交直型电力机车功率因数补偿装置测试平台的研制

论文摘要

随着大功率交直型电力机车的采用,机车功率因数低下给电网带来非常严重的污染,功率因数的改善是迫切需要解决的问题。我国目前投入使用的电力机车无功补偿装置,由于系统工作可靠性差,且不易检测诊断装置好坏,导致基本未投入正常使用,未能发挥其提高功率因数、节能降耗的作用。针对这些问题,研制了新型的无功补偿控制系统,及其相应的诊断测试平台。本文主要涉及测试平台的研制。测试平台采用基于C8051FXXX系列SoC型单片机和复杂可编程逻辑器件(CPLD)为核心。测试平台的功能主要是:产生无功补偿控制系统所需要的各种模拟信号和逻辑信号,对系统的两个主要控制插件(控制板和接口板)的功能进行测试,以完成对控制系统的诊断、测试。文章首先介绍新型机车无功补偿装置的基本工作原理、控制系统的两个主要插件原理。为测试平台的设计提供必要的背景知识。详细分析测试平台与无功补偿控制系统之间的接口关系,总结和分析了测试平台的系统需求和技术路线,并提出了平台总体设计方案,包括硬件构成和系统软件构成。详细介绍平台的硬件系统设计,主要是各子模块的设计,包括:Cygnal单片机核心控制模块、可编程信号源、串行通信模块、CPLD逻辑处理模块、测试接口模块以及其他处理模块。讨论平台的系统软件设计。软件设计包括上位PC机监控软件设计和下位机基于Small RTOS51嵌入式实时操作系统软件设计,并对软件设计中的一些关键问题进行了阐述。最后介绍无功补偿装置测试程序的设计,分别是:测试平台自检程序设计、过压保护功能测试程序设计、过流保护功能测试程序设计、逻辑保护功能测试程序设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 无功功率补偿的问题
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文的设计目标及章节安排
• 第2章 新型机车无功补偿装置原理分析
• 2.1 机车无功补偿装置基本工作原理
• 2.2 新型机车无功补偿控制系统构成
• 2.2.1 无功补偿控制插件
• 2.2.2 无功补偿接口插件
• 第3章 测试平台系统需求分析和总体方案设计
• 3.1 系统信号流分析
• 3.2 测试平台与无功补偿控制系统接口分析
• 3.2.1 无功补偿控制板测试接口分析
• 3.2.2 无功补偿接口板测试接口分析
• 3.3 系统需求分析及技术路线
• 3.4 测试平台总体方案设计
• 3.4.1 测试平台硬件构成
• 3.4.2 测试平台系统软件构成
• 第4章 测试平台硬件系统设计
• 4.1 Cygnal单片机核心控制模块
• 4.1.1 Cygnal单片机简介
• 4.1.2 单片机硬件资源分配
• 4.1.3 单片机外围电路设计
• 4.1.4 C8051F020单片机初始化
• 4.2 可编程信号源
• 4.2.1 波形发生电路
• 4.2.2 硬件自检电路
• 4.2.3 模拟信号调理电路
• 4.2.4 可编程波形发生器的编程设计
• 4.3 串行通信模块
• 4.3.1 串行通信接口电路设计
• 4.3.2 串口驱动和串行通信协议处理
• 4.4 CPLD逻辑处理模块电路
• 4.4.1 EPM7128 CPLD器件简介
• 4.4.2 CPLD编程和芯片下载
• 4.5 功补装置测试接口电路
• 4.6 其他处理电路
• 第5章 Small RTOS51嵌入式系统软件设计
• 5.1 实时嵌入式操作系统的选择
• 5.2 Small RTOS51嵌入式操作系统概述
• 5.3 Small RTOS51在Cygnal单片机上的移植
• 5.4 嵌入式系统应用程序设计
• 5.4.1 任务的创建
• 5.4.2 任务的调度
• 5.4.3 主程序执行流程
• 第6章 上位机监控软件设计
• 6.1 上位机监控软件构成
• 6.2 Visual C++中基于MFC的监控软件设计
• 6.3 串行通信程序设计
• 6.3.1 Windows环境下串口通信程序设计基础
• 6.3.2 Visual C++中MSComm控件实现串口通信
• 第7章 无功补偿装置测试程序设计
• 7.1 测试平台自检程序
• 7.2 过压保护功能测试子任务
• 7.2.1 测试模式一的过压保护功能测试
• 7.2.2 测试模式二的过压保护功能测试
• 7.3 过流保护功能测试子任务
• 7.3.1 测试模式一的过流保护功能测试
• 7.3.2 测试模式二的过流保护功能测试
• 7.4 逻辑保护功能测试子任务
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果