基于DSP和CAN總線的RTU的設計 (1)2011-05-11 05:38:54來源:微型機與應用

摘 要：介紹了基于DSP和CAN現(xiàn)場總線的分布式新型變電站RTU的設計方案。該RTU分為通信主控模塊和信號測控模塊，介紹了這兩個模塊的設計方法及CPLD技術在這兩個模塊設計中的應用。在設計RTU軟件時，采用了模塊化的程序設計方法。
關鍵詞：RTU； 電力自動化； CAN通信； CPLD

遠程測控終端（RTU）作為體現(xiàn)“測控分散、管理集中”思路的產品從20世紀80年代起介紹到中國并迅速得到廣泛應用,應用在變電站上的RTU主要是實現(xiàn)現(xiàn)場電力參數的遠程采集與控制命令的遠程發(fā)布，并將信息或結果組裝成報文，上送到控制中心或調度端。縱觀國內外的RTU產品，逐步從集中式控制結構向模塊化、分散式、開放性的系統(tǒng)控制結構發(fā)展。由于變電站的數據量和信息量大, 實時性要求高, 因此將具有強大、高效的運算能力和豐富外圍接口電路的DSP 應用于RTU的設計方案；同時引入了開放性結構的CAN現(xiàn)場總線引入，運用于變電站現(xiàn)場數據的通信并由它組成了一個開放、可靠和實時的監(jiān)控系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體結構設計
RTU系統(tǒng)采用以DSP為微處理器、CAN為現(xiàn)場通信總線的分布式模塊化結構。由于分布式模塊化結構易于實現(xiàn)功能分解,能根據需要進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)結構如圖1所示。


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RTU可以分為通信主控模塊和信號測控模塊。CAN總線實現(xiàn)現(xiàn)場數據的通信。信號測控模塊一方面監(jiān)測遠方變電站斷路器（開關）位置、刀閘位置、有載調壓變壓器分接頭的位置、事故變位信號、告警信號等（遙信），同時監(jiān)測主變、線路的有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數、有功電度、無功電度、主頻等（遙測）并轉換成相應的電參量;另一方面把上位機或調度中心下達的命令通過信號測控模塊的控制信號輸出端口用以控制斷路器的分、合位置，有載調壓變壓器的分接頭位置（遙控和遙調）。
考慮到RTU的通用性和靈活性，通信主控模塊設有多種通信端口模式：
(1)CAN總線，與下位信號測控模塊相連實現(xiàn)數據的請求與命令發(fā)布；
　 (2)RS232端口，實現(xiàn)與PC的通信，將RTU處理后的數據交與PC機作進一步處理或由PC機實現(xiàn)遠程操作與控制；
　 (3)遠方通信端口，用來與遠程控制中心進行通信；
　 (4)RS485端口，用來實現(xiàn)與傳統(tǒng)的RTU設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計
采用內置CAN控制器的TMS320LF2407A(簡稱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字電路,系統(tǒng)結構圖如圖2所示。從功能上通信主控模塊分為三個部分：CAN總線接口部分；并串轉換部分；鍵盤顯示部分和掉電數據保存部分。


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由于LF2407A內部集成CAN總線控制器，因此不必外加CAN控制器來實現(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和抗干擾能力的PCA82C250差動驅動器作為總線接口，為了更好的解決射頻干擾問題，通信介質采用屏蔽電纜，為了克服長線效應，減小通信介質中信號的反射，在傳輸線兩端并聯(lián)2個120 Ω的匹配電阻。

該通信主控模塊系統(tǒng)有多個串行口與外界進行數據通信，通信實時性要求也較高，利用通用的I/O口線來構成串口在這里不適用，選用具有四個異步通信單元的TL16C554A芯片實現(xiàn)并-串轉換。由于PC、遠方通信端口都是RS232端口，同時為了能夠與傳統(tǒng)的485設備兼容,因此采用MAX232芯片，MAX 1482芯片將TL16C554A串口輸出信號的TTL電平轉化成RS232、RS485電平。

為了保持通信主控模塊在功能上具有一定的獨立性，選擇自帶T6963C控制器漢字液晶顯示器模塊和4個按鍵一起構成人機接口界面。顯示器對系統(tǒng)的通信狀態(tài)進行顯示，4個按鍵完成用戶功能的設定，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)掉電時將一些系統(tǒng)參數保存起來，當系統(tǒng)再次起動時就可以重新調入這些數據。擴展的高速靜態(tài)RAM作為外部數據存儲空間和調試程序存儲空間。


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