خلاصة القول:

طريقة تصميم نظام الطاقة الكهربائية الضوئية لإدارة الاتصالات على أساس شركة نفط الجنوب FPGA. يستخدم النظام ARM الصعب المتكاملة المعالج الجديد الأساسية شركة نفط الجنوب FPGA كما الشريحة الرئيسية، الحوسبة التقليدية وتشغيل الاتصالات في تقسيم معقول مدير الاتصال عن طريق معالج ARM وFPGA تحقيق التآزر. باستخدام مجموعة من البرمجيات وتصميم الأجهزة، يمكن للنظام تبسيط تصميم الدوائر وتقليل عدد المقاطعات على المعاملات الاتصالات CPU، وزيادة المبلغ الإجمالي للدعم بروتوكول MODBUS ميناء RS485، ومن خلال يضمن نظام النسخ الاحتياطي كارثة مستقلة NIOS الثاني أن نظام في استرداد الآخرين، حتى أن نظام الطاقة الضوئية أكثر ملاءمة لأجهزة متعددة، وكمية كبيرة من تطبيقات البيانات.

شكل الاقتباس الصيني: تشانغ لين، مي Xuesong، ويونغ. استنادا FPGA-شركة نفط الجنوب نظام الطاقة الضوئية إدارة الاتصالات التكنولوجيا الالكترونية، 2018،44 (2): 32-35،43.

الإنجليزية شكل الاقتباس: تشانغ لين، مي Xuesong، تشن يونغ. الضوئية نظام إدارة الاتصال الطاقة على أساس شركة نفط الجنوب FPGA . تطبيق تقنيات الالكترونية، 2018،44 (2): 32-35،43.

0 مقدمة

محطات توليد الطاقة الضوئية تستخدم الكثير من الطاقة من ألواح الخلايا الشمسية لاستكمال تحويل الطاقة DC، ثم استخدام العاكس تحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد 50 هرتز، تزويد الشبكة. كامل محطة للطاقة الكهروضوئية في جهاز التحكم تحويل الطاقة والطلب الكبير. أجهزة مدير الاتصالات متصلا محطة منها الطاقة وجهاز التحكم محطة توليد الكهرباء، والسيطرة عن طريق المنصة السيطرة RTU المعدات المصب، ومعلومات القياس عن بعد جمع جهاز التحكم عن بعد، التحكم عن بعد، وغيرها، ويتم تغذية الرسالة مرة أخرى إلى مركز التحكم ومدير مركز التحكم من خلال تجهيز وتحليل الرسالة، الأمر تنفيذ الاختيار، والإخراج تصل إلى الهدف البعيد القيادة جدولة .

الاتصالات تنفيذ مدير الآن تستخدم على نطاق واسع هي أساسا ثلاثة أنواع: معالج PowerPC + التوسع التسلسلي رقاقة الهندسة المعمارية، وهندسة المعالج ARM، المعالج ARM + FPGA الهندسة المعمارية. حيث: (1) معالج PowerPC + معالج PowerPC المنفذ التسلسلي العمارة التوسع رقاقة تستخدم مع الاتصالات حدة التشغيل الأساسية للنظام، وذلك باستخدام تمديد الاتصال التسلسلي باور رقاقة امتدت لتصل إلى 16 المسلسل . تجهيز جميع البيانات والحوسبة فعلت كل من معالج PowerPC، في الحالة التي يكون فيها كل من المنافذ التسلسلية عن استخدام وتشغيل النظام بأكمله بطيئة وصعبة لضمان البيانات في الوقت الحقيقي. (2) وحدها باعتبارها جوهر مدير الاتصالات ARM المعالج لتحقيق بنية بسيطة، ولكن عدد المنافذ التسلسلية التي يمكن أن تدعمها نفسها المعالج ARM دمج كمية المسلسل، وعموما ليست أكثر من 6 ، لا يمكن تلبية مصنع PV الطلب الكبير على المعدات. (3) أبنية + FPGA باستخدام التوسع التسلسلي ARM المعالج ينفذ FPGA، لاستكمال تنفيذ بروتوكولات الشبكة ومعالجة البيانات استنادا إلى معالج ARM، والذي يقوم أساسا على باور + وثابت التسلسلي حل التوسع رقاقة. هذا النوع من مخطط يزيد من تعقيد النظام، ولكن لا تحسن ملحوظ في أداء واحد. أكثر من ثلاثة أنواع من البرامج هي المشاكل أن النظام لديه وحدة مركزية واحدة واحدة فقط، وبمجرد أن النظام هو أسفل، لديك لإعادة تشغيل النظام، إذا لم يتم استعادة النظام، والنظام ومحطة للطاقة الكونسول الوسطي كلها حالة قطع تماما لا يمكن الحصول على وحدة مركز القيادة السيطرة.

