單片機綜合開關(guān)保護器

1、科技論壇中國科技信息2005年第15期CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONAug2005單片機綜合開關(guān)保護器詹林安徽理工大學(xué)計算機系252001摘要：介紹了煤礦隔爆開關(guān)綜合保護器的工作原理，針對開關(guān)過電流、斷相、短路、漏電保護，設(shè)計制作了以單片機Mcsl96Kc為控制核心的開關(guān)綜合保護器，并給出了設(shè)計中應(yīng)注意的幾點問題。關(guān)鍵詞：單片機；采樣；LCD；485一、前言隨著煤礦裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦機械化

2、、現(xiàn)代化程度的不斷提高，井下電器設(shè)備的使用量越來越大，對電器的保護要求越來越高。煤礦井下大量使用中小型低壓交流電動機，與其配套使用的隔爆型磁力啟動器經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展，長期以來一直使用的熔斷器和熱繼電器兩種保護。由于保護器件本身特性的分散性及整定不當，使得保護的可靠性極差，已陸續(xù)淘汰。后來研制并推廣使用的單片機綜合保護器，在保護功能上有了較大的發(fā)展，除了過載、短路保護外，還增加了斷相和漏電閉鎖保護，但它大部分采用分立元件和傳統(tǒng)的保護原

3、理，可靠性和穩(wěn)定性仍然較差，加之元件質(zhì)量不過關(guān)、維修人員素質(zhì)低、井下環(huán)境惡劣和過負荷運行等因素，使得井下電機的燒損依然比較嚴重。單片機綜合開關(guān)保護器，在以上兩種保護的基礎(chǔ)上，技術(shù)更加先進、功能更加齊全、保護更加可靠。二、保護器的功能單片機開關(guān)綜合保護器簡介單片機綜合保護器有4種規(guī)格，額定電流分別為200A、400A、500A、630A，用于各相應(yīng)的真空饋電開關(guān)中。其工作電壓為660V和1100V兩種等級。每種保護器插件相同，但面板數(shù)據(jù)不

4、同，與其電流互感器相對應(yīng)。保護器適應(yīng)于環(huán)境溫度為一5℃——65℃，海拔高度不超過2000m，相對濕度不大于95％(25℃時)，電源電壓波動范圍(75％一110％)Ue。保護器既可采用連續(xù)工作方式，也可采用斷續(xù)工作方式。過載保護按反時限特性動作，短路、斷相、欠壓和過壓保護動作時間分別為01S，5s，4rain和5rain，漏電閉鎖動作電阻值在660V和1100V系統(tǒng)下分別為llkQ和22kQ，漏電檢測電流小于1mA。l，硬件部分電動機綜合

5、保護器大都應(yīng)用在回采和掘進工作面，環(huán)境條件惡劣。為使保護器可靠、準確地工作，選用了技術(shù)先進、功能齊全、可靠性高的MCSl96系列單片機作為中央處理單元，再配以必要的外圍芯片，從而使整個裝置的電路簡單，易于實現(xiàn)，且具有集成度高，可靠性好等優(yōu)點。保護器的硬件電路由信號輸入模塊、微機模塊和輸出執(zhí)行模塊電路組成。①信號輸入模塊電路信號輸入模塊電路是主電路與微機模塊聯(lián)接的主要功能單元。這部分電路向單片機提供所需的各種信號，以判斷電動機的工作狀態(tài)。

6、它由過載和短路信號檢測電路、斷相和不對稱短路信號檢測電路、電壓和漏電閉鎖信號檢測電路及電流整定值輸入和試驗電路及鍵盤組成。②微機模塊電路微機模塊電路主要由CPU(80c196KC)、地址鎖存器、程序存儲器和復(fù)位電路等組成。③輸出執(zhí)行模塊電路輸出執(zhí)行模塊電路由驅(qū)動芯片、繼電器和用于操作，故障顯示的LCD顯示電路組成、語音芯片用于聲音報警。④通信電路選擇485總線，使保護器之間或和上位機之間通信距離達到1200米。采用MAX485芯片。見圖

