基于ARM微处理器的电力开关柜智能操控装置设计.pdf
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1、铷I 匐 似 基于A R M微处理器的电力开关柜智能操控装置设计 Desi gn o f i n t el l i gent oper a t i on and cont r ol devi ce b ased on ARM m i cr ocont r ol l er f or s w i t chgear 钟旭 ,李飞燕 ZHONG Xu L l F e i y a n ( 广东技术师范学院 电子与信息学院,广州 5 1 0 6 6 5 ) 摘要;利用3 2 位A R M微处理器AT 9 1 S AM7 A3 及多功能电能计量专用芯片AD E 7 7 5 8 设计了一种电力开 关柜操控装置
2、。该装置不仅能够准确采集电流、电压等参数 ,还能模拟显示一次接线图,指 示断路器、手车、接地开关的位置以及联锁的状态;对柜内温湿度可自行调节;具有语音防 误操作提示及远方 本地操作功能。手车进出操作采用了模糊PID 控制。应用结果显示了该方 案的有效性和实用性。 关键词:A R M微处理器A T 9 1 S AM7 A3 ;AD E 7 7 5 8 ;智能操控装置 ;开关柜;手车;模糊P I O 控制 中图分类号:T M7 6 2 ;T P 2 7 3 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 9 -0 1 9 4 ( 2 0 1 2 ) 0 7 ( 上) - o l 3 5 - 0 3 D o
3、i : 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 2 7 ( 上 ) 4 1 0 引言 近年来 ,随着我国输配电行业向着数字化、智 能化、集成化、网络化方向的快速发展,对电力开 关设备的操作与控制 ,也提出了许多新的、更高的 要求。目前 ,市场上所用开关柜智能操控装置存在 以下缺点:1 )采用 8 位或 1 6位单片机设计 ,外围 器件多 ,可靠性及安全性较低。2 )多功能电力仪 表与操控装置各 自独立安装使用 ,造成 系统功能重 叠,接线 复杂,成本高。3 )手车 自动进出易出现 堵转现象 ,调节效果难以满足现场要求。 针 对 以上 问题 ,本
4、 文 利 用 3 2位 AR M 微 控 制 器 A T 9 1 S AM7 A3及 三 相 电 能 专 用 计 量 芯 片 ADE 7 7 5 8设计 了一种智能操控装置 。在不额外增 加 成本的基础上 ,大大改善了系统性能,扩充 了 功能 ,有效弥补了以往 同类产品的不足。 1 对操控装置功能要求 开关柜是一种根据不同用途配 电接线方案 , 将 一 、二次设 备组装在 柜 中的高压成 套配 电装置。 为满 足配 电要求,操控装置需要根据开关柜接线 方案 完成如下功能 : 1 )能够动态模拟 出一次 系统 图; 2 )根据工作情况实时显示断路器 、手车及接 地 开关位置、联 锁状态 ; 3
5、)动态显示 电压 、电流 等 电力参数值 ; 4 )断路器手车进出控制准确平稳 ; 5 )能够进行断路器分合 闸、接地开关分合闸、紧 急分 闸、解锁操作及 柜内照 明; 6 )能够对柜 内温 湿度进行 自动调节 ; 7 ) 能够进行就地 远程操控开 关设备 。此外 ,装 置在操作上应 直观 明了,简单 方便 ,如采用液晶显示器和菜单提示等。 2 操控装置的设计 2 1 装置整体结构及工作原理 根据上述要求 ,设计 了结构如 图 1 所 示操控 系统 。 丽磊 露尔 电 流 传 藤 器 ARM 处理器 包流输 图 1 系统 结构框 图 为充分发挥硬件功能 ,节 约成本,又减少开 关柜 接线,本装
6、置将多功能电力仪 表与操控装置 设 计为一体 。系统 主控芯 片采用 由 A T ME L公 司 开 发 的 内 嵌 AR M7 T DMI 的 3 2位 A R M 微 控 制 器 A T 9 1 S A M7 A3 。其 片 内 除 具 有 A R M7内核 的 ARM 7 T D MI 外 , 还 集 成 了 2 5 6 K B F l a s h R OM、 3 2 K B S R AM,另有 6 2个 多功能复用的 I O端 口, 9个 1 6位 可 独 立 编 程 的定 时 计 数 器 通 道,多 个 中断源 ( 8个 中断优先级 ) ,3个增强型全双工 US AR T,2个支持
7、C A N2 0 B的 C A N控制器 ,2个 高速 S P I 串口,带 I 2 C和 US B 2 0接 口,片 内有振 荡器 和看 门狗 电路。由于片 内资源丰富且存储容 量大 ,因而不需要再扩展存储 器等外围电路 ,极 收稿日期:2 0 1 2 - 0 1 -1 2 作者简介:钟旭 ( 1 9 6 4 一),男,副教授,研究方向为检测及智能控制、数控机床改造及故障诊断。 第3 4 卷第7 期2 0 1 2 7 ( 上 ) 1 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务1 lI5 化 大简化了硬件。 电力信号检测选用 A DI 公 司开发的 A DE 7
8、 7 5 8 。 它是一款内嵌 DS P的三相 电能专用计量芯片 ,内 部集成 了 6路 2阶- A A D转换器 ,带有一个 S P I 串行通讯接 口,两路脉冲输出。采用数字校准 技术 ,可通 过 S P I 接 口完成对芯 片的设 置、电量 数据的传输及校准。内有温度传感器 ,单 5 V供电, 低功耗 ,适用于三相三线和三相四线电力系统中。 操控装置 的工作主要 由三部分组成 ,即模拟 量 、开关量数据采集 、开关设备控制和数据通信。 系统所 测参数 除电力参 数外,为 防止 由于柜 内高温或凝 露造成 安全事故 ,对柜内的温 湿度进 行了测量和调节 。可根据用户要求设 置温 湿度上 下
9、限 ,系统实时采 集温湿度值 ,判断是否超限并 启动降温除湿操作。此外 ,还需要实时采集显示 开关、手车的状态。 应用模糊 P I D控制算法 ,通过 检测操 作过程 中电机 电流大小来判断手车进出的受力状况 ,并 适时调整 电机工况 ,使 自动操作 的全过程处于精 确控制之下 ,解决了传统控制模式下 只判断到位 信号 而无法具体控制操作过程的弊病,大大降低 了电动执行机构堵转风险。 本装置 与上位机 采用基 于 MO DB US R T U规 约的 R S 4 8 5串行方式进行通讯 ,对开关设 备实施 远程操控 。 根据现场环境状况及装置所完成 的功能 ,输 入输出通道均进行光电隔离,并增
10、加 了滤波电路。 微处理器 、输入回路、输 出回路 、执行单元全部 采用单独 的、相互隔离的电源回路。这些措施有 效 防止 了由于干扰信号而引起 断路器误动作或拒 动作现象 ,提高 了系统整体抗干扰能力。 2 -2 主控模块设计 该模块 主要 完成开关柜 中手 车进 出车操 作、 断路器和接地 开关分合闸操 作、紧急分 闸、解 锁 操作以及柜内照明等。 A T 9 1 S A M7 A3在发出各种控制命令之前 ,巡 回检测开关柜状 态信 号,并判断各开关动作 发生 所需要的开关柜的相关状 态与条件 是否满足 ,如 果条 件全部 满足 ,C P U则下 发相关 的控 制命令 ; 若条件不满足 ,
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