的空白。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種具有智能監(jiān)控功能的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的又一目的在于:提供一種具有智能監(jiān)控功能的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其包括輸入開關、輸出開關、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關、逆變靜態(tài)開關和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接；所述旁路靜態(tài)開關和所述逆變靜態(tài)開關分別與DSP處理器的IO接口連接；所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接；
[0008]系統(tǒng)還包括信號采樣及調理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；
[0009]所述信號采樣及調理模塊與所述DSP處理器連接；所述DSP處理器與所述監(jiān)控模塊連接；所述龍芯處理器分別與所述人機交互模塊和無線通信模塊連接；
[0010]所述信號采樣及調理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數，并將所述測量參數傳送給所述DSP處理器；所述蓄電池組監(jiān)護模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)，并將所述監(jiān)控參數傳送給所述DSP處理器；
[0011]所述DSP處理器讀取所述信號采樣及調理模塊的測量參數和所述蓄電池組監(jiān)護模塊的監(jiān)控參數，并將測量參數和監(jiān)控參數傳送給所述龍芯處理器；
[0012]所述龍芯處理器通過所述人機交互模塊顯示測量參數和監(jiān)控參數，所述龍芯處理器通過所述無線通信模塊將測量參數和監(jiān)控參數傳送至遠程終端。
[0013]所述人機交互模塊還可通過龍芯處理器向DSP處理器發(fā)送指令，所述指令經DSP處理器執(zhí)行后，DSP處理器將相應的輸出信息通過龍芯處理器反饋給人機交互模塊進行顯
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[0014]所述無線通信模塊還可接收遠程終端的指令，并通過龍芯處理器傳送給DSP處理器執(zhí)行。
[0015]所述龍芯處理器通過RS232、中斷口和雙端口 RAM與所述DSP處理器連接。
[0016]所述測量參數包括市電的電壓、電流及EPS電源系統(tǒng)的運行溫度；所述監(jiān)控參數包括所述蓄電池組的電壓、電流、容量和溫度。
[0017]所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊，所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口與GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊連接。
[0018]所述人機交互模塊包括真彩IXD和觸摸屏。
[0019]所述龍芯處理器的型號為1B。
[0020]所述DSP處理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。
[0021]所述蓄電池組為閥控密封鉛酸蓄電池。
[0022]所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路。
[0023]所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2。
[0024]所述Boost充電電路包括開關管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3。
[0025]所述逆變器包括由四個開關管(Ql、Q2、Q3、Q4)組成全橋逆變電路，開關管Ql和Q3組成超前橋臂，Q2和Q4組成滯后橋臂。
[0026]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法，其包括以下步驟:
[0027](I)上電并初始化；
[0028](2)信號采樣及調理模塊檢測市電的電壓、電流以及EPS電源系統(tǒng)運行過程的溫度參數，蓄電池組監(jiān)護模塊檢測蓄電池組的電壓、電流、容量及溫度參數；
[0029](3)DSP處理器讀取并記錄信號采樣及調理模塊AD采樣值，并記錄蓄電池組電壓、電流、容量及溫度參數；
[0030](4) DSP處理器判斷蓄電池組是否有故障，
[0031]若有故障，則啟動系統(tǒng)自保護；
[0032]若無故障，則將測量參數和監(jiān)控參數送至本地人機交互模塊顯示，同時通過無線模塊發(fā)送至遠程終端記錄并保存；
[0033](5) DSP處理器對市電電壓進行判斷，
[0034]若市電電壓正常，則控制旁路靜態(tài)開關直接市電輸出，同時對蓄電池組充電或浮充；[0035]若市電斷電，則在蓄電池組電壓正常的情況下控制逆變靜態(tài)開關和逆變器提供應急供電；若蓄電池組電壓不正常，也不提供應急供電。
