万能式断路器除了本身具有高分断能力、高短时耐受性能及良好的操作性能外,还必须装配性能优越的控制器。基于微处理器的智能控制器具有多种检测和通信功能, 利用总线功能实现电力质量监控是一种经济有效的方案。由于基于Profibus-DP现场总线的驱动和执行单元被大量开发和应用, 因此针对原有万能式断路器的控制器系统进行改造,结合现场总线的优点,保留原有系统的投资, 设计了一种具有PROFIBUS 现场总线接口的新型控制系统。  

1.从站总体结构设计

智能控制器系统实现的功能包括:温度采集、处理控制、现场通信等,能单独完成现场测量控制等功能,也可与多个从站和主站一起构建一个大系统,完成整体的测量控制任务。智能控制器由微处理器、信号采集电路、电源、键盘和液晶显示电路、时钟温度检测电路、执行电路以及Profibus-DP 总线接口电路等部分组成

2.信号采集系统

本设计需要采集的信号是三路线电压和四路相电流信号,所需的电压和电流信号都是经过互感器形成的二次侧感应电压, 经滤波隔离放大之后形成适合A/D 转换的电压范围在3V以内。由于LPC2114 本身具有A/D 转换器,所以只需要接入一个多路选择开关,即可完成对多路信号的采集,因此选用了单八路模拟开关CD4051。

CD4051 的特点是通道转换频率可10MHz, 而且控制简单,量程达到10V,工作温度范围-55°C~ +125°C,很好的解决了量程的范围和信号采集的实时性。CD4051 与LPC2114 的接口连接。电压电流互感器二次侧感应电压信号经分压后分别送入CD4051 的X0—X7引脚。CD4051 的各通道选通的地址线引脚A、B、C 分别与LPC2114 的p0.21、p0.22、p0.23相连,开关接通彭磊: 助理实验师在读硕士哪一通道,由LPC2114 控制输入的3 位地址码来决定。LPC2114的A/D 转换频率最大可以达到4.5MHz,转换精度为2-10,完全能够满足实时采集和高精度要求。CD4051 与LPC2114 的A/D初始化和转换工作由主程序完成。设计采用定时中断方式要求大约每0.3ms 就在3 路电压和4 路电流信号上各采集一点,LPC2114 将采集所转换的数据存储在ADDR (A/D 数据存储器)中。  

4.从站设备简单测试方案

由于Profibus-DP 从站设备的调试是一个复杂的过程,要求开发人员具有Profibus-DP 系统的工作经验,因此为了节省相关人员的开发时间和开发成本,这里提出一套简单调试方案。

系统构成:IPC 机、主站网卡(SIEMENS CP5611)、COMPROFIBUS软件。系统的测控网络采用线型拓扑的单主站结构,将IPC 机作为上位监控主站。如果在IPC 机上装有WinCC 软件,可以用来向用户提供如动态数据画面显示的管理窗口。这个方案主要是调试设备基本协议的一致性,调试方便、简单。