SCADA体系中交换采样器计划

　　先容了SCADA体系中交换采样器的成果，提出了基于DSP技能和CAN总线的体系构架，细致叙述了体系的硬件和软件计划要领，探究了一种基于消息的嵌入式体系步伐计划头脑，末了给出了计划结论。

　    SCADA(Supervisory Control and Data Acqmsifion)体系即数据征求与监督控制体系，是一种以微型谋略机为内核，综合利用谋略机、通讯、控制等技能完成遥控、遥测、遥信、遥调(四遥)的控制体系。由于DSP技能的生长，在电力、煤油、电气化铁路等行业的SCADA体系中，电量的征求(即遥测成果)由已往的基于变送器的直流采样渐渐向交换采样过渡。本文先容基于Ⅱ公司的产业控制用DSP——TMS320LF2407A和产业控制中遍及利用的基于CAN总线的交换采样器的计划。该交换采样器作为SCADA的成果模块，具有如下成果特点：
   

　　 (1)谋略成果。对电压、电流、有功、无功、功率因素、频率、相序等参数举行谋略。
    　(2)报警成果。当产生越限、跳闸时报警。
  　  (3)录波成果。录波成果包括手动录波(录波正常)和妨碍录渡。
    　(4)CAN总线接口成果。采样体系和上位机的应用层通讯协议选用DeficeNel协议。
  　  (5)人机接口成果。扩展RS-232口与PC机连接，可以利用PC机的超等终端作采样体系的表现器，便于调试和监测。

　　1 硬件计划

　　1．1 体系总体框图
   

　　该交换采样器采取DSP处理惩罚器，与上位机的通讯采取CAN总线。体系框图如图1所示。

　　 (1)DSP选用TI公司的TMS320LF2407A，其重要特点[3-4]为：片内32K字(16位字宽)的FLASH，不消外扩步伐存储器，带有一个CAN口，支持CAN2、0B协议范例。一个RS-232通讯口，3．3V供电，二个8通道10位ADC，最小转换时间500m(2MSPS)。
   

　　(2)ADC选用MAXIM公司的MAXl25CEAX，14位并行转换，A、B二组8通道，每组4通道同步转换。
   

　　 (3)选用3．3V供电的MAX3232做RS232接口芯片，CAN收发器用82C25OT，5V和3．3的电平转换器选用SN74ALVC164245。

　　1．2 信号调理电路计划
   

　　在电力体系变电所，为实现对电压电流的监测，先将原边的高电压或大电流畅过一级电力型电压互感器或电力型电流互感器更改为次边的100V电压或5A电流信号。

　　这些信号引入到变电站的控制室，供控制体系配置利用。在交换采样中，要采样的信号便是前一级的100V或5A信号，这时还必要引入第二级互感器，将100V或5A信号更改为DSP或NCU可以处理惩罚的小信号。

　　一样平常将100V电压信号或5A电流信号经电压或电流互感器更改为2mA左右的电流信号。图2是第二级的电压互感器的信号调理电路，互感器的变比为100V，2mA，输出电压VOUT便是次边电流I2乘以电阻R503，即VOUT=R503×I2，C502起滤波作用，背面的运放接成跟随器模式，起信号断绝缓冲作用。由于MAxl25的输入模仿电压为-5V~+5V，VOUT的最大有效值为3．535V，以是要根据这个原则选取R503的阻值。为掩护LM324。可以在运放的输入端并联7V左右的双向稳压管。

  　  图2中R503=1209Ω，输入100V时，输出VOUT=1209×O.002=2.418V。

　　1．3 电平转移电路阐发
   

　　 LF2407A的事变电压为3．3V，A／D转换器MAXl25的事变电压为5V，不克不及直接接口，必要引入电平转换电路，这里选取16位的SN74ALVCl64245做电平转换器。转换器左侧B端是5V的逻辑电平，与MAXl25 A／D转换器接口；右侧A端是3．3V的逻辑电平，与LF2407A接口。详细电路见图3。

　　 (1)SN74ALVCl64245的输出容许OE端接LF2407A的IS信号端，DSP以I／O日方法访问MAXl25。当DSP访问MAXl25时，IS信号有效，ALVCl64245的输出容许0E端有效，ALVCl64245事变；其他环境下，ALVCl64245的数据线呈高阻状态。
   

　　(2)SN74ALVCl64245的1DIR、2DIR接LF2407A的19脚W/R，DSP写时W/R=DIR-4245=1，ALVCl64245的数据从A到B；DSP读时W／R=DIR-4245=O，ALVCl64245的数据从B到A；
   

