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基于Intel SoC FPGA的光伏电力通信管理机系统设计

2018-07-30
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基于Intel SoC FPGA的光伏电力通信管理机系统设计

  2、市场供求:依靠强大的数据库资源,透过数据,分析市场供求现状,提供行业发展规模、发展速度、产业集中度、产品结构、所有制结构、区域结构、产品价格、效益状况、技术特点、进出口等重要行业信息,并科学预测未来1-3年市场供求发展趋势。3、投资趋势:从当年新建、在建项目入手,突出研究行业投资现状及投资中存在的问题,提供投资趋势预测和投资重点市场判断,为投资者提供发展策略及投资建议。4、市场竞争:比较分析各个行业排名前十家的重点企业的运营状况,包括生产、销售和效益情况以及各自的经营策略和竞争优势。中研普华的优势丰富的专家资源和信息资源:中研普华依托国家统计局、国家发改委和国家信息中心系统丰富的数据资源,建成了独具特色和覆盖全面的产业监测体系。

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如果仅用星系运动来解释该规律,只能说明宇宙中的所有星系都同意遵守这一运动模式,听上去颇有阴谋论的感觉。  但除此之外,还有另一种更简单的解释:星系远离彼此,其实是由于星系之间的空间扩张所致,与星系本身的运动无关。  我们生活在一个不断变化的宇宙中。过去的宇宙比今日要小,未来的宇宙则比今日更大。  4、残余辐射  让我们来做个游戏。

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处理器架构、ARM处理器+FPGA架构。 其中:(1)PowerPC处理器+串口扩展芯片架构使用带通信协处理器的PowerPC处理器作为系统的核心,使用串口通信扩展芯片为PowerPC扩展出最多16个串口。 所有数据处理和运算全部由PowerPC处理器完成,在所有串口全部使用的情况下,整个系统运行较为缓慢,数据的实时性难以保证。

(2)使用单独ARM处理器作为核心实现的通信管理机结构简单,但是能够支持的串口数量受到ARM处理器本身集成的串口数量限制,一般都不超过6个,无法满足光伏电站中海量设备的需求。

(3)ARM处理器+FPGA架构利用FPGA完成串口扩展,基于ARM处理器完成数据的处理和网络协议的实现,它本质上和基于PowerPC+串口扩展芯片的方案一致。 该种方案增加了系统的复杂度,但单性能上提升并不明显。 以上3种方案都存在的问题是系统有且仅有一个核心单元,一旦系统宕机,就不得不重启系统,在系统未恢复的情况下,整个系统与电站中心控制台处于完全断开的状态,无法接收中心控制台的控制指令。 本文基于全新的SoCFPGA芯片,将原本采用分立的FPGA和ARM处理器实现的系统使用单一的SoCFPGA芯片实现,并在FPGA上搭建了冗余监控系统。 在提高系统性能的同时,保证了系统的在线可恢复性。 1系统建模InlCycloneVSoCFPGA芯片5CSEMA4U23C6芯片是一款在单一芯片上集成了高性能的双核ARMCortex-A9和FPGA的SoC芯片,它是本系统的核心单元。 在本系统中,SoCFPGA芯片上的FPGA部分主要负责接口的扩展以及MODBUS协议的加速。 在电力系统中,几乎所有设备都支持标准的485接口,并使用MODBUS协议与其他设备进行通信。

光伏电站中,因为设备多、数据量大,通信管理机的一个RS485端口在同一时刻只能和一台设备通信,因此导致数据传输速度出现瓶颈。 为了解决这个问题,往往采用多个MODBUS网络端口来实现众多设备的管理[2]。

众多电力设备的数据在被通信管理机采集之后最终需要通过接口与电站的中控后台进行数据交互,该数据交互主要通过IEC104协议实现,而IEC104协议的实现是通过SoCFPGA中的硬件处理系统(HardProcessSystem,HPS)运行成熟的操作系统来完成的。 2硬件电路方案设计配置电路设计为了使系统支持远程在线升级,本系统设置SoCFPGA的FPGA部分接收HPS部分的配置数据。 HPS部分可以接收串口或者网口传输的FPGA配置文件。 运行时SoCFPGA的HPS部分先启动并运行Linux操作系统,Linux操作系统启动完毕之后进行FPGA部分的配置。

如果需要远程更新FPGA的配置数据,只需要通过网口将新的FPGA配置内容传输到操作系统所管理的磁盘上替换原来的配置文件,则系统下一次启动时就可以使用新的配置文件来配置FPGA。

启动电路设计SoCFPGA中的HPS部分运行Linux操作系统,HPS支持从SD卡、QSFlash、NANDFlash存储器中启动。 NANDFlash和QSPIFlash存储器一般都采用焊接的方式安装在电路板上,而SD卡则是可拆卸并单独在PC上读写的。 在工业现场,如果设备系统一旦损坏,需要重新烧录系统时,QSPIFlash和NANDFlash由于焊接在PCB板上,只能使用PC在线烧写,而SD卡则可以采用预先烧录好系统的SD卡进行更换,因此节省了现场维修的工作量。 接口电路设计通信管理机作为一个工业设备,其通信接口可能承受各种冲击,包括强共模电压、高压静电、雷击等,因此通信接口的防护措施至关重要。

在本系统中,使用RSM3485模块完成TTL电平到RS485电平的双向转换。 RSM3485模块实现标准RS485接口,具有ESD保护、短路或断路失效保护功能,内置120k上下拉电阻,双绞线输出,提供接触情况下±4kV和空气放电情况下±8kV的ESD放电功能,同时设计防雷电路,预防在雷击的情况下损坏通信接口,该接口电路图如图1所示。

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