|
在電力及工業(yè)自動(dòng)化控制系統中，斷路器的分合、電機的啟停，電磁閥的開(kāi)閉等，有眾多的執行機構需要進(jìn)行遠程控制，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)量輸出功能的現場(chǎng)儀表組成一個(gè)遠程自動(dòng)控制系統，但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16路遙控接點(diǎn)輸出的ARTU-J16，該裝置通過(guò)RS485總線(xiàn)與上位機相連，作為遠程繼電器輸出模塊，用于接收計算機指令，執行系統的遙控操作或自動(dòng)控制，繼電器輸出共16路，裝置擁有1600組操作事件記錄，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-J16遙控單元硬件主要包括主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、繼電器控制及輸出、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 ARTU-J16型16路遙控執行單元設計采用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，顯示和16路繼電器常開(kāi)接點(diǎn)的輸出狀態(tài)控制。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FlashROM、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)設定輸入電路 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I2C總線(xiàn)接口，內置頻率為32.768 kHz 的石英振蕩器，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）。 圖4 事件記錄存儲電路 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）。 圖5 看門(mén)狗電路 1.7 繼電器控制及輸出 繼電器控制輸出使用一個(gè)74HC273（IC14）鎖存需要輸出的8路繼電器輸出狀態(tài)，再經(jīng)由ULN2803（IC15）驅動(dòng)對應的繼電器（K1只是16路中的一路），二極管D1可以旁路繼電器K1在斷開(kāi)的瞬間所產(chǎn)生的反向電流，而并接在K1輸出接點(diǎn)上的壓敏電阻VZ1則可以吸收關(guān)斷后級感性負載所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢，有效延長(cháng)輸出繼電器觸點(diǎn)的壽命（見(jiàn)圖6）。 圖6 繼電器控制及輸出 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，繼電器驅動(dòng)、通訊等部分電路提供電源。 2 軟件設計 軟件設計流程見(jiàn)圖7。 圖7 軟件流程圖 3 產(chǎn)品結構特點(diǎn)及技術(shù)指標 ARTU-J16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，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。 產(chǎn)品主要技術(shù)指標見(jiàn)表1 表1
4 應用案例 以某配電系統為例，1臺ARTU-J16控制8路低壓饋線(xiàn)，CM1斷路器配電動(dòng)機操作機構，一次方案見(jiàn)圖8（a），控制方式見(jiàn)圖8(b)。啟停按鈕現場(chǎng)手動(dòng)控制各回路斷路器的合、分閘，遙控單元通過(guò)通訊接口集中控制8路斷路器的工作狀態(tài)，實(shí)現斷路器就地與遠程兩地控制的工作模式。 圖8 5 結束語(yǔ) ARTU-J16遙控單元于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)標準要求。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。 |