7、1t■i舞4≥囊HA控■■mm■a群ttlln，‘)工l、l’嗣‘C—_耋盥船—，l‘rJ上。。。，I_””：I“；三一k。一J一n：國叫黜卜圖1硬件電路原理圈2程序的實現(xiàn)①系統(tǒng)軟件設(shè)計圖2軟件模塊圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊式結(jié)構(gòu)、循環(huán)掃描方式。根據(jù)保護器目前的使用環(huán)境和對控制的要求，全部程序從功能上可分為主程序、子程序和中斷程序。子程序又包括初始化模塊額定參數(shù)測量模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)字濾波模塊等。在子程序中，初始化模塊

8、完成系統(tǒng)的初始化，額定參數(shù)測量模塊完成對被控對象額定電流的測量，計算出各級過載電流整定值并存人相應(yīng)的存儲單元。A／D轉(zhuǎn)換模塊主要用來控制A／D轉(zhuǎn)換器的啟動，對每路輸入信號在每個循環(huán)采樣，采用軟件延時讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并存人數(shù)據(jù)存儲單元。在具體監(jiān)控中由定時器每隔10毫秒申請中斷一次，中斷程序流程如圖3②抗干擾措施煤礦井下干擾源是多方面的，有來自供電系統(tǒng)的干擾、空間電磁波輻射干擾、電氣設(shè)用方便。老式磁力啟動器圖3中斷處理由于客觀條件的限制，外殼上

9、都無顯示窗，使得電機的運行參數(shù)無法顯示，并且也不能互相間通信實現(xiàn)聯(lián)機控制。而單片機綜合保護器只要在以后的開關(guān)制造中增加一個顯示窗，而無需增加很多的硬件，充分利用單片機的內(nèi)部資源和靈活多變的軟件功能，便可完成電機運行參數(shù)和故障狀態(tài)的數(shù)字顯示以及聯(lián)機的控制，從而可大大提高保護器的性能價格比。參考文獻1，北京航空航天大學(xué)出版社出版Intel16位單片機》孫涵芳著127一一娃一一處一匝一繭萬方數(shù)據(jù)單片機綜合開關(guān)保護器單片機綜合開關(guān)保護器作者：詹

10、林作者單位：安徽理工大學(xué)計算機系232001刊名：中國科技信息英文刊名：CHINASCIENCETECHNOLOGYINFMATION年，卷(期)：2005，(15)引用次數(shù)：0次參考文獻(1條)參考文獻(1條)1.孫涵芳Intel16位單片機相似文獻(10條)相似文獻(10條)1.會議論文張昌民.倉懷文89C51單片機DMA方式的一種高速采樣電路設(shè)計2005采用高速的AD(如TLC5540)轉(zhuǎn)換從傳感器接收的數(shù)據(jù)往往存在高速AD轉(zhuǎn)換的

11、速度與低速智能管理的速度不匹配的問題.本文介紹一種用51單片機和并行ADTLC5540設(shè)計的實用性強的高速采樣電路.采樣使用DMA方式硬件電路產(chǎn)生AD轉(zhuǎn)換需要的時鐘、存貯器的地址和寫信號當數(shù)據(jù)采樣完畢時要自動停止寫RAM然后把采樣結(jié)束信息傳遞給CPU.本電路設(shè)計的特點是:數(shù)據(jù)線是公用RAM的地址線也是公用的RAM數(shù)據(jù)寫是DMA方式地址也由硬件產(chǎn)生RAM讀的地址是由CPU產(chǎn)生的.本文對該電路工作的原理和時序作詳細介紹并用實例說明.2.會議

12、論文張軍.丁杰雄基于單片機的數(shù)控恒流源設(shè)計2005本文介紹了一種采用運放和達林頓管構(gòu)成的數(shù)控恒流源電路.該系統(tǒng)采用Atmel公司高性能、低功耗的8位單片機ATmega16作為控制核心詳細分析了恒流源電路、單片機控制電路和AD及DA采樣控制電路.由于對采樣電阻阻值進行了軟件校正和電源濾波處理恒流源的輸出電流精度得到了極大的提高。3.期刊論文馮興田.劉靜基于C805IF單片機進行功率測量時的交直流采樣比較電子設(shè)計應(yīng)用2008(3)本文采用X

