單片機(jī)綜合開關(guān)保護(hù)器

1、科技論壇中國科技信息2005年第15期CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONAug2005單片機(jī)綜合開關(guān)保護(hù)器詹林安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系252001摘要：介紹了煤礦隔爆開關(guān)綜合保護(hù)器的工作原理，針對開關(guān)過電流、斷相、短路、漏電保護(hù)，設(shè)計(jì)制作了以單片機(jī)Mcsl96Kc為控制核心的開關(guān)綜合保護(hù)器，并給出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；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(jī)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(hù)要求越來越高。煤礦井下大量使用中小型低壓交流電動(dòng)機(jī)，與其配套使用的隔爆型磁力啟動(dòng)器經(jīng)歷了幾個(gè)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(hù)。由于保護(hù)器件本身特性的分散性及整定不當(dāng)，使得保護(hù)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(jī)綜合保護(hù)器，在保護(hù)功能上有了較大的發(fā)展，除了過載、短路保護(hù)外，還增加了斷相和漏電閉鎖保護(hù)，但它大部分采用分立元件和傳統(tǒng)的保護(hù)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(fù)荷運(yùn)行等因素，使得井下電機(jī)的燒損依然比較嚴(yán)重。單片機(jī)綜合開關(guān)保護(hù)器，在以上兩種保護(hù)的基礎(chǔ)上，技術(shù)更加先進(jìn)、功能更加齊全、保護(hù)更加可靠。二、保護(hù)器的功能單片機(jī)開關(guān)綜合保護(hù)器簡介單片機(jī)綜合保護(hù)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(jí)。每種保護(hù)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(hù)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(shí))，電源電壓波動(dòng)范圍(75％一110％)Ue。保護(hù)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(hù)按反時(shí)限特性動(dòng)作，短路、斷相、欠壓和過壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間分別為01S，5s，4rain和5rain，漏電閉鎖動(dòng)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(dòng)機(jī)綜合

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

6、它由過載和短路信號(hào)檢測電路、斷相和不對稱短路信號(hào)檢測電路、電壓和漏電閉鎖信號(hào)檢測電路及電流整定值輸入和試驗(yàn)電路及鍵盤組成。②微機(jī)模塊電路微機(jī)模塊電路主要由CPU(80c196KC)、地址鎖存器、程序存儲(chǔ)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(dòng)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(bào)警。④通信電路選擇485總線，使保護(hù)器之間或和上位機(jī)之間通信距離達(dá)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(shí)現(xiàn)①系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖2軟件模塊圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)、循環(huán)掃描方式。根據(jù)保護(hù)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(jì)算出各級(jí)過載電流整定值并存人相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。A／D轉(zhuǎn)換模塊主要用來控制A／D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)，對每路輸入信號(hào)在每個(gè)循環(huán)采樣，采用軟件延時(shí)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并存人數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。在具體監(jiān)控中由定時(shí)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(dòng)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(jī)的運(yùn)行參數(shù)無法顯示，并且也不能互相間通信實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)控制。而單片機(jī)綜合保護(hù)器只要在以后的開關(guān)制造中增加一個(gè)顯示窗，而無需增加很多的硬件，充分利用單片機(jī)的內(nèi)部資源和靈活多變的軟件功能，便可完成電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和故障狀態(tài)的數(shù)字顯示以及聯(lián)機(jī)的控制，從而可大大提高保護(hù)器的性能價(jià)格比。參考文獻(xiàn)1，北京航空航天大學(xué)出版社出版Intel16位單片機(jī)》孫涵芳著127一一娃一一處一匝一繭萬方數(shù)據(jù)單片機(jī)綜合開關(guān)保護(hù)器單片機(jī)綜合開關(guān)保護(hù)器作者：詹

10、林作者單位：安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)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(xiàn)(1條)參考文獻(xiàn)(1條)1.孫涵芳Intel16位單片機(jī)相似文獻(xiàn)(10條)相似文獻(xiàn)(10條)1.會(huì)議論文張昌民.倉懷文89C51單片機(jī)DMA方式的一種高速采樣電路設(shè)計(jì)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(jī)和并行ADTLC5540設(shè)計(jì)的實(shí)用性強(qiáng)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(shí)鐘、存貯器的地址和寫信號(hào)當(dāng)數(shù)據(jù)采樣完畢時(shí)要自動(dòng)停止寫RAM然后把采樣結(jié)束信息傳遞給CPU.本電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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(shí)序作詳細(xì)介紹并用實(shí)例說明.2.會(huì)議

12、論文張軍.丁杰雄基于單片機(jī)的數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)2005本文介紹了一種采用運(yùn)放和達(dá)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(jī)ATmega16作為控制核心詳細(xì)分析了恒流源電路、單片機(jī)控制電路和AD及DA采樣控制電路.由于對采樣電阻阻值進(jìn)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(jī)進(jìn)行功率測量時(shí)的交直流采樣比較電子設(shè)計(jì)應(yīng)用2008(3)本文采用X

13、8051F系列單片機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對兩種采樣技術(shù)進(jìn)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(shí)采樣的單片機(jī)測量信號(hào)處理系統(tǒng)計(jì)量技術(shù)2005(7)本文從雙ADC同時(shí)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(jī)與兩個(gè)ADC串行采集

14、等電路和程序的設(shè)計(jì)使測量信號(hào)處理系統(tǒng)解決了大功率mΩ～μΩ量級(jí)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(jī)的等效采樣示波器設(shè)計(jì)電子技術(shù)應(yīng)用200329(5)介紹了基于單片機(jī)系統(tǒng)的精密時(shí)鐘發(fā)生電路對高頻信號(hào)(1MHz～80MHz)進(jìn)行等效采樣的方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(jī)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(jī)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(jì)和軟件框圖.7.會(huì)議論文丁雷.袁鑫基于FPGA和單片機(jī)的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)2008本文詳細(xì)的介紹了基于FPGA和單片機(jī)組成的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)，利用等效采樣原理，實(shí)現(xiàn)低速AD采集高速信號(hào)。主要以可編程邏輯器件FPGA進(jìn)行信號(hào)高速采集，單片機(jī)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(jì)實(shí)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(jī)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(shí)時(shí)采樣的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì)工程200917(6)基于數(shù)字示波器的基本原理以單片機(jī)和FPGA組成的最小系統(tǒng)為控制核心實(shí)現(xiàn)了普通示波器對被測信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)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(shí)時(shí)采樣和等效采樣兩種方式以不大于1Mss的AD轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)200MSs的等效采樣率對輸入1Hz～10MHzVpP為2mV～8V的信號(hào)進(jìn)行采樣處理并能進(jìn)行單次觸發(fā)自動(dòng)和存儲(chǔ)榆出波形.9.期刊論文田小林利用單片機(jī)80c196kc實(shí)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(jī)80c196kc為CPU對模擬信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣以及實(shí)現(xiàn)對采樣值回顯的問題.詳細(xì)介紹了測

18、頻軟件及電路的實(shí)現(xiàn)對等間隔采樣軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)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(dú)特之處做了細(xì)致的分析.10.期刊論文趙戰(zhàn)民.岳永哲.ZHAOZhanmin.YUEYongzhe利用SPCE061A單片機(jī)實(shí)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(gè)非常重要的部分為了達(dá)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