基于DSP和CAN總線的RTU的設(shè)計
遠程測控終端（RTU） 作為體現(xiàn)“ 測控分散、管理集中” 思路的產(chǎn)品從20 世紀80 年代起介紹到中國并迅速得到廣泛應(yīng)用， 應(yīng)用在變電站上的RTU 主要是實現(xiàn)現(xiàn)場電力參數(shù)的遠程采集與控制命令的遠程發(fā)布， 并將信息或結(jié)果組裝成報文， 上送到控制中心或調(diào)度端?？v觀國內(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(yīng)用于RTU 的設(shè)計方案； 同時引入了開放性結(jié)構(gòu)的CAN 現(xiàn)場總線引入， 運用于變電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)。由于分布式模塊化結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)功能分解， 能根據(jù)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(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測控模塊。CAN總線實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(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、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(shù)、有功電度、無功電度、主頻等（ 遙測） 并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電參量； 另一方面把上位機或調(diào)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(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：
（1）CAN 總線， 與下位信號測控模塊相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(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
采用內(nèi)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(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部分：CAN 總線接口部分； 并串轉(zhuǎn)換部分； 鍵盤顯示部分和掉電數(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(qū)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(zhì)采用屏蔽電纜， 為了克服長線效應(yīng)， 減小通信介質(zhì)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(shù)據(jù)通信， 通信實時性要求也較高， 利用通用的I/O 口線來構(gòu)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(zhuǎn)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(shè)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(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(gòu)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(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)掉電時將一些系統(tǒng)參數(shù)保存起來， 當系統(tǒng)再次起動時就可以重新調(diào)入這些數(shù)據(jù)。擴展的高速靜態(tài)RAM 作為外部數(shù)據(jù)存儲空間和調(diào)試程序存儲空間。