|
在電力及工業(yè)自動(dòng)化控制系統中，存在著(zhù)大量如斷路器的分合、電機的啟停，電磁閥的開(kāi)閉等執行機構狀態(tài)需要檢測并把狀態(tài)反饋回控制單元，從而構成閉環(huán)控制。在以往的系統設計中常使用多個(gè)PLC或帶有通訊和開(kāi)關(guān)量輸入功能的現場(chǎng)儀表組成一個(gè)遠程自動(dòng)控制系統，但PLC高昂的成本和繁瑣的系統結構給自動(dòng)化設計、應用帶來(lái)困擾。 本文介紹一款具有32路遙信接點(diǎn)輸入的ARTU-K32，該裝置可接受32路有源或無(wú)源接點(diǎn)，把開(kāi)關(guān)量信號經(jīng)通訊實(shí)現和上位機監控系統的數據交換，32個(gè)通道掃描一周僅需時(shí)間為1ms，同時(shí)擁有2000組輸入狀態(tài)事件記錄，帶GPS校時(shí)功能,在外部電源掉電后可以保證SOE事件記錄一個(gè)月內不丟失，相對以往控制方式，本設計在簡(jiǎn)化控制網(wǎng)絡(luò )結構的同時(shí)，提供了一種低成本，高可靠性的替代方案。 1 電路設計原理 ARTU-K32遙信單元硬件電路包括主CPU芯片、撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、雙路RS485通訊、SOE事件記錄存儲、看門(mén)狗控制、光電隔離輸入采集、供電電源模塊等8部分組成。（見(jiàn)圖1） 圖1 電路結構 1.1 主控CPU 32路開(kāi)關(guān)量信號采集單元（ARTU-K32）設計采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實(shí)現雙路RS485通訊、數據處理、事件記錄存取，顯示狀態(tài)控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結構高速低功耗單片機，在16M時(shí)鐘頻率時(shí)系統性能可達16MIPS，內帶128k的FLASH、4k的EEPROM、4k系統SRAM；可擴展64k外部存儲器；兩路UART通訊口。同時(shí)該芯片擁有JTAG在線(xiàn)編程口，方便用戶(hù)調試，降低了開(kāi)發(fā)成本，53個(gè)可編程I/O口可以?huà)旖幼銐蚨嗟耐鈬O備。 1.2 撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入 撥碼開(kāi)關(guān)提供用戶(hù)一個(gè)簡(jiǎn)化的人機接口，用于設定RS485通訊中的地址、波特率、數據格式等設定功能，撥碼開(kāi)關(guān)（SW1）的10位數據口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個(gè)74HC244（IC5）數據緩沖器，把撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)傳送到8位數據總線(xiàn)，剩余兩根數據線(xiàn)則直接接到CPU的I/O端口。（見(jiàn)圖2） 圖2 撥碼開(kāi)關(guān)設輸入電路 1.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RX-8025A（IC4）提供給系統SOE事件的時(shí)間記錄點(diǎn)，該芯片擁有400kHz 串行IIC總線(xiàn)接口，其內置的32.768 kHz 石英振蕩器，提供寬溫、高穩定性的實(shí)時(shí)時(shí)間數據。 1.4 通訊方式 通訊方式采用雙路RS485方式，調試及設定和上位機通訊部分在物理上分成兩路，互不干擾，有效防止可能存在的誤操作。（見(jiàn)圖3） 圖3 雙路RS485通訊電路 1.5 SOE事件記錄存儲 SOE事件記錄存儲器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后備電源形成一個(gè)斷電不丟失的數據存儲單元，使用數據鎖存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口組成15位數據地址對IC3進(jìn)行數據存儲操作。（見(jiàn)圖4） 1.6看門(mén)狗控制 掉電自動(dòng)保存部分使用MAX691CWE（IC8）作為電源管理，在系統有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電，當主電源掉電時(shí)則自動(dòng)切換到后備電池供電方式。同時(shí)此芯片還兼有看門(mén)狗功能，在系統死機的極端情況下及時(shí)復位CPU，使系統快速恢復至受控狀態(tài)。（見(jiàn)圖5） 1.7 光電隔離的輸入信號狀態(tài)采集 外部開(kāi)關(guān)信號采集使用光耦（IC1，IC2只畫(huà)出其中四路）作電器隔離，光耦輸出端使用一個(gè)數據緩沖器74HC244（IC9）對光耦輸出信號進(jìn)行緩沖后傳送到CPU的數據總線(xiàn)供CPU讀取。（6） 1.8 電源部分 電源模塊采用PI公司的開(kāi)關(guān)電源芯片，輸入范圍為AC/DC 80-270V，電源共有3路輸出，分別給CPU，12V電源輸出、通訊等部分電路提供電源。 2 軟件設計 3 產(chǎn)品結構特點(diǎn) ARTU-K32采用DIN35mm導軌安裝。前端帶通信指示和信號運行通道指示2組指示燈，通信有兩路RS485接口，（使用ModBus—RTU協(xié)議）一路用于通用參數的設置及調試，另一路用于和上位機通訊。產(chǎn)品頂端設有撥碼開(kāi)關(guān)窗口，可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置產(chǎn)品通訊地址和波特率。產(chǎn)品符合JB/T10388-2002《帶總線(xiàn)通信功能的智能測控節點(diǎn)產(chǎn)品通用技術(shù)條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動(dòng)終端設備》標準。 4 產(chǎn)品主要技術(shù)指標見(jiàn)表1 5 應用案例 1臺ARTU-K32可以監控8條馬達回路或16路照明回路的工作狀態(tài)。以監測馬達回路為例，一次方案見(jiàn)圖8（a），由配輔助、故障觸點(diǎn)的NS斷路器、LC1交流接觸器、LR2熱繼電器和AKH-0.66P保護型互感器組成。每條馬達回路監測4組節點(diǎn)，即斷路器合閘、故障觸點(diǎn)，電機運行（接觸器）狀態(tài)觸點(diǎn)，電機熱過(guò)載（熱繼電器）觸點(diǎn)，1臺ARTU-K32監測8條馬達回路。見(jiàn)圖8（b），通過(guò)現場(chǎng)啟停按鈕控制馬達的運行與停車(chē)，現場(chǎng)紅、綠指示燈同步顯示馬達的工作狀態(tài)，遙信單元則可通過(guò)監測各元件觸點(diǎn)的動(dòng)作值遠程顯示馬達的工作狀態(tài)。 6 結束語(yǔ) ARTU-K32遙信單元于2007年12月在國家繼電保護及自動(dòng)化設備質(zhì)量監督檢驗中心測試，符合相關(guān)要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務(wù)大廈、內蒙古某煤礦等工程配電監控系統中得到應用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。 |
