基于現(xiàn)場總線的萬能式斷路器通信從站設計

　　1 引言  

　　萬能式斷路器除了本身具有高分斷能力、高短時耐受性能及良好的操作性能外,還必須裝配性能優(yōu)越的控制器�；�于微處理器的智能控制器具有多種檢測和通信功能, 利用總線功能實現(xiàn)電力質量監(jiān)控是一種經(jīng)濟有效的方案。由于基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的驅動和執(zhí)行單元被大量開發(fā)和應用, 因此針對原有萬能式斷路器的控制器系統(tǒng)進行改造,結合現(xiàn)場總線的優(yōu)點,保留原有系統(tǒng)的投資, 設計了一種具有PROFIBUS 現(xiàn)場總線接口的新型控制系統(tǒng)。  

　　2 Profibus-DP 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的構成  

　　Profibus 現(xiàn)場總線系統(tǒng)由主站和從站構成,主站具有總線存取控制權,從站是被動的站,沒有總線存取權。主站分為一類、二類。一類主站包括PLC、PC 等, 完成循環(huán)的總線通訊控制和管理。二類主站指操作員工作站(如PC 機加圖形監(jiān)控軟件)、編程器、組態(tài)設備,完成非循環(huán)數(shù)據(jù)的讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷、調試等。從站是進行輸入輸出信息采集和發(fā)送的現(xiàn)場設備、包括輸入輸出I/O 設備、驅動器、執(zhí)行器等�？偩�系統(tǒng)根據(jù)主站設置的個數(shù)可以分為多主站系統(tǒng)和單主站總線系統(tǒng)。  

　　3 從站總體結構設計  

　　智能控制器系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括:溫度采集、處理控制、現(xiàn)場通信等,能單獨完成現(xiàn)場測量控制等功能,也可與多個從站和主站一起構建一個大系統(tǒng),完成整體的測量控制任務。智能控制器由微處理器、信號采集電路、電源、鍵盤和液晶顯示電路、時鐘溫度檢測電路、執(zhí)行電路以及Profibus-DP 總線接口電路等部分組成,組成框圖如圖1 所示。  

　　3.1 信號采集系統(tǒng)  

　　本設計需要采集的信號是三路線電壓和四路相電流信號,所需的電壓和電流信號都是經(jīng)過互感器形成的二次側感應電壓, 經(jīng)濾波隔離放大之后形成適合A/D 轉換的電壓范圍在3V以內。由于LPC2114 本身具有A/D 轉換器,所以只需要接入一個多路選擇開關,即可完成對多路信號的采集,因此選用了單八路模擬開關CD4051。  

[$page]　　CD4051 的特點是通道轉換頻率可10MHz, 而且控制簡單,量程達到10V,工作溫度范圍-55°C~ +125°C,很好的解決了量程的范圍和信號采集的實時性。CD4051 與LPC2114 的接口連接見圖2 所示。電壓電流互感器二次側感應電壓信號經(jīng)分壓后分別送入CD4051 的X0—X7引腳。CD4051 的各通道選通的地址線引腳A、B、C 分別與LPC2114 的p0.21、p0.22、p0.23相連,開關接通彭磊: 助理實驗師在讀碩士哪一通道,由LPC2114 控制輸入的3 位地址碼來決定。LPC2114的A/D 轉換頻率最大可以達到4.5MHz,轉換精度為2-10,完全能夠滿足實時采集和高精度要求。CD4051 與LPC2114 的A/D初始化和轉換工作由主程序完成。設計采用定時中斷方式要求大約每0.3ms 就在3 路電壓和4 路電流信號上各采集一點,LPC2114 將采集所轉換的數(shù)據(jù)存儲在ADDR (A/D 數(shù)據(jù)存儲器)中。  

　　3.2 溫度檢測與實時時鐘電路  

　　傳統(tǒng)的溫度檢測和實時時鐘是由各自獨立的芯片電路分別完成, 這樣分散處理往往降低了微處理器的處理效率而且也