　　(3)SN74ALVCl64245的A端数据线接DSP的数据线，B端接MAxl25的数据线。

　　1．4 A/D转换电路计划
   

　　 为实现高精度的交换采样，本体系的ADC选用MAXIM公司的14位MAXl25CEAX。有关该芯片的数据拜见文献，图4为详细应用电路。

　 　 (1)CHlA~CH4A、CHIB～CH4B分别接PT/CT(电压，电流互感器)调理电路的输出电压。DO～D13接电平转移器件的5V数据线．经电平转移后接DSP的DO～D13。
   　 (2)DSP的IOPF6直接接MAX125的CONVST端，IOPF6端发一个正脉冲启动一次A/D转换。转换结束时，MAX125的INT端输出低电平，通过5V-3V电平转移电路接到DSP的IOPA2(XINTl)脚，步伐查问IOPA2(XINTl)是否为低电平，为低则读取转换结果。
   　 (3)DSP的IS脚直接接MAXl25的CS端，DSP将MAXl25视为一个I／O端口，用端口指令访问。DSP的电平可以直接驱动MAXl25的控制端。

   　 下面是对MAXl25操纵的DSP C语言实例。
  　  (1)写下令到MAXl25
    outport(MAXl25，Ox03)；//input Mux A／Eour-Channel
  　  (2)发出启动MAXl25举行AID转换的脉冲
    MAXl25CONV HIGH；//I0PF6=1
    MAXl25CONV_LOW；//必要大于30ns的负脉冲
    MAXl25CONV_HIGH；//上升沿启动转换
  　  (3)查问IOPA2(XINT1)是否为低电平(转换完成)
    while(*PADATDIR&0X0004)

    {KICKDOG；}

   　 (4)读转换结果

　　1．5 OAN总线接口电路计划
    　LF2407A集成了CAN控制器，扩展一片CAN收发器就构成了CAN接口电路。收发器选用Philips公司的P82C250，详细电路如图5。

　　 P82C250是5V电源供电．与LF2407A连接要加电平转移电路。R301、D301完成3．3V电平向5V电平转移；R302、R303完成5V电平向3．3V电平转移。

   　 其他如串口扩展电路、SRAM扩展电路、液晶扩展电路等为通用电路，在此不做叙述。

　　2 软件计划

　　2．1 嵌入式软件计划头脑
   

　　 鉴戒Windows编程中基于消息驱动的头脑，在嵌入式软件中引入基于消息的处理惩罚要领。嵌入式体系的消息可以分为：键盘输入下令、体系接口电路孕育产生的状态信息(如报警、越限等)以及上位机下令。消息的吸取采取停止方法，确保消息可靠及时的吸取；时间请求非常苛刻的消息，如电机掩护，在停止直接处理惩罚；其他消息在主步伐中对消息举行分析实行。步伐计划头脑可以用图6表现。

　　 本体系通过CAN总线吸取上位机的下令(吸取消息)。CAN吸取方法采取停止方法，当上位机下达下令时，该装置通过停止及时吸取，及时任务直接在停止步伐中完成．餍足体系的及时性请求；非及时任务则将该下令存入消息(或下令)缓冲区，等待在主函数中查问处理惩罚。

　　2．2 步伐团体框图
   

　　 整个步伐由主函数、成果函数、CAN通讯停止函数、DSP的定时器T1的周期停止(采样停止)函数构成。

    　DSP的CAN控制器吸取停止采取DSP的内核停止l；定时器Tl的周期停止采取DSP的内核停止2，用来定期触发MAXl25举行A/D转换。关于LF2407A的停止编程可拜见文献[l～2]。

    　主函数main()的流程如图7所示。

    　主函数先初始化体系，启动及时采样，及时采样不停运行并始终保持有多个周期的波形数据，供妨碍录被后观察妨碍点前后几个周期的波形，以便阐发妨碍缘故起因。

　　然掉队入消息处理惩罚的循环步伐。从流程图可以看到，步伐先查抄消息(或下令)缓冲区，如有消息，下令，则调用相应成果函数实行下令，果断是否到谋略周期以确定是否调用谋略函数，然后回到消息处理惩罚入口；若没有消息等待处理惩罚，则果断lOOms谋略周期是否到(谋略周期可以调解)。若到，则谋略一遍电参数，果断是否有越限环境。如有越限则关照上位机，然后返回到消息处理惩罚入口，重复开始消息(或下令)的分析实行。消息吸取步伐以停止方法在背景运行。

　　2．3 成果函数计划
    　成果函数由主函数main()调用，下面先容几种重要的成果函数。限于篇幅，函数没有展开，只列出函数名。

  　  谋略电参数的函数：void Calc()；
    向上位机发送电参数值的函数：unsigned im Send_AcqData()；
    实行参数设置下令的函数：unsigned im Set_Parame-ter()；
    向上位机发送报警数据的函数：unsigned int Send_AlarmData()；
    向上位机发送录波数据的函数：unsigned int Send_WaveRecordData()；

   　 本交换采样体系已运行在铁路水电远动体系的FTU(Fietd Terminal Unit)中，与上位机通讯的应用层协议采取DeviceNet协议。实际证明该体系成果正常、性能稳固。