وبناء على رقاقة شركة نفط الجنوب FPGA الجديد من إنتل، ونظام منفصلة الأصلي المعالج ARM وتنفيذ FPGA باستخدام رقاقة شركة نفط الجنوب FPGA واحد، ونظام مراقبة زائدة بنيت على FPGA. وفي الوقت نفسه تحسين أداء النظام، وضمان استرداد النظام عبر الإنترنت.

1 نظام النمذجة

إنتل إعصار V شركة نفط الجنوب FPGA رقاقة 5CSEMA4U23C6 رقاقة هو متكاملة عالية الأداء ثنائي النواة ARM اللحاء A9 CPU وشرائح FPGA شركة نفط الجنوب على شريحة واحدة، وهي الوحدة الأساسية للنظام الحالي.

في النظام الحالي، FPGA جزء من الشريحة هي المسؤولة أساسا عن تسريع شركة نفط الجنوب FPGA UART تمديد بروتوكول MODBUS واجهة.

في نظام الطاقة، وتقريبا جميع الأجهزة تدعم واجهة RS485 القياسية، وباستخدام بروتوكول MODBUS إلى التواصل مع الأجهزة الأخرى. مصنع PV، منذ متعددة الجهاز، كمية كبيرة من البيانات، وهو ميناء RS485 مدير الاتصالات في نفس الوقت وجهاز اتصال واحد فقط، مما تسبب في اختناق معدل نقل البيانات. لحل هذه المشكلة، وغالبا ما تستخدم متعددة منفذ الشبكة MODBUS لإدارة العديد من الأجهزة .

العدد النهائي للحاجة البيانات لتكون المعدات الكهربائية بعد أن تم جمعها من قبل مدير الاتصالات في النبات والسيطرة على واجهة إيثرنت تبادل البيانات الخلفية، ويتحقق أساسا بروتوكول تبادل البيانات عن طريق IEC104، يتم تطبيق IEC104 البروتوكول من خلال الأجهزة تجهيز شركة نفط الجنوب FPGA النظام (نظام عملية الصلب، HPS) التي تعمل على نظام التشغيل لينكس ناضجة القيام به.

2 الأجهزة تصميم الدوائر

2.1 شركة نفط الجنوب FPGA تصميم الدوائر التكوين

من أجل دعم جهاز التحكم عن بعد على الانترنت ترقية النظام، يتم توفير نظام شركة نفط الجنوب FPGA جزء من بيانات التكوين FPGA تلقي قسم HPS. قد تتلقى HPS جزء المنفذ التسلسلي أو منفذ شبكة نقل ملف التكوين FPGA. HPS وقت التشغيل من الجزء الأول من شركة نفط الجنوب FPGA هو ما يصل وتشغيل نظام التشغيل لينكس، تكوين FPGA بعد جزءا من التشغيل التمهيد نظام لينكس حتى. إذا كنت بحاجة إلى تكوين البيانات عن بعد تحديث FPGA، مجرد محتوى التكوين FPGA جديد ليحل محل ملفات التكوين الأصلي على الأقراص نظام التشغيل تدار من قبل منفذ الشبكة، ثم النظام يمكن استخدام ملف تعريف جديد عند بدء أول لتكوين FPGA.

