SCADA系統(tǒng)中交流采樣器設(shè)計(jì)

SCADA(Supervlsory Control and Data Acquisition)系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是一種以微型計(jì)算機(jī)為核心，綜合利用計(jì)算機(jī)、通信、控制等技術(shù)完成遙控、遙測、遙信、遙調(diào)(四遙)的控制系統(tǒng)：”。由于DSP技術(shù)的發(fā)展，在電力、石油、電氣化鐵路等行業(yè)的SCADA系統(tǒng)中，電量的采集(即遙測功能)由過去的基于變送器的直流采樣逐漸向交流采樣過渡。本文介紹基于TI公司的工業(yè)控制用DSP ―TMS320LF2407A和工業(yè)控制中廣泛使用的基于CAN總線的交流采樣器的設(shè)計(jì)。該交流采樣器作為SCADA的功能模塊．具有如下功能特點(diǎn)：

(1)計(jì)算功能。對電壓、電流、有功、無功、功率因素、頻率、相序等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

(2)報(bào)警功能。當(dāng)發(fā)生越限、跳閘時(shí)報(bào)警。

(3)錄波功能。錄波功能包括手動(dòng)錄波(錄波正常)和故障錄波。

(4)CAN總線接口功能。采樣系統(tǒng)和上位機(jī)的應(yīng)用層通信協(xié)議選用DeviceNet協(xié)議。

(5)人機(jī)接口功能。擴(kuò)展RS 232口與PC機(jī)連接，可以利用PC機(jī)的超級終端作采樣系統(tǒng)的顯示器，便于調(diào)試和監(jiān)測。

1硬件設(shè)計(jì)

1．1系統(tǒng)總體框圖

該交流采樣器采用DSP處理器．與上位機(jī)的通信采用CAN總線。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

(1)DSP選用TI公司的TMS320LF2407A，其主要特點(diǎn)為：片內(nèi)32K字(16位字寬)的FLASH，不用外擴(kuò)程序存儲器，帶有一個(gè)CAN口．支持CAN2、OB協(xié)議規(guī)范．一個(gè)RS232通信口，3．3V供電，二個(gè)8通道10位ADC，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間500ns(2 MSPS)。

(2)ADC選用MAXIM公司的MAXl25CEAX．14位并行轉(zhuǎn)換，A、B二組8通道，每組4通道同步轉(zhuǎn)換。

(3)選用3．3V供電的MAX3232做RS232接口芯片，CAN收發(fā)器用82C250T，5V和3．3V的電平轉(zhuǎn)換器選用 SN74ALVCl64245。

1．2信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)

在電力系統(tǒng)變電所，為實(shí)現(xiàn)對電壓電流的監(jiān)測，先將原邊的高電壓或大電流通過一級電力型電壓互感器或電力型電流互感器變換為次邊的100V電壓或5A電流信號。這些信號引入到變電站的控制室，供控制系統(tǒng)設(shè)備使用。在交流采樣中．要采樣的信號就是前一級的 100V或5A信號。這時(shí)還需要引入第二級互感器，將100V或5A信號變換為DSP或MCU可以處理的小信號。一般將100V電壓信號或5A電流信號經(jīng)電壓或電流互感器變換為2mA左右的電流信號。圖2是第二級的電壓互感器的信號調(diào)理電路，互感器的變比為IOOV／2mA，輸出電壓Vout等于次邊電流I₂乘以電阻R503，即Vout=R503×I2，C502起濾波作用，后面的運(yùn)放接成跟隨器模式，起信號隔離緩沖作用。因?yàn)镸AXl25的輸入模擬電壓為―5V～+5V，Vout的最大有效值為3．535V，所以要根據(jù)這個(gè)原則選取R503的阻值。為保護(hù)LM324，可以在運(yùn)放的輸入端并聯(lián)7V左右的雙向穩(wěn)壓管。

圖2中R503=1 209Ω，輸入100V時(shí)，輸出Vout=1 209×0．002=2．418V。

1．3電平轉(zhuǎn)移電路分析

LF2407A的工作電壓為3．3V，A／D轉(zhuǎn)換器MAXl25的工作電壓為5V．不能直接接口，需要引入電平轉(zhuǎn)換電路，這里選取16位的SN74ALVCl64245做電平轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器左側(cè)B端是5V的邏輯電平．與MAXl25 A／D轉(zhuǎn)換器接口；右側(cè)A端是3．3V的邏輯電平，與LF2407A接口。具體電路見圖3。

(1)SN74ALVCl64245的輸出允許OE端接LF2407A的IS信號端．DSP以I／O口方式訪問MAXl25。當(dāng)DSP訪問MAXl25時(shí)，IS信號有效，ALVCl64245的輸出允許OE端有效，ALVCl64245工作；其他情況下，ALVCl64245的數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。

(2)SN74ALVCl64245的1DIR、2DIR接LF2407A的19腳W／R，DSP寫時(shí)W／R=DIR－4245=1。ALVCl64245的數(shù)據(jù)從A到B；DSP讀時(shí)W／R=DIR－4245=0，ALVCl64245的數(shù)據(jù)從B到A；

(3)SN74ALVCl64245的A端數(shù)據(jù)線接DSP的數(shù)據(jù)線，B端接MAXl25的數(shù)據(jù)線。