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(cè)、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(cè)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(duì)電壓、電流、有功、無(wú)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(jí)終端作采樣系統(tǒng)的顯示器，便于調(diào)試和監(jiān)測(cè)。

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(chǔ)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(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

在電力系統(tǒng)變電所，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓電流的監(jiān)測(cè)，先將原邊的高電壓或大電流通過一級(jí)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(hào)。這些信號(hào)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(hào)就是前一級(jí)的 100V或5A信號(hào)。這時(shí)還需要引入第二級(jí)互感器，將100V或5A信號(hào)變換為DSP或MCU可以處理的小信號(hào)。一般將100V電壓信號(hào)或5A電流信號(hào)經(jīng)電壓或電流互感器變換為2mA左右的電流信號(hào)。圖2是第二級(jí)的電壓互感器的信號(hào)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(hào)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(hào)端．DSP以I／O口方式訪問MAXl25。當(dāng)DSP訪問MAXl25時(shí)，IS信號(hào)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。