基于C8051F041的電力變壓器非電量保護(hù)裝置

軟件方面，能實(shí)時(shí)地讀取端口狀態(tài)。其硬件措施如下：采用電阻實(shí)現(xiàn)前端光電二極管的限流，當(dāng)任何一路瓦斯繼電器動(dòng)作時(shí)，其端口便會(huì)短路。瓦斯信號(hào)處理模塊電路原理圖如圖4所示。MCU模塊只需要定時(shí)實(shí)時(shí)采集即可監(jiān)測(cè)瓦斯繼電器的狀態(tài)。

3.4 調(diào)壓檔位監(jiān)測(cè)及輸出

調(diào)壓檔位狀態(tài)信號(hào)的輸出選用單刀常開(kāi)型繼電器。調(diào)壓檔位狀態(tài)信號(hào)以BCD碼的形式從控制的繼電器輸出。由單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)至低速光耦TLP521，光隔離后控制三極管TIP42的導(dǎo)通來(lái)控制繼電器的通斷。

3.5 電源模塊

為了使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，電源模塊是至關(guān)重要的部分。在本系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)中，采用了多級(jí)濾波以及抗干擾措施。鑒于變壓器現(xiàn)場(chǎng)中高壓環(huán)境的存在，以及變壓器現(xiàn)場(chǎng)容易引雷的問(wèn)題，在系統(tǒng)中還加入了多級(jí)抗雷擊保護(hù)功能，防止感應(yīng)雷在電源線上造成的高壓竄入控制系統(tǒng)引起控制系統(tǒng)的損壞。

3.6 通信模塊

為了防止外界干擾，首先采用高速光耦將單片機(jī)的UART口和RS-485通信器件隔離，單片機(jī)和RS-485通信器件單獨(dú)供電，這樣由通信線路從外界引入的干擾將止于高速光耦處，不會(huì)從光耦進(jìn)入單片機(jī)，大大提高了單片機(jī)的穩(wěn)定性。

同時(shí)，C8051F04x系列器件具有控制器局域網(wǎng)(CAN)控制器，采用CAN協(xié)議串行通信。在此控制器基礎(chǔ)上，外加兩個(gè)高速通信光耦隔離，然后再連接至CAN總線物理層收發(fā)器。

3.7 系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

本系統(tǒng)主要采用串模干擾及其抑制、共模干擾及其抑制、CPU抗干擾技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇

綜合考慮主變壓器非電量保護(hù)系統(tǒng)的高實(shí)時(shí)性、多任務(wù)多線程、C8051F041的硬件條件和實(shí)際可操作性，最后確定以51系列μC／OS-II的小型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)控制的運(yùn)行平臺(tái)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行主變非電量的智能實(shí)時(shí)測(cè)控保護(hù)。

綜合考慮本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，總結(jié)出了十大任務(wù)可供系統(tǒng)調(diào)用：瓦斯檢測(cè)任務(wù)、溫度檢測(cè)任務(wù)、有載分接頭檢測(cè)任務(wù)、開(kāi)關(guān)量輸出任務(wù)、信息顯示任務(wù)、鍵盤(pán)檢測(cè)任務(wù)、CAN總線通信任務(wù)、RS-485總線通信任務(wù)、恒流源輸出調(diào)整任務(wù)以及恒壓源輸出調(diào)整任務(wù)。

在這些任務(wù)中，瓦斯檢測(cè)任務(wù)、溫度檢測(cè)任務(wù)、有載分接頭檢測(cè)任務(wù)、開(kāi)關(guān)量輸出任務(wù)、信息顯示任務(wù)、恒流源輸出調(diào)整任務(wù)、恒壓源輸出調(diào)整任務(wù)均沒(méi)有外部中斷啟動(dòng)條件，因此，這些任務(wù)都作為時(shí)鐘實(shí)時(shí)定時(shí)任務(wù)。鍵盤(pán)輸入的檢測(cè)也是由時(shí)鐘實(shí)時(shí)定時(shí)任務(wù)來(lái)完成。CAN總線通信任務(wù)和RS-485總線通信任務(wù)是由外部中斷觸發(fā)啟動(dòng)或者內(nèi)部事務(wù)主動(dòng)調(diào)用啟動(dòng)。

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)編譯環(huán)境采用KeilμVision3，它是Keil Software公司最新出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。Keil μVision3本身最初的目的是為ARM設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，而ARM上面一般均為運(yùn)行操作系統(tǒng)。

4.2 軟件算法

本系統(tǒng)的軟件算法主要涉及到溫度監(jiān)測(cè)、瓦斯監(jiān)測(cè)、有載分接開(kāi)關(guān)監(jiān)控、鍵盤(pán)顯示控制、通訊控制、系統(tǒng)調(diào)度控制。

溫度監(jiān)測(cè)和瓦斯監(jiān)測(cè)將作為一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘中斷驅(qū)使任務(wù)，可定時(shí)實(shí)時(shí)完成；有載分接開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)也作為一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘中斷驅(qū)使的任務(wù)，定時(shí)實(shí)時(shí)完成；供顯示任務(wù)和通信任務(wù)調(diào)用；鍵盤(pán)顯示控制中共有4個(gè)按鍵，先由2個(gè)I／O口掃描輸出，然后再由2個(gè)I／O掃描輸入，確定按鍵是否按下；通訊控制算法主要是解決通訊任務(wù)的啟動(dòng)方式，分為實(shí)時(shí)中斷啟動(dòng)和隨機(jī)中斷啟動(dòng)兩種方式；系統(tǒng)調(diào)度控制的作用是對(duì)上述幾個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和分配，同時(shí)也承擔(dān)系統(tǒng)各控制參數(shù)的修改、控制和檢測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

新型主變壓器集成式非電量智能測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)了“集成化”和“智能化”。其硬件電路采用C8051F041混合信號(hào)型MCU作為控制器的核心，從而大大降低了整個(gè)測(cè)控裝置的功耗和體積，提高了實(shí)時(shí)控制能力。軟件設(shè)計(jì)上，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為平臺(tái)，并在其基礎(chǔ)上快速、良好而又實(shí)時(shí)地運(yùn)行各種檢測(cè)和顯示任務(wù)，達(dá)到了智能化和實(shí)時(shí)性的目的。


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