基于現(xiàn)場總線的萬能式斷路器通信從站設計
發(fā)布時間：2020-04-11 13:27:44 ??來源：啟航電氣科技有限公司
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,還必須裝配性能的控制器。基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)數據的讀寫、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)根據主站設置的個數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過互感器形成的二次側感應電壓,經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。
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轉換頻率可以達到4.5MHz,轉換精度為2-10,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將采集所轉換的數據存儲在ADDR(A/D數據存儲器)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增加了電路的復雜性,所以本設計采用了SD2304FLP高精度實時時鐘。
SD2304FLP是一種具有內置晶振、兩線式串行接口的高精度實時時鐘芯片。該芯片可保證時鐘精度為±5ppm(在-10°C~50°C下),即年誤差小于2.5分鐘;該芯片內置始終精度調整功能,通過內置的數字溫度傳感器可設定適應溫度變化的調整值,實現(xiàn)在寬溫度范圍內高精度的計時功能;內置2K串行E2PROM,用于存儲各溫度點的時鐘精度補償數據。正是由于內置了I2C總線的數字溫度傳感器,所以可以很方便地通過I2C接口讀取溫度數據。SD2304FLP的溫度補償應用是應用的關鍵,由于時鐘精度隨溫度變化的補償數據在出廠前已經存儲在2K容量的E2PROM里,所以只要通過讀取片內數字溫度傳感器所檢測到溫度(TMP)的數值,確定當前溫度值,根據溫度值的高八位確定存儲在E2PROM補償數據地址,讀出該補償數據并寫入時鐘調整寄存器。由于LPC2114本身具有高速I2C總線接口,硬件設計和程序編寫不需要很復雜。但需要注意的是I2C總線的上拉電壓應在總線需要工作的時始終存在,并在系統(tǒng)中先上電,后掉電,所以根據實際情況,本電路設計的上拉電阻好為4.7K。