基于DSP和CAN總線的RTU的設(shè)計(jì) (1)2011-05-11 05:38:54來(lái)源:微型機(jī)與應(yīng)用

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摘 要：介紹了基于DSP和CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式新型變電站RTU的設(shè)計(jì)方案。該RTU分為通信主控模塊和信號(hào)測(cè)控模塊，介紹了這兩個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方法及CPLD技術(shù)在這兩個(gè)模塊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)RTU軟件時(shí)，采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：RTU； 電力自動(dòng)化； CAN通信； CPLD

遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）作為體現(xiàn)“測(cè)控分散、管理集中”思路的產(chǎn)品從20世紀(jì)80年代起介紹到中國(guó)并迅速得到廣泛應(yīng)用,應(yīng)用在變電站上的RTU主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電力參數(shù)的遠(yuǎn)程采集與控制命令的遠(yuǎn)程發(fā)布，并將信息或結(jié)果組裝成報(bào)文，上送到控制中心或調(diào)度端?？v觀國(guó)內(nèi)外的RTU產(chǎn)品，逐步從集中式控制結(jié)構(gòu)向模塊化、分散式、開放性的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)展。由于變電站的數(shù)據(jù)量和信息量大, 實(shí)時(shí)性要求高, 因此將具有強(qiáng)大、高效的運(yùn)算能力和豐富外圍接口電路的DSP 應(yīng)用于RTU的設(shè)計(jì)方案；同時(shí)引入了開放性結(jié)構(gòu)的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線引入，運(yùn)用于變電站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的通信并由它組成了一個(gè)開放、可靠和實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
RTU系統(tǒng)采用以DSP為微處理器、CAN為現(xiàn)場(chǎng)通信總線的分布式模塊化結(jié)構(gòu)。由于分布式模塊化結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)功能分解,能根據(jù)需要進(jìn)行集中組拼和分散安裝，因而系統(tǒng)具有很好的靈活性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RTU可以分為通信主控模塊和信號(hào)測(cè)控模塊。CAN總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的通信。信號(hào)測(cè)控模塊一方面監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)方變電站斷路器（開關(guān)）位置、刀閘位置、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、事故變位信號(hào)、告警信號(hào)等（遙信），同時(shí)監(jiān)測(cè)主變、線路的有功功率、無(wú)功功率、電壓、電流、功率因數(shù)、有功電度、無(wú)功電度、主頻等（遙測(cè)）并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電參量;另一方面把上位機(jī)或調(diào)度中心下達(dá)的命令通過信號(hào)測(cè)控模塊的控制信號(hào)輸出端口用以控制斷路器的分、合位置，有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置（遙控和遙調(diào)）。
考慮到RTU的通用性和靈活性，通信主控模塊設(shè)有多種通信端口模式：
(1)CAN總線，與下位信號(hào)測(cè)控模塊相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求與命令發(fā)布；
　 (2)RS232端口，實(shí)現(xiàn)與PC的通信，將RTU處理后的數(shù)據(jù)交與PC機(jī)作進(jìn)一步處理或由PC機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制；
　 (3)遠(yuǎn)方通信端口，用來(lái)與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信；
　 (4)RS485端口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的RTU設(shè)備或其他下位智能儀表接口相兼容。

2 通信主控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)
采用內(nèi)置CAN控制器的TMS320LF2407A(簡(jiǎn)稱LF2407A)作為通信主控模塊的處理核心，用ALTERA公司的MAX7000S系列的EPM7128STC100-7 CPLD集成了處理器外圍數(shù)字電路,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。從功能上通信主控模塊分為三個(gè)部分：CAN總線接口部分；并串轉(zhuǎn)換部分；鍵盤顯示部分和掉電數(shù)據(jù)保存部分。

由于LF2407A內(nèi)部集成CAN總線控制器，因此不必外加CAN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN總線的底層協(xié)議，只需在CAN輸出端子和物理通道之間加上抗干擾的光隔和CAN總線收發(fā)器即可。光隔采用TI的8腳雙通道高速光隔HCPL2631，CAN收發(fā)器選用PHILIPS公司的具有多種保護(hù)和抗干擾能力的PCA82C250差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器作為總線接口，為了更好的解決射頻干擾問題，通信介質(zhì)采用屏蔽電纜，為了克服長(zhǎng)線效應(yīng)，減小通信介質(zhì)中信號(hào)的反射，在傳輸線兩端并聯(lián)2個(gè)120 Ω的匹配電阻。

該通信主控模塊系統(tǒng)有多個(gè)串行口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信實(shí)時(shí)性要求也較高，利用通用的I/O口線來(lái)構(gòu)成串口在這里不適用，選用具有四個(gè)異步通信單元的TL16C554A芯片實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換。由于PC、遠(yuǎn)方通信端口都是RS232端口，同時(shí)為了能夠與傳統(tǒng)的485設(shè)備兼容,因此采用MAX232芯片，MAX 1482芯片將TL16C554A串口輸出信號(hào)的TTL電平轉(zhuǎn)化成RS232、RS485電平。

為了保持通信主控模塊在功能上具有一定的獨(dú)立性，選擇自帶T6963C控制器漢字液晶顯示器模塊和4個(gè)按鍵一起構(gòu)成人機(jī)接口界面。顯示器對(duì)系統(tǒng)的通信狀態(tài)進(jìn)行顯示，4個(gè)按鍵完成用戶功能的設(shè)定，包括模塊的地址、各種通信端口的波特率等。X5045是為了在系統(tǒng)掉電時(shí)將一些系統(tǒng)參數(shù)保存起來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)再次起動(dòng)時(shí)就可以重新調(diào)入這些數(shù)據(jù)。擴(kuò)展的高速靜態(tài)RAM作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和調(diào)試程序存儲(chǔ)空間。

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