[0036]所述步驟(4)還包括若發(fā)現(xiàn)故障則進行故障報警，并記錄故障時的參數。
[0037]所述步驟(4)的系統(tǒng)自保護，包括但不限于關斷PWM控制信號以保護開關管。
[0038]所述步驟(5)的蓄電池組充電為三段式充電方式:
[0039]①恒流充電階段:反饋量為充電電流，按照設定的電流對電池充電，電池端壓持續(xù)上升;
[0040]②恒壓充電階段:反饋量為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的均充電壓，充電電流持續(xù)減??；
[0041]③浮充充電階段:反饋量仍為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的涓流充電電壓，充電電流繼續(xù)減小。
[0042]本發(fā)明的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法還包括以下步驟:
[0043]DSP處理器檢測是否有遠程控制指令，若檢測到有遠程控制指令，則根據指令相應動作；
[0044]若無遠程控制指令，則返回繼續(xù)讀取信號采樣及調理模塊AD采樣值，開始下一輪循環(huán)過程。
[0045]所述遠程控制指令包括但不限于關斷PWM信號、進行一次當前電池電壓和市電電壓讀取并發(fā)送、遠程關機。
[0046]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0047](I)采用雙處理的EPS電源系統(tǒng)可提升整體性能，以國產芯片構建EPS電源系統(tǒng)的人機交互和網絡監(jiān)控，采集、顯示、存儲并監(jiān)測系統(tǒng)運行時的各種信息，確保系統(tǒng)各部分工作有序，便于實現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性的檢驗；
[0048](2) “三段式”充電方式能在短時間內將蓄電池組電量充滿，充滿后自動轉為浮充充電方式，使系統(tǒng)在待機情況下不會因自放電造成電量的減少；同時能夠保證在不損壞電池、縮短電池壽命的情況下,維持蓄電池組電量的飽和狀態(tài)；
[0049](3)采用諧振技術與PWM控制技術相結合的恒頻移相控制方式，實現(xiàn)開關管零電壓條件下的導通與關斷，調節(jié)四路PWM信號占空比，進而控制輸出電壓的頻率和相位，實現(xiàn)EPS電源輸出調節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1是本發(fā)明的整體結構圖；
[0051 ] 圖2是本發(fā)明的監(jiān)控模塊結構圖；
[0052]圖3是本發(fā)明的充電器的電路圖；
[0053]圖4是本發(fā)明的逆變器的電路圖；
[0054]圖5是本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0055]請參閱圖1一4，本發(fā)明包括輸入開關、輸出開關、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關、逆變靜態(tài)開關和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接；所述旁路靜態(tài)開關和所述逆變靜態(tài)開關分別與DSP處理器的IO接口連接；所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接；
[0056]系統(tǒng)還包括信號采樣及調理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊；所述DSP處理器通過其AD轉換接口與所述信號采樣及調理模塊連接，所述DSP處理器通過其通信接口與所述龍芯處理器連接，所述龍芯處理器分別與所述無線通信模塊和人機交互模塊連接；
[0057]所述信號采樣及調理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數，所述測量信號包括市電的電壓、電流及EPS電源系統(tǒng)運行過程中的溫度，所述信號采樣及調理模塊將所述測量參數傳送給所述DSP處理器；所述蓄電池組監(jiān)護模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)，所述監(jiān)控參數包括述蓄電池組的電壓、電流、容量和溫度，所述蓄電池組監(jiān)護模塊將所述監(jiān)控參數傳送給所述DSP處理器；
[0058]所述DSP處理器根據所述信號采樣及調理模塊輸入的測量參數以及蓄電池組監(jiān)護模塊輸入的監(jiān)控參數，判斷市電及蓄電池是否正常并進行處理，所述DSP處理器將所述測量參數和所述監(jiān)控參數傳送給所述龍芯處理器；
[0059]所述龍芯處理器將所述測量參數和所述監(jiān)控參數傳送給所述無線通信模塊和所述人機交互模塊；所述人機交互模塊將所述測量參數和所述監(jiān)控參數在本地顯示；所述無線通信模塊將所述測量參數和所述監(jiān)控參數發(fā)送至遠端PC機或移動終端。