2.2 شركة نفط الجنوب FPGA تصميم الدوائر بدءا

شركة نفط الجنوب FPGA جزء في تشغيل HPS نظام التشغيل لينكس، دعم HPS، QSPI فلاش، وذاكرة فلاش NAND، التمهيد من بطاقة SD. QSPI فلاش NAND ذاكرة فلاش ويتم لحام عموما التي شنت على لوحات الدوائر الالكترونية، وبطاقة SD هي detachably وحدة قراءة على جهاز كمبيوتر. في المجال الصناعي، في حالة تلف الجهاز مرة واحدة في النظام والحاجة إلى نظام إعادة حرق، QSPI فلاش وفلاش NAND منذ لحام على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ويمكن فقط استخدام PC البرمجة على شبكة الإنترنت، في حين أن بطاقة SD يمكن أن يكون استخدام خير نظام SD قبل حرق استبدال البطاقة، وبالتالي توفير عبء الصيانة في الموقع.

2.3 RS485 واجهة الدائرة

مدير الاتصالات كجهاز الصناعي، وهو واجهة الاتصالات التي يمكن أن تحمل الصدمات المختلفة، بما في ذلك واجهة الاتصالات بحيث تدابير وقائية حيوي قوي وضع الجهد المشترك، وارتفاع الجهد ثابت الكهرباء والبرق . في هذا النظام، واستكمال تحويل ثنائي الاتجاه وحدة RSM3485 مستوى TTL إلى مستويات RS485. RSM3485 حدة الأدوات واجهة RS485 القياسية، وحماية البيئة والتنمية المستدامة، قصيرة أو مفتوحة وظيفة آمنة من الفشل، والمنسدلة المقاوم 120 أوم، الناتج يوفر الملتوية 8 كيلو فولت ESD ظيفة تصريف تصريف الهواء 4 كيلو فولت والحالة التي يكون فيها الاتصال أقل، في حين أن تصميم الدوائر الحماية من الصواعق لمنع الضرر في حالة وجود واجهة الاتصالات صاعقة واجهة الدائرة 1 هو مبين في الشكل.

2.4 تصميم واجهة إيثرنت

ويلزم نظام الطاقة لتوفير الاتصالات مدير الاستعداد منافذ الشبكة المزدوجة للتأكد من أن الفشل يحدث في منفذ شبكة واحدة، منفذ الشبكة على الاستمرار في نقل البيانات الضرورية الأخرى. يوفر 5CSEMA4U23C6 رقاقة الافتراضي اثنين جيجابت إيثرنت MAC، ولكن هذه هي اثنين MAC جزء إدارة HPS، من أجل ضمان موثوقية واجهة الشبكة، حتى عندما يكون جزء ARM من تعطل النظام، وشبكة الاستعداد ميناء يمكن عملية عادية، إلا أن استخدام تصميم طبقة MAC، مدفوعا HPS، وذلك باستخدام السيطرة الناعمة آخر منفذ الشبكة NIOS الثاني W5500 المتكاملة إيثرنت تنفيذ رقاقة الاتصالات.

W5500 رقاقة هو تنفيذ الأجهزة رقاقة واحدة من شريحة بروتوكول TCP كامل / IP، ويدعم ثمانية منافذ المقبس، وسهلة الاستخدام ويمكن الاعتماد عليها. NIOS الثاني باستخدام إيثرنت التحكم في الإرسال الانتهاء، حتى لو لم يكن العمل HPS W5500، FPGA NIOS الثاني في وحدة المعالجة المركزية يمكن أن تستمر في إرسال واستقبال البيانات من خلال W5500، وضمان تشغيل مستقر واجهة الشبكة الاحتياطية.

3 طلبات تصميم العمارة شركة نفط الجنوب FPGA

منذ نفط الجنوب FPGA باعتبارها بنية مبتكرة ومتكاملة وعالية الأداء FPGA HPS، وبالتالي فإن التصميم قد الاستفادة من قوة HPS القدرة على معالجة البيانات، وخصائص FPGA مخصصة مرنة والاتصالات جسر الجانب عالية بين HPS وFPGA، و مختلف ترشيد تخصيص وفقا لخصائص منها HPS FPGA أو من خلال كل من التعاون لتحقيق الأداء الأقصى.

