SCADA系統中交流采樣器設計

SCADA(Supervlsory Control and Data Acquisition)系統即數據采集與監視控制系統，是一種以微型計算機為核心，綜合利用計算機、通信、控制等技術完成遙控、遙測、遙信、遙調(四遙)的控制系統：”。由于DSP技術的發展，在電力、石油、電氣化鐵路等行業的SCADA系統中，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公司的工業控制用DSP ―TMS320LF2407A和工業控制中廣泛使用的基于CAN總線的交流采樣器的設計。該交流采樣器作為SCADA的功能模塊．具有如下功能特點：

(1)計算功能。對電壓、電流、有功、無功、功率因素、頻率、相序等參數進行計算。

(2)報警功能。當發生越限、跳閘時報警。

(3)錄波功能。錄波功能包括手動錄波(錄波正常)和故障錄波。

(4)CAN總線接口功能。采樣系統和上位機的應用層通信協議選用DeviceNet協議。

(5)人機接口功能。擴展RS 232口與PC機連接，可以利用PC機的超級終端作采樣系統的顯示器，便于調試和監測。

1硬件設計

1．1系統總體框圖

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

(1)DSP選用TI公司的TMS320LF2407A，其主要特點為：片內32K字(16位字寬)的FLASH，不用外擴程序存儲器，帶有一個CAN口．支持CAN2、OB協議規范．一個RS232通信口，3．3V供電，二個8通道10位ADC，最小轉換時間500ns(2 MSPS)。

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

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

1．2信號調理電路設計

在電力系統變電所，為實現對電壓電流的監測，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，供控制系統設備使用。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，后面的運放接成跟隨器模式，起信號隔離緩沖作用。因為MAXl25的輸入模擬電壓為―5V～+5V，Vout的最大有效值為3．535V，所以要根據這個原則選取R503的阻值。為保護LM324，可以在運放的輸入端并聯7V左右的雙向穩壓管。

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

1．3電平轉移電路分析

LF2407A的工作電壓為3．3V，A／D轉換器MAXl25的工作電壓為5V．不能直接接口，需要引入電平轉換電路，這里選取16位的SN74ALVCl64245做電平轉換器。轉換器左側B端是5V的邏輯電平．與MAXl25 A／D轉換器接口；右側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DSP訪問MAXl25時，IS信號有效，ALVCl64245的輸出允許OE端有效，ALVCl64245工作；其他情況下，ALVCl64245的數據線呈高阻狀態。

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

(3)SN74ALVCl64245的A端數據線接DSP的數據線，B端接MAXl25的數據線。