[0060]所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊；所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口外接GPRS模塊和ZigBee無線通信模塊。
[0061]所述人機交互模塊包括真彩IXD和觸摸屏，運行Linux操作系統(tǒng)，并通過奇趣科技(Trolltech)公司QT軟件設計開發(fā)人機界面，開發(fā)語言為C++。人機界面是用戶與EPS電源之間現(xiàn)場實時傳遞、交換信息的媒介，用戶通過LCD面板觸控操作向系統(tǒng)發(fā)出命令，輸入控制參數，經系統(tǒng)處理后又通過人機界面將輸出信息反饋給用戶。
[0062]所述龍芯處理器通過RS232、中斷口和雙端口 RAM與所述DSP處理器連接。
[0063]所述龍芯處理器的型號為1B。
[0064]所述DSP處理器采用TI公司的TMS320F28335芯片。
[0065]所述蓄電池組為閥控密封鉛酸蓄電池。
[0066]所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路，所述DSP處理器通過其PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制)口與所述充電器連接。所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2，市電由整流橋全波整流，再經過濾波電容，得到恒定直流電；所述Boost充電電路包括開關管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3，所述DSP處理器通過PWM口輸入信號來控制開關管Ql的導通與關斷，通過電感L1、二極管Dl以及電容C3完成充放電過程。
[0067]本發(fā)明的充電選擇“三段式”充電方式，包含恒流、恒壓、浮充三個充電階段。此種方式符合相關規(guī)范要求，能在短時間內將蓄電池電量充滿。充滿后自動轉為浮充充電方式，使EPS在待機情況下不會因自放電造成電量的減少。同時能夠保證在不損壞電池、縮短電池壽命的情況下，維持蓄電池組電量的飽和狀態(tài):
[0068](I)恒流充電階段:反饋量為充電電流，按照設定的電流對電池充電，電池端壓持續(xù)上升；
[0069](2)恒壓充電階段:反饋量為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的均充電壓，充電電流持續(xù)減??；
[0070](3)浮充充電階段:反饋量仍為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的涓流充電電壓，充電電流繼續(xù)減小。
[0071]通過DSP處理器改變功率開關管Ql的輸出占空比調節(jié)輸出，根據蓄電池電壓、電流、容量的采樣結果，計算占空比，并進一步反饋控制DSP控制信號，調節(jié)輸出，最終完成充電過程。
[0072]本發(fā)明的逆變器包括由四個開關管(Q1、Q2、Q3、Q4)組成全橋逆變電路，開關管Ql和Q3組成超前橋臂，Q2和Q4組成滯后橋臂。利用變壓器Tl的漏電感和一次側串聯(lián)的電感Lr和功率管的輸出電容Cl作為諧振元件，在一個完整的開關周期中通過諧振使全橋變換器中的四個功率開關管依次在零電壓下導通，在功率管輸出電容作用下零電壓關斷。采用諧振技術與PWM控制技術相結合的恒頻移相控制方式，實現(xiàn)開關管零電壓條件下的導通與關斷，調節(jié)四路PWM信號占空比，進而控制輸出電壓的頻率和相位，實現(xiàn)EPS電源輸出調節(jié)。
[0073]請參閱圖5，本發(fā)明的控制方法包括以下步驟:
[0074](I)EPS電源系統(tǒng)上電并初始化；
[0075](2)信號采樣及調理模塊檢測市電的電壓、電流以及EPS電源系統(tǒng)運行過程的溫度參數，蓄電池組監(jiān)護模塊檢測蓄電池組的電壓、電流、容量及溫度參數；
[0076](3)DSP處理器讀取并記錄信號采樣及調理模塊AD采樣值，并記錄蓄電池組電壓、電流、容量及溫度參數；
[0077](4) DSP處理器判斷蓄電池組是否有故障，
[0078]若發(fā)現(xiàn)故障則進行故障報警，并記錄設備故障時的參數方便后續(xù)診斷和維護，同時啟動設備自保護，包括但不限于關斷PWM控制信號以保護開關管；
[0079]若無故障則將測量參數送至本地人機交互模塊顯示，同時通過無線通信模塊發(fā)送至遠程終端記錄并保存；
[0080](5) DSP處理器對市電電壓進行判斷，
[0081 ] 若市電電壓正常，則控制旁路靜態(tài)開關直接市電輸出，同時對蓄電池組充電或浮充；
[0082]若市電斷電，則在蓄電池組電壓正常的情況下控制逆變靜態(tài)開關和逆變器提供應急供電；若蓄電池組電壓不正常，也不提供應急供電；
[0083](6)DSP處理器檢測是否有遠程控制指令(遠程終端可以通過無線網絡發(fā)出指令到系統(tǒng)處理器)，
[0084]若檢測到有遠程控制指令，則根據指令相應動作，包括但不限于關斷PWM信號、進行一次當前電池電壓和市電電壓讀取并發(fā)送、遠程關機；
[0085]若無遠程控制指令，則返回讀取信號采樣及調理模塊AD采樣值，開始下一輪循環(huán)過程。
[0086]根據上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何限制。
【權利要求】
