基于DSP和CAN總線的RTU的設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU） 作為體現(xiàn)“ 測(cè)控分散、管理集中” 思路的產(chǎn)品從20 世紀(jì)80 年代起介紹到中國(guó)并迅速得到廣泛應(yīng)用， 應(yīng)用在變電站上的RTU 主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電力參數(shù)的遠(yuǎn)程采集與控制命令的遠(yuǎn)程發(fā)布， 并將信息或結(jié)果組裝成報(bào)文， 上送到控制中心或調(diào)度端。縱觀國(guó)內(nèi)外的RTU 產(chǎn)品， 逐步從集中式控制結(jié)構(gòu)向模塊化、分散式、開(kāi)放性的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)發(fā)展。由于變電站的數(shù)據(jù)量和信息量大， 實(shí)時(shí)性要求高， 因此將具有強(qiáng)大、高效的運(yùn)算能力和豐富外圍接口電路的DSP 應(yīng)用于RTU 的設(shè)計(jì)方案； 同時(shí)引入了開(kāi)放性結(jié)構(gòu)的CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線引入， 運(yùn)用于變電站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的通信并由它組成了一個(gè)開(kāi)放、可靠和實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
RTU 系統(tǒng)采用以DSP 為微處理器、CAN 為現(xiàn)場(chǎng)通信總線的分布式模塊化結(jié)構(gòu)。由于分布式模塊化結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)功能分解， 能根據(jù)需要進(jìn)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(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
RTU 可以分為通信主控模塊和信號(hào)測(cè)控模塊。CAN總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的通信。信號(hào)測(cè)控模塊一方面監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)方變電站斷路器（ 開(kāi)關(guān)） 位置、刀閘位置、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、事故變位信號(hào)、告警信號(hào)等（ 遙信） ，同時(shí)監(jiān)測(cè)主變、線路的有功功率、無(wú)功功率、電壓、電流、功率因數(shù)、有功電度、無(wú)功電度、主頻等（ 遙測(cè)） 并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電參量； 另一方面把上位機(jī)或調(diào)度中心下達(dá)的命令通過(guò)信號(hào)測(cè)控模塊的控制信號(hào)輸出端口用以控制斷路器的分、合位置， 有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置（ 遙控和遙調(diào)） 。
考慮到RTU 的通用性和靈活性， 通信主控模塊設(shè)有多種通信端口模式：
?。?）CAN 總線， 與下位信號(hào)測(cè)控模塊相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求與命令發(fā)布；（2）RS232 端口， 實(shí)現(xiàn)與PC 的通信， 將RTU 處理后的數(shù)據(jù)交與PC 機(jī)作進(jìn)一步處理或由PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制；（3） 遠(yuǎn)方通信端口， 用來(lái)與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信；（4）RS485 端口， 用來(lái)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的RTU 設(shè)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(shè)計(jì)
采用內(nèi)置CAN 控制器的TMS320LF2407A （ 簡(jiǎn)稱(chēng)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(shù)字電路， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。從功能上通信主控模塊分為三個(gè)部分：CAN 總線接口部分； 并串轉(zhuǎn)換部分； 鍵盤(pán)顯示部分和掉電數(shù)據(jù)保存部分。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由于LF2407A 內(nèi)部集成CAN 總線控制器， 因此不必外加CAN 控制器來(lái)實(shí)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(hù)和抗干擾能力的PCA82C250 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器作為總線接口， 為了更好的解決射頻干擾問(wèn)題， 通信介質(zhì)采用屏蔽電纜， 為了克服長(zhǎng)線效應(yīng)， 減小通信介質(zhì)中信號(hào)的反射， 在傳輸線兩端并聯(lián)2 個(gè)120 Ω 的匹配電阻。
該通信主控模塊系統(tǒng)有多個(gè)串行口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 通信實(shí)時(shí)性要求也較高， 利用通用的I/O 口線來(lái)構(gòu)成串口在這里不適用， 選用具有四個(gè)異步通信單元的TL16C554A 芯片實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換。由于PC、遠(yuǎn)方通信端口都是RS232 端口， 同時(shí)為了能夠與傳統(tǒng)的485 設(shè)備兼容， 因此采用MAX232 芯片，MAX 1482 芯片將TL16C554A 串口輸出信號(hào)的TTL 電平轉(zhuǎn)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(dú)立性， 選擇自帶T6963C 控制器漢字液晶顯示器模塊和4個(gè)按鍵一起構(gòu)成人機(jī)接口界面。顯示器對(duì)系統(tǒng)的通信狀態(tài)進(jìn)行顯示，4 個(gè)按鍵完成用戶(hù)功能的設(shè)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(shí)將一些系統(tǒng)參數(shù)保存起來(lái)， 當(dāng)系統(tǒng)再次起動(dòng)時(shí)就可以重新調(diào)入這些數(shù)據(jù)。擴(kuò)展的高速靜態(tài)RAM 作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和調(diào)試程序存儲(chǔ)空間。