لتنفيذ FPGA واجهة التوسع الجانبية الرئيسية والاتصالات UART NIOS II أنظمة النسخ الاحتياطي التي تستند إلى المعالج. نهاية HPS التحويل الرئيسي بين عدد كبير من معالجة البيانات وبروتوكول الاتصالات. FIG 2 هو مخطط كتلة وظيفية توضح تقسيم شركة نفط الجنوب FPGA.

3.1 FPGA تصميم المنطق

FPGA الجانب منطق دعم جزء 16 إلى تحقيق التعرف الآلي الإطار MODBUS وحدة UART مراقبة الاتصالات، كما هو مبين في الشكل. وتتكون كل وحدة منطقية من CRC الاختيار، إرسال واستقبال بيانات ذاكرة التخزين المؤقت المسلسل، وآلة الدولة الأساسية ومنطق السيطرة تحديد إطار تكوين MODBUS. توليد تلقائيا إطارات البيانات وحدات MODBUS تحت سيطرة جهاز الدولة الأساسية السيطرة transceiving البيانات وقواعد التكافؤ ، والحاجة إلى إرسال واستقبال عبر أفالون MM الرقيق واجهة نقل البيانات HPS MODBUS.

FIG 4 هو دعم تعزيز UART التحكم بالاتصالات وحدة التشغيل الحالة الانتقالية الرسم عند تلقي بيانات الإطار MODBUS يتم التعرف تلقائيا. بواسطة آلة الدولة بأكملها هو حالة الخمول (الخمول)، والحصول على بيانات حالة (GET_DATA)، مهلة استقبال الحالة (مهلة)، وبيانات حالة إكمال استقبال بايت (GET_BYTE)، والإطار حالة إكمال نقل (FRAME_DONE) التكوين.

بعد إصدار MODBUS طلب الإطار، وحدة تدخل التلقي الدولة البيانات (GET_DATA)، استلمت كل بايت، فإنه يقفز إلى البايت حالة إكمال استقبال (GET_BYTE)، عندما تكون إشارة إطار تقرير إنجاز نشطة، مما يدل على أن البيانات استلام الانتهاء في هذا الوقت في حالة استقبال الإطار. عن طريق التحقق من الإطار البيانات من حقل البيانات الواردة وCRC في وحدة فحص CRC FPGA يولد الإطار، ويحدد ما إذا كان الإطار الحالي بشكل صحيح. HPS وFPGA ثم إرسالها إلى جسر شبكة هبس طلب المقاطعة، والتقارير الاختيار نتيجة للإطار الحالي، وبرنامج تشغيل لينكس الجانب HPS إكمال المقابلة معالجة وفقا لنتيجة الاختيار، إذا كان الاختباري غير صحيح، وقراءة بيانات الإطار وقدم لمزيد من التحليل بروتوكول معالجة MODBUS إلى الطبقة العليا، إذا كان الخطأ الإطار، تجاهل الإطار وفي معالج الأخطاء.

3.2 لينكس برامج التصميم

HPS شركة نفط الجنوب FPGA رقاقة تشغيل نظام التشغيل لينكس، وهو تطبيق يعمل على نظام لينكس مدير الاتصالات. التطبيق يتكون من ثلاثة أجزاء، وهي لمحطة رئيسية بروتوكول MODBUS، بروتوكول IEC104 من بين محطة، بروتوكول IEC104 MODBUS، وبرنامج تحويل بروتوكول. حيث وتشغيل بروتوكول MODBUS سيد Libmodbus مفتوحة المصدر مكدس البروتوكول، واستقبال وإرسال الأوامر MODBUS والبيانات.