1.基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng),包括輸入開關、輸出開關、充電器、蓄電池組、蓄電池組監(jiān)護模塊、逆變器、旁路靜態(tài)開關、逆變靜態(tài)開關和DSP處理器，所述充電器與所述蓄電池組連接，所述蓄電池組通過蓄電池組監(jiān)護模塊與DSP處理器的通信接口連接，所述充電器與DSP處理器的PWM接口連接，所述旁路靜態(tài)開關和所述逆變靜態(tài)開關分別與DSP處理器的IO接口連接，所述逆變器與DSP處理器的PWM接口連接； 其特征在于:還包括信號采樣及調理模塊和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括龍芯處理器、無線通信模塊和人機交互模塊，所述龍芯處理器分別與所述人機交互模塊、所述無線通信模塊連接，所述DSP處理器分別與所述信號采樣及調理模塊、所述監(jiān)控模塊連接。 所述信號采樣及調理模塊用于采集和處理EPS電源系統(tǒng)運行過程中的測量參數，所述蓄電池組監(jiān)護模塊用于監(jiān)控所述蓄電池組的運行狀態(tài)；所述DSP處理器讀取信號采樣及調理模塊的測量參數和蓄電池組監(jiān)護模塊的監(jiān)控參數，并將所述測量參數和監(jiān)控參數傳送給所述龍芯處理器；所述龍芯處理器通過所述人機交互模塊顯示測量參數和監(jiān)控參數及通過所述無線通信模塊將測量參數和監(jiān)控參數傳送至遠程終端。
2.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述充電器包括整流濾波電路和Boost充電電路，所述整流濾波電路包括整流橋和濾波電容Cl、C2，所述Boost充電電路包括開關管Q1、電感L1、二極管Dl和電容C3。
3.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變器包括由開關管Q1、開關管Q2、開關管Q3和開關管Q4組成的全橋逆變電路，所述開關管Ql和Q3組成超前橋臂，所述Q2和Q4組成滯后橋臂。
4.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊可通過所述龍芯處理器向所述DSP處理器發(fā)送指令。
5.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊包括真彩LCD和觸摸屏。
6.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊可接收遠程終端的指令，并通過所述龍芯處理器傳送給所述DSP處理器執(zhí)行。
7.根據權利要求1所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊為GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊，所述龍芯處理器通過RS232或RS485接口與GPRS模塊或ZigBee無線通信模塊連接。
8.基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括以下步驟。 (1)上電并初始化； (2)信號采樣及調理模塊檢測市電的電壓、電流以及EPS電源系統(tǒng)的溫度參數，蓄電池組監(jiān)護模塊檢測蓄電池組的電壓、電流、容量及溫度參數； (3)DSP處理器讀取并記錄信號采樣及調理模塊AD采樣值，并記錄蓄電池組電壓、電流、容量及溫度參數； (4)DSP處理器判斷蓄電池組是否有故障 若有故障，則啟動系統(tǒng)自保護； 若無故障，則將測量參數和監(jiān)控參數送至本地人機交互模塊顯示，同時通過無線模塊發(fā)送至遠程終端記錄并保存； (5)DSP處理器對市電電壓進行判斷若市電電壓正常，貝1J控制旁路靜態(tài)開關直接市電輸出，同時對蓄電池組充電或浮充；若市電斷電，則在蓄電池組電壓正常的情況下控制逆變靜態(tài)開關和逆變器提供應急供電；若蓄電池組電壓不正常，也不提供應急供電。
9.根據權利要求8所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:還包括以下步驟=DSP處理器檢測是否有遠程控制指令，若檢測到有遠程控制指令，則根據指令相應動作；若無遠程控制指令，則返回繼續(xù)讀取信號采樣及調理模塊AD采樣值，開始下一輪循環(huán)過程。
10.根據權利要求8所述的基于雙處理器的EPS電源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述步驟(5)的蓄電池組充電為三段式充電方式: ①恒流充電階段:反饋量為充電電流，按照設定的電流對電池充電，電池端壓持續(xù)上升; ②恒壓充電階段:反饋量為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的均充電壓，充電電流持續(xù)減??； ③浮充充電階段:反饋量仍為電池端壓，穩(wěn)定電池端壓在設定的涓流充電電壓，充電電流繼續(xù) 減小。
【文檔編號】H02J9/04GK103683464SQ201310698198
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】蔣曉明, 劉曉光, 黃丹, 王攀, 劉全軍, 梅平 申請人:廣東省自動化研究所