在電力及工業(ye) 自動化控製係統中，斷路器的分合、電機的啟停，電磁閥的開閉等，有眾(zhong) 多的執行機構需要進行遠程控製，在以往的係統設計中常使用多個(ge) PLC或帶有通訊和開關(guan) 量輸出功能的現場儀(yi) 表組成一個(ge) 遠程自動控製係統，但高昂的成本和繁瑣的係統結構給自動化設計、應用帶來困擾。---基於(yu) ATmega128的16路遙控單元設計及應用
本文介紹一款具有16路遙控接點輸出的ARTU-J16，該裝置通過RS485總線與(yu) 上位機相連，作為(wei) 遠程繼電器輸出模塊，用於(yu) 接收計算機指令，執行係統的遙控操作或自動控製，繼電器輸出共16路，裝置擁有1600組操作事件記錄，帶GPS校時功能,在外部電源掉電後可以保證SOE事件記錄一個(ge) 月內(nei) 不丟(diu) 失，相對以往控製方式，本設計在簡化控製網絡結構的同時，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、撥碼開關(guan) 設定輸入、實時時鍾、雙路RS485通訊、SOE事件記錄存儲(chu) 、看門狗控製、繼電器控製及輸出、供電電源模塊等8部分組成(見圖1)。
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路繼電器常開接點的輸出狀態控製。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時鍾頻率時係統性能可達16MIPS，內(nei) 帶128k的FlashROM、4k的EEPROM、4k係統SRAM;可擴展64k外部存儲(chu) 器;兩(liang) 路UART通訊口。同時該芯片擁有JTAG在線編程口，方便用戶調試，降低了開發成本，53個(ge) 可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設備。
1.2 撥碼開關(guan) 設定輸入
撥碼開關(guan) 提供用戶一個(ge) 簡化的人機接口，用於(yu) 設定RS485通訊中的地址、波特率、數據格式等設定功能，撥碼開關(guan) (SW1)的10位數據口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個(ge) 74HC244(IC5)數據緩衝(chong) 器，把撥碼開關(guan) 的狀態傳(chuan) 送到8位數據總線，剩餘(yu) 兩(liang) 根數據線則直接接到CPU的I/O端口(見圖2)。
1.3 實時時鍾
實時時鍾芯片RX-8025A(IC4)提供給係統SOE事件的時間記錄點，該芯片擁有400kHz 串行 總線接口，內(nei) 置頻率為(wei) 32.768 kHz 的石英振蕩器，提供寬溫、高穩定性的實時時間數據。
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(liang) 路，互不幹擾，防止可能存在的誤操作(見圖3)。
1.5 SOE事件記錄存儲(chu)
SOE事件記錄存儲(chu) 器使用32k低功耗SRAM(IC3)IC61C256AH和後備電源形成一個(ge) 斷電不丟(diu) 失的數據存儲(chu) 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進行數據存儲(chu) 操作(見圖4)。
1.6 看門狗控製
掉電自動保存部分使用MAX691CWE(IC8)作為(wei) 電源管理，在係統有輔助供電的情況下保證IC3由主電源Vcc供電，當主電源掉電時則自動切換到後備電池供電方式。同時此芯片還兼有看門狗功能，在係統死機的極端情況下及時複位CPU使係統快速恢複至受控狀態(見圖5)。
1.7 繼電器控製及輸出
繼電器控製輸出使用一個(ge) 74HC273(IC14)鎖存需要輸出的8路繼電器輸出狀態，再經由ULN2803(IC15)驅動對應的繼電器(K1隻是16路中的一路)，二極管D1可以旁路繼電器K1在斷開的瞬間所產(chan) 生的反向電流，而並接在K1輸出接點上的壓敏電阻VZ1則可以吸收關(guan) 斷後級感性負載所產(chan) 生的反向電動勢，延長輸出繼電器觸點的壽命(見圖6)。
1.8 電源部分
電源模塊采用PI公司的開關(guan) 電源芯片，輸入範圍為(wei) AC/DC 80-270V，電源共有3路輸出，分別給CPU，繼電器驅動、通訊等部分電路提供電源。
2 軟件設計
軟件設計流程見圖7。
3 產(chan) 品結構特點及技術指標
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(liang) 路RS485接口，一路用於(yu) 通用參數的設置及調試，另一路用於(yu) 和上位機通訊。產(chan) 品頂端設有撥碼開關(guan) 窗口，可通過撥碼開關(guan) 設置產(chan) 品通訊地址和波特率。產(chan) 品符合JB/T10388-2002《帶總線通信功能的智能測控節點產(chan) 品通用技術條件》、GB/T7261-2000《繼電器及裝置基本試驗方法》和GB/T13729-2002《遠動終端設備》標準。
4 應用案例
以某配電係統為(wei) 例，1台ARTU-J16控製8路低壓饋線，CM1斷路器配電動機操作機構，一次方案見圖8(a)，控製方式見圖8(b)。啟停按鈕現場手動控製各回路斷路器的合、分閘，遙控單元通過通訊接口集中控製8路斷路器的工作狀態，實現斷路器就地與(yu) 遠程兩(liang) 地控製的工作模式。
5 結束語
ARTU-J16遙控單元於(yu) 2007年12月在國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心測試，符合相關(guan) 標準要求。該產(chan) 品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務大廈、內(nei) 蒙某煤礦等工程配電監控係統中得到應用，降低了投資成本，產(chan) 生了較好的社會(hui) 和經濟效益。
參考文獻
[1].任致程 周中. 電力電測數字儀(yi) 表原理與(yu) 應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4
[2].周中.電力儀(yi) 表在大型公共建築電能分項計量中的應用[J].現代建築電氣 2010. 6
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為(wei) 智能建築供配電監控係統
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