Libmodbus المكدس هو مفتوحة مداخن بروتوكول مصدر MODBUS الحرة، دعم بروتوكول MODBUS السيد والعبد وظائف. لأن النظام باستخدام المنطق الأجهزة في بروتوكول MODBUS الجانب FPGA أنها حققت بعض الوظائف، مثل تقرير إنجاز الإطار، CRC فحص. وهكذا، وكومة بروتوكول Libmodbus بعض قطع الأمثل، وإزالة الجزء الأساسي من الإطار البيانات الواردة والتكافؤ، وفقط استخدام قسم تحليل البيانات التعليم، الذي هو الاستفادة من النظام الحالي، التي تنفذها الأجهزة بروتوكول MODBUS الجانب FPGA الأساسية المحتوى، والحد من عبء العمل من المعالج بحيث المعالج يمكن القيام به بسهولة استنادا على ما يصل إلى 16 الموانئ دعم بروتوكول MODBUS.

من أجل تسهيل تحقيق السيطرة على الميناء 16 الجانب FPGA MODBUS مسرع، وإنشاء عملية في الجانب ينكس لفترة واحدة 16-منفذ التحكم MODBUS دواسة البنزين، حيث من المقرر المهمة لأداء والحصول على فرصة للبدء من أجل الاستعلام عن حالة المنفذ الحالي، ثم ينفذ معالجة المقابلة وفقا لحالة المنفذ من قانون الحصول عليها. تدفق البرنامج هو مبين في الشكل (5).

الخمول الدولة: عند واجهة الاستعلام إلى حالة خمول، وهذا يشير إلى أن الميناء قد تم الانتهاء بشكل صحيح بيانات الإرسال والاستقبال، قبل وصول أمر الاتصالات الجديد، وميناء خاملا، أي لا حاجة لإرسال البيانات، ولا احتياجات لتلقي البيانات، ميناء MODBUS هو في حالة خمول.

نجاح الاستقبال: عندما استعلام إلى الميناء استقبل بنجاح البيانات التي تم إرجاعها، ثم تبدأ معالجة البيانات الواردة، وبعد الانتهاء من التحقيقات في الميناء التالي الدولة.

تلقي مهلة: عند الاستعلام إلى منفذ في وقت الاستجابة مجموعة من أي رد، يتم إرجاع استقبال مهلة الوضع. إذا تم الكشف عن المهلة، يبدأ النظام في معالجة المهلة. بعد تلقي المعالجة مهلة كاملة، أدخل ميناء الاستفسارات الدولة.

ظهور خطأ: عندما استعلام إلى منفذ لتلقي الخطأ البيانات، وتجهيز الخطأ الاستقبال. عندما معالجة الخطأ استقبال اكتمال، أدخل الاستفسارات دولة الميناء. الجزء كود مهمة الإطار هو على النحو التالي:

ل(ط = 0؛ ط < = 15؛ ط ++)

{

port_state = mdp_state_read (port_num)؛ // قراءة حالة المنفذ المعين

التبديل (port_state)

{

حالة NO_STATE: كسر؛ // لا يوجد منفذ جاهز

حالة RX_DONE: // استقبال البيانات بنجاح

... // وحدة كود تلقي ومعالجة البيانات

كسر.

حالة RX_TIMEOUT: // مهلة استقبال

انتهت مهلة ... // كود عملية استقبال وحدة خارج الميناء

كسر.

حالة RX_ERROR: // الخطأ الاستقبال

... // ميناء الاستقبال وحدة معالجة الأخطاء كود

كسر.

الافتراضي:

printf ( "الافتراضي د \ ن \ ن"، port_num)؛ // الافتراضية إلى أسأت

معالجة الخطأ، يتم تعيين إشارة خطأ إلى تسجيل حالة

FPGA_WR16 ((port_num < < 8 | 128)، 1)؛

} // قراءة أول ميناء 16، والعودة إلى عدد قراءة 0

إذا (port_num == 15) port_num = 0؛

آخر port_num ++؛ // إضافة رقم المنفذ من 1

}

usleep (30000)؛ // الافراج عن السلطة وحدة المعالجة المركزية

3.3 NIOS الثاني تصميم برامج النسخ الاحتياطي

عادة NIOS II CPU في حالة الاستعداد في حالة إذا لم يتم تلقي رسالة الحالة CPU NIOS الثاني ضمن الوقت المحدد، فإنه يشير إلى أن تحطم البرمجيات جانب نظام HPS، NIOS II CPU ثم أكده إشارة حالة تشير إلى HPS الحالي مترابطة تعمل تعطل النظام أو استثناء التطبيق. إذا يتم تشغيل استثناء تطبيق الأمن الجانب لينكس مراقبة يتم إعادة تطبيق البرمجيات، وإذا كان نظام التشغيل هو غير طبيعي، ثم البدء في التقرير واجهة الشبكة النسخ الاحتياطي للمعلومات خطأ النظام الحالي إلى وحدة المحطة المركزية وإعادة تشغيل إعادة تعيين الأجهزة HPS. FIG 6 هو مخطط من برنامج NIOS II نظام النسخ الاحتياطي.

4 تحليل أداء النظام

الجدول 1-16 RS485 الموانئ، في كل مرة الانتهاء من قراءة البيانات كل 500 مللي ثانية للأجهزة على متن الحافلة، كل إطار بيانات الاتصال متوسط 64 B، على سبيل المثال، وتحليل البرامج النظام في S 1 (المشار شركة نفط الجنوب FPGA البرنامج) + و PowerPC رقاقة التوسع التسلسلي ST16C2550 تجسيد (تجسيد باور) عدد رقاقة المسلسل، CRC المعاملات حساب وحدة المعالجة المركزية، وحدة المعالجة المركزية المقاطعة معالجة جوانب الاختلاف تردد استقلال منفذ الشبكة الفراغ.

5. الخاتمة

هذا التصميم على أساس إنتل شركة نفط الجنوب FPGA نظام الضوئية قوة إدارة الاتصالات افساح المجال كاملا امام المعالجة المتوازية متعددة القنوات في مزايا FPGA اتصالات البيانات، وخفض كبير في البرنامج التقليدي في المعالج جزءا لا يتجزأ من المقاطعة النفقات العامة في إدارة شؤون الاتصالات، و لتعزيز ميناء نظام RS485 الكلي لدعم بروتوكول MODBUS واحد، يمكن أن شبكة الاتصالات تبسيط تصميم محطة الطاقة الضوئية. وفي الوقت نفسه، منذ خصائص برمجة FPGA، دون تغيير الأجهزة الدائرة الفرضية، عن طريق إعادة برمجة FPGA، لتحقيق ترقية النظام، نظام الطاقة الضوئية إلى حل أجهزة متعددة، ومشكلة كمية كبيرة من البيانات، ارتفع النظام مجموعة من التطبيقات.

مراجع

التطبيقات في Lishu تشى، الدولة لي، JJ. مدير الاتصالات في المحطة المعلومات والاتصالات، 2011 (6): 188، 190.

Yaozhi تشانغ، أليس تشانغ يو وو مين. تكنولوجيات الاتصال مصنع PV كهربة الريف، 2014 (7): 51-53.

تطبيق Hebao لين، مينغ قانغ، بو .MPC850 مدير الاتصالات التكنولوجيا الحديثة الإلكترونية، 2005، 28 (1): 71-73.

الطريق شياو جون وو يونيو، تشنغ جيان يونغ والاتصالات وآخرون منصة مدير ARM وجزءا لا يتجزأ من نظام التشغيل الوقت الحقيقي القائم على السلطة معدات أتمتة، 2005،25 (5): 46-49.

Lujin فنغ مينغ، تينغ، وآخرون. طريقة تحليل الاتصالات RS485 مربع الموحد تدخل الضوئية المنتجات الإلكترونية، 2016،23 (11): 57-58.

FPGA في تشنغ لين، وتشانغ لونغ، وتنفيذ هوانغ يونغ بروتوكول الاتصال .Modbus التكنولوجيا الحديثة الإلكترونية، 2010،33 (11): 203-207.