光纤网络电力控制系统设计方案：623-6U CPCI的光纤网络电力控制系统

一、设备概述

      柔性直流输电系统中用于控制与测量的FS系统，适用于风电和太阳能发电的并网快速数值计算和闭环控制，以及与直流输电系统的换流器有关的特殊控制功能，包括门控单元的信号处理。该控制板的最大响应周期为1us，可以适应以后风力和太阳直流输电工程的特殊应用。

      该控制系统，同时也可以柔性直流阀进行控制使用。

二、多路光纤FPGA控制板卡

      多路光纤的数据采集，实现数据的集中处理和高可靠性，本方案采用双片XC5VLX155T-1FF1136芯片，主FPGA 外接200路LVTTL电平的IO，8路光纤；从FPGA外接1路光纤，1路千兆网络，2路RS422 ，2路Can总线。

三、核心板FPGA的设计指标

（1）该板含有两片V5的155T；

（2）两片V5之间的电气连接采用高速LVDS和PCIEX4 （RapidIO X4）连接；

（3）每片V5都需要带有DDR2，；

（4）主V5带有8个光模块输出，同时还有LVDS接口接到总线板；

（5）副V5除了与主V5连接外，外接有一个光模块，1个以太网，2路Can和2个RS422；

（6）每片V5均采用XCF128进行配置；

（7）带有8路LED测试灯和一个复位键和三个按键；

（8）主V5总线板的接口为200路LVDS，可做输入或者输出。时钟支持多板卡同源。

（9）副V5除了与主V5连接、DDR2、8路LED测试灯、一个复位键和三个按键外，剩下的IO口采用IDE引出；

（10） 支持 三块板卡的时钟同源和触发同步。其中一个做主处理板，两个做从处理板。

（11）1路网卡的网速设计为1000MHz；

（12）两路CAN的速度设计为250Kbps；

（13）系统采用+5V供电，其余电源管理芯片(3.3V，1.0V，1.8V，2.5V)由设计方设定；

（14）两路独立的JTAG；

（15） 实时监控硬件工作温度；

（16） 支持冷板导冷方式；

（17）支持工作状态以及环境温度的上电自检测和周期自检测。

四、FS-TDM总线板卡

      FS-TDM总线接口卡将用于新的硬件平台，负责完成控制单元与直流控制保护系统的数据交换，可以冗余配置。该总线接口卡的作用为，将直流控制保护系统的数据转换为LVDS电气规范的数据。

（1）功能及特点

功能

 ● 6收共计2个通道，通道之间具备同步发送功能。

 ● 完成TDM总线与LVDS总线的物理接口与数据格式的转换。

特点

 ● 具有一个LVDS接口。

 ● 与其他系统的接口采用TDM总线接口，ST光纤接口，通道之间具备同步发送功能。

 ● TDM总线的传输速率为40Mbps,物理通道传输速率按最小100Mbps设计。

 ● 控制接口的设计采用FPGA实现，具有设置功能。

 ● 传输距离：多模光纤要求最大300m，单模光纤要求最大距离为10Km。

 ● 数据传输特性遵循标准的TDM总线规范。

 ● 自检功能及必要的硬件设计信号。

 ● 数据缓冲区，具有先入先出的特点，宽度和深度分别为32bit及24bit，建议在FPGA中实现。

（2）板卡硬件结构

FS-TDM板的板卡结构如图2-3-1所示：

如图2-3-1所示，FS-TDM板由以下几个部分构成：

 ● 十二路单向光口：四个TDM接收接口，光接口模块采用如图所示模块。

 ● 整形变换电路：完成TDM与FPGA的电气连接；

 ● 一片Xilinx Spartan3系列的FPGA器件：完成IO信号交换、光接口功能；

 ● 16路IO：输入输出均为16路的，总共为32路的IO，输入输出方式均采用开路的方式，满足24V的接口需求；

 ● 辅助电路：8路LED灯（绿色）和8按键。

 ● 配置芯片：采用XCF04

五、FS-PCLM板卡

      使用Xilinx公司的S6处理器设计，在本设计中完成控制信号的光电接收解码、信号的串并转换、数字信号的输入计数并通过光模块进行的收发功能。

功能

 ● 有两路光模块，一路接收来自控制板的控制信号，同时上传计数后的数据，另外一路作为备份使用，用于更高电平数的扩展（级联方式）。

 ● 串并转换功能，把接收到的控制板的控制信号，转换成并行信号输出，最大使用输出IO为80路。

 ● 输出IO的定义采用EEPROM的数据进行配置，具有实时修改和配置输出IO的功能。

 ● 输入IO功能，输入80路数字信号，并对信号的频率进行计数，然后通过光模块上传到控制板。

 ● DDR2进行数据的暂存

板卡硬件结构

FS-PCLM板的板卡结构如图3-3-1所示：