基于以太网通信的断路器智能控制器设计

　　0　引言

　　断路器是配电系统中的一种重要的控制电器和保护电器,断路器的智能操作是断路器智能化发展过程中的一个全新的概念[1]。智能控制器是实现断路器智能操作的核心部件,其基本任务是通过对电网参数的采集和处理来给出相应的控制信息。随着通信技术和网络技术在配电系统中的应用,以及工业控制网络化的发展,对现场智能断路器信息管理提出了网络化的要求,实现现场级的Ethernet/Internet通信成为断路器智能控制器的发展趋势[2]。

　　文中从实际应用出发,在实现断路器智能控制器各种选择性保护、显示、故障记录、自诊断、试验以及控制等功能的基础上,提出一种内嵌以太网接口的新型断路器智能控制器设计方法。

　　1　智能控制器总体结构设计

　　智能控制器的总体结构如图1所示。电压互感器和电流互感器分别检测供电线路中的电压和电流信号,并将其转换为模拟电路可处理的电平信号,经过调理电路的采样、滤波、放大等处理,送入中央处理器芯片TMS320F2812自带的A/D转换模块[3],从而转换为数字信号供TMS320F2812进行运算和处理,运算结果与整定值比较,输出符合预设保护特性的逻辑电平信号,这些信号经放大后可直接驱动脱扣执行机构,使断路器动作。各种故障保护的动作电流和时间整定值通过液晶显示和键盘设定,并预先存储在Flash中。为了状态的快速检测和输出执行信号的可靠性,设计由CPLD完成状态量的监测与状态信号的输出。同时,通过以太网控制器来实现系统与远端监控中心的以太网通信。

　　2　以太网接口硬件设计

　　该设计采用以太网控制器RTL8019AS与TMS320F2812相连,通过网络隔离器后,接入以太网中。RTL8019AS是一种兼容NE2000的高度集成的以太网控制器,它实现了以太网的媒介访问层和物理层的功能,包括MAC数据帧的组装/拆分与收发、地址识别、CRC编码校验、曼彻斯特编解码、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、链路完整性检测、信号极性检测与纠正等[4]。

　　RTL8019AS的外部总线符合ISA标准,它与主控制器有3种接口模式,即PnP模式、RT模式和跳线模式,在文中采用便于DSP应用的跳线模式来选择I/O端口和中断。智能控制器以太网硬件接口电路图如图2所示。

　　对以太网硬件接口电路图说明如下:

　　(1 )由于TMS320F2812的总线电平为3·3 V,而RTL8019AS的接口电路为5 V,故二者接口需要使用电平转换器,这里使用了74LVT16245和74LVX4245来实现转换。

　　(2)RTL8019AS具有20根地址线,主要是为了读/写自举ROM,但其I/O端口地址只有32个,对于使用I/O方式来说, 5根地址线已足够。