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          基于PIC單片機(jī)的智能型漏電繼電器的設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2012-10-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          是一種可在被保護(hù)線路電流達(dá)到設(shè)定值后切斷被保護(hù)線路供電電源的保護(hù)裝置,在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用,是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)突破了傳統(tǒng)的數(shù)字式保護(hù),出現(xiàn)了以微處理器為核心的智能保護(hù)[1-2]。本文利用18F6585型了一款繼電器,具有自診斷、故障記錄、數(shù)據(jù)通信等多種功能,為故障分析提供便利,且具有較高的可靠性。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/170753.htm

          1 系列特點(diǎn)

          18F6585是由Microchip公司開發(fā)、研制和生產(chǎn)的PIC系列,該系列單片機(jī)的技術(shù)性能具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]:

          (1)哈佛總線結(jié)構(gòu)。PIC系列單片機(jī)在架構(gòu)上采用了與眾不同的哈佛總線結(jié)構(gòu),在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離,并且采用不同的寬度,便于實(shí)現(xiàn)指令提取、流水作業(yè)和全部指令的單字節(jié)化、單周期化,從而有利于提高CPU執(zhí)行指令的速度,并能確保數(shù)據(jù)的安全性。

          (2)精簡指令集(RISC)技術(shù)。指令系統(tǒng)只有35條指令,容易學(xué)習(xí)、記憶、理解,也給程序的編寫、閱讀、調(diào)試、修改、交流帶來了極大的便利,可謂易學(xué)好用。

          (3)尋址方式簡單。只有寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址4種尋址方式,比較容易理解與掌握。

          (4)運(yùn)行速度高。由于采用了哈佛總線結(jié)構(gòu),指令的讀取和執(zhí)行采用流水作業(yè)方式,使得運(yùn)行速度大大提高。PIC系列單片機(jī)的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他相同檔次的單片機(jī),在所有8 bit單片機(jī)中,PIC系列單片機(jī)是目前世界上運(yùn)算速度最快的品種之一。

          (5)功耗極低。其I/O口驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力較強(qiáng),每個(gè)端口輸入和輸出電流的最大值可達(dá)25 mA,可直接驅(qū)動(dòng)LED、光耦或微型繼電器。

          (6) PIC18F6585芯片具有ADC、I2C和SPI串行總線端口等,并有外接電路,簡潔、開發(fā)方便,可用C語言編程,程序保密性強(qiáng)等特點(diǎn)。

          2 繼電器硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

          (1)硬件結(jié)構(gòu)

          漏電繼電器的CPU中采用了PIC18F6585芯片,漏電信號(hào)的檢測由零序電流互感器來完成,它可將檢測到的被保護(hù)線路的漏電電流轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的交流電壓信號(hào),再通過信號(hào)整流、放大和濾波得到一個(gè)直流電壓,配合相應(yīng)的控制電路來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行回路,以實(shí)現(xiàn)切斷保護(hù)線路供電電源的控制目的。實(shí)現(xiàn)過程是:信號(hào)檢測→濾波→二級(jí)放大→控制電路→驅(qū)動(dòng)執(zhí)行回路→切斷被保護(hù)線路電源,其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

          圖1中各部分功能分別為:

          ①零序電流互感器回路。本裝置的電流互感器采用高性能的坡莫合金作為鐵芯的磁性材料,以確保電流互感器輸出在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性。

          ②信號(hào)處理。影響系統(tǒng)可靠性的因素主要是線路工頻奇數(shù)倍諧波電流,故本電路采用一組有源低通濾波器,該濾波器主要濾去奇次諧波交流分量,然后進(jìn)行交直流變換處理,以確保漏電繼電器的正確動(dòng)作。

          ③CPU。這是本裝置的核心部件,PIC18F6585主要包括FLASHROM、RAM、TM2RX、A/D轉(zhuǎn)換、串行通信等,是整個(gè)系統(tǒng)的中央處理單元,系統(tǒng)的取指、判斷、執(zhí)行都由它完成。其中、A/D轉(zhuǎn)換器為10 bit轉(zhuǎn)換器,20 MHz主頻時(shí),其一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為16μs;FlashROM、RAM為存儲(chǔ)空間,用來存放程序和數(shù)據(jù)。

          ④數(shù)碼顯示及操作回路。數(shù)碼顯示用來顯示線路漏電流和系統(tǒng)跳閘的延時(shí)時(shí)間,主要由數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路和LED數(shù)顯構(gòu)成,執(zhí)行回路主要由光電隔離及繼電器驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。

          ⑤串行通信接口電路。采用MAXIM公司的MAX422擴(kuò)展出串行通信口。

          ⑥人機(jī)接口電路。人機(jī)接口電路主要完成保護(hù)整定值及系統(tǒng)延時(shí)跳閘時(shí)間的設(shè)定。

          ⑦電源電路。為單片機(jī)系統(tǒng)提供工作電源,其中有一組為隔離電源。

          (2)繼電器工作原理

          系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行后,系統(tǒng)設(shè)置TMR0定時(shí)中斷,每2 ms產(chǎn)生一次定時(shí)中斷信號(hào),單片機(jī)響應(yīng)這個(gè)中斷信號(hào),轉(zhuǎn)入中斷處理子程序。中斷處理子程序判斷是RB口中斷,還是TMR0中斷,然后分別調(diào)用定時(shí)中斷A/D處理子程序或鍵盤處理子程序。系統(tǒng)把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與預(yù)定的整定值比較,如果大于整定值,則進(jìn)行跳閘、事故報(bào)警等處理。所有結(jié)果都送主程序顯示。

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