13、8051F系列單片機應(yīng)用交、直流采樣技術(shù)利用軟、硬件結(jié)合構(gòu)成系統(tǒng)實現(xiàn)了對電壓、電流、功率以及功率因數(shù)等電氣參數(shù)的測量.通過實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果對兩種采樣技術(shù)進行了比較分析.4.期刊論文曹作群.許穎.陶麗君.盧軍.CaoZuoqun.XuYing.TaoLijun.LuJun基于雙ADC同時采樣的單片機測量信號處理系統(tǒng)計量技術(shù)2005(7)本文從雙ADC同時采樣可以消除測試電流的誤差和漂移對測量結(jié)果的影響出發(fā)通過對單片機與兩個ADC串行采集

14、等電路和程序的設(shè)計使測量信號處理系統(tǒng)解決了大功率mΩ～μΩ量級直流電阻器傳統(tǒng)的量值傳遞方法和電阻測量方法中存在的問題.5.期刊論文張玘.王艷玲.扈嘯基于單片機的等效采樣示波器設(shè)計電子技術(shù)應(yīng)用200329(5)介紹了基于單片機系統(tǒng)的精密時鐘發(fā)生電路對高頻信號(1MHz～80MHz)進行等效采樣的方法設(shè)計并實現(xiàn)一個模擬帶寬為1Hz～80MHz的簡易數(shù)字示波器.6.期刊論文婁建安.馮長江基于80C196KC單片機的智能煙塵測試儀電子技術(shù)應(yīng)用1

15、99925(4)皮托管平行采樣法是煙塵采樣中采樣精度最高的一種方法.介紹一種以80C196KC單片機為核心、采用皮托管平行采樣法的智能煙塵測試儀闡述了其工作原理、硬件電路設(shè)計和軟件框圖.7.會議論文丁雷.袁鑫基于FPGA和單片機的數(shù)字示波器設(shè)計2008本文詳細的介紹了基于FPGA和單片機組成的數(shù)字示波器設(shè)計，利用等效采樣原理，實現(xiàn)低速AD采集高速信號。主要以可編程邏輯器件FPGA進行信號高速采集，單片機對采集數(shù)據(jù)整理輸出，以及各種外圍電

16、路輔助完成。本設(shè)計實現(xiàn)簡單，對AD要求不高，成本較低。在本系統(tǒng)中，完成了FPGA與單片機的通信，很好地解決了高速采集與精確控制之間的矛盾。結(jié)果表明這種方法行之有效。8.期刊論文劉憲力.特日格樂.張清.LIUXianli.Terigele.ZHANGQing基于等效和實時采樣的數(shù)字示波器設(shè)計電子設(shè)計工程200917(6)基于數(shù)字示波器的基本原理以單片機和FPGA組成的最小系統(tǒng)為控制核心實現(xiàn)了普通示波器對被測信號的采樣、存儲與回放并且增加了

17、等效采樣和采樣保持功能極大地提高了系統(tǒng)的測量范圍.該系統(tǒng)具有實時采樣和等效采樣兩種方式以不大于1Mss的AD轉(zhuǎn)換實現(xiàn)200MSs的等效采樣率對輸入1Hz～10MHzVpP為2mV～8V的信號進行采樣處理并能進行單次觸發(fā)自動和存儲榆出波形.9.期刊論文田小林利用單片機80c196kc實現(xiàn)等間隔采樣及采樣值的回顯現(xiàn)代顯示2004(4)本文主要介紹以單片機80c196kc為CPU對模擬信號進行等間隔采樣以及實現(xiàn)對采樣值回顯的問題.詳細介紹了測

18、頻軟件及電路的實現(xiàn)對等間隔采樣軟件實現(xiàn)進行了詳細論述詳盡討論了對于MG128642液晶顯示器的電路連接與軟件控制方法對MG128642液晶顯示器應(yīng)用的獨特之處做了細致的分析.10.期刊論文趙戰(zhàn)民.岳永哲.ZHAOZhanmin.YUEYongzhe利用SPCE061A單片機實現(xiàn)的兩次采樣AD轉(zhuǎn)換科學(xué)技術(shù)與工程20077(12)在測量領(lǐng)域中AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換是一個非常重要的部分為了達到精度比較高的轉(zhuǎn)換效果往往選擇位數(shù)較高的AD轉(zhuǎn)換器這樣容易