变压器智能保护模块的软件设计.ppt

变压器智能保护模块的软件设计 制作人赵红亮班级自动化063指导老师梁云朋 论文大纲 一 系统原理二 主控模块三 电量测量及温度测量模块四 输入输出模块五 反时限过流保护模块 一 系统原理 1 系统组成模块本设计采用模块设计的设计思想 分为电量测量模块 传感器模块 时钟模块 报警切闸模块 显示模块及键盘模块等 系统总体结构图 2 系统工作原理过负荷保护功能 当系统检测到变压器的工作电流大于1 1倍其额定电流时 就会启动延时切闸流程 并且记录过负荷时间和原因 油温监控功能 实时检测变压器的工作油温 报警温度定为油温80 达到100 时切闸并记录故障信息 自动重合闸功能 切断负载后计时15秒 如果电流降到额定电流下 自动控制接触器吸合 将负载接到变压器 这时如果负载电流又达到切闸条件 油温高于80C 又要切闸 系统在1分钟内如果出现三次重合闸就会永久切闸 等待人工处理 这种状况说明负载一直处于过载状态且没有减小的趋势 每次切闸要将故障状态 过载电流及油温等写入数据存储器中以备查阅 系统总体流程图 二 主控模块 设计中选用了ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为系统的主控机 AT89S52是一种低功耗 高性能微控制器 具有以下功能特性 8k字节Flash 256字节RAM 32位I O口线 看门狗定时器 2个数据指针 三个16位定时器 计数器 一个6向量2级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 AT89S52的引脚结构 三 电量测量及温度测量模块 1 电量测量模块电量测量模块采用电量测量芯片ATT7026进行电量测量 能实时测量电流 电压 功率等电量 ATT7026提供一个SPI接口 方便与外部MCU之间进行计量参数以及校表参数的传递 所有计量参数都可以通过SPI接口读出 有效值测量 通过对电流 电压采样值进行平方 开方以及数字滤波等一系列运算得到 电压有效值测量电流有效值测量 2 软件较表设计 1 电流增益校正IgainA IgainB IgainC在Igain 0时 标准表上读出实际输入电流有效值Ir 通过SPI口读出测量电流有效值寄存器的值为DataI已知 实际输入电流有效值Ir测量电流有效值Ic DataI Igain Ir Ic 1如果Igain 0 则Igain INT Igain 否则Igain 0 则Igain INT Igain 2 23 2 10 2 23 2 24 2 23 2 电压增益校正 UgainA UgainB UgainC在Ugain 0时 标准表上读出实际输入电压有效值Ur 通过SPI口读出测量电压有效值寄存器的值为DataU 已知 实际输入电压有效值Ur测量电压有效值Uc DataU 计算公式 Ugain Ur Uc 1如果Ugain 0 则Ugain INT Ugain 否则Ugain 0 则Ugain INT Ugain 2 23 2 10 2 23 2 24 2 23 3 测温系统 1 温度读取流程CPU对DS18B20的访问流程是 先对DS18B20初始化 再进行ROM操作命令 最后才能对存储器进行数据操作主机控制DS18B20完成温度转换的过程 根据DS18B20的通讯协议 须经三个步骤 每一次读写之前都要对DS18B20进行复位 复位成功后发送一条ROM指令 最后发送RAM指令 这样才能对DS18B20进行预定的操作 DS18B20温度读取流程图 2 软件设计思路 a 初始化主机总线t0时刻发送复位脉冲 最短为480us的低电平信号 接着在tl时刻释放总线并进入接收状态 DSl8B20在检测到总线的上升沿之后等待15 60us 接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲 低电平持续60 240us b 写时间隙当主机总线t0时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙 从t0时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上 DSl8B20在t0后15 60us间对总线采样 若低电平 写入的位是0 见下页图2 10 若高电平 则写入的位是1 见下页图2 11 连续写2位间的间隙应大于1us 写0时序图写1时序图 c 读时间隙 主机在t0时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平17us 之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙 读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效 t2距t0为15us 也就是说t2时刻前主机必须完成读位并在t0后的60us 120us内释放总线 读 0 1 时序图 四 输入输出模块 1 液晶显示模块本设计中用到的LCD1602是常用的16字2行的字符型通用液晶模块 本软件编写的总体思路是 在液晶显示器的固定位置显示特定字符 同时把转换后的时钟 温度及电量数据经过查表显示在相应的位置 这样程序可分为时钟显示 温度显示及电量显示几个大模块 具有调用灵活 后期修改方便等特点 液晶显示流程图 2 时钟模块 本设计采用DS1302时钟芯片实时提供时间对芯片的写入或读出操作都是由命令字节为引导的 对于单字节操作 每次需要16个时钟 对于时钟 日历多字节突发模式操作 每次需要72个时钟 而对于RAM多字节突发模式操作 每次则需要256个时钟DS1302驱动程序的编程要严格按照DS1302的工作时序来进行编程 时钟读取流程图 3 故障存储模块 在变压器智能保护模块的设计中 常常希望对输入的数据能够在断电的情况下长久保存 以备以后故障查询 本设计中采用AT24C04芯片来完成 AT24C04的地址是一个8位二进制数 其格式为 其中 A2 A1 P0为引脚地址 其数值由连接电路决定 当接电源时取 1 接地时取 0 R W为数据方向位 当R W 1时 表示从AT24C04中读取数据 当R W 0时 表示向AT24C04中写入数据 五 反时限过流保护 要保证变压器能安全 稳定的运行 必须设计好变压器工作时间及切闸程序 我们这里采用了反时限过流保护策略 即过载电流越大允许的过载时间越短具体编程思想 1 采集电流 温度数据 判断是否过载 若过载 记下当前时间作为起始过载时间 下一个采样时刻转向2 若不过载 下一采样时刻继续执行1 2 采集电流 温度数据 判断是否过载 若不过载 起始过载时刻清零 下一个采样时刻转向1 若过载 由当前采样电流 温度通过查表得到允许过载的时间 然后用当前时间减去起始过载时间 结果若小于允许过载时间 下一采样时刻继续执行2 结果若大于 等于允许过载时间 就切闸 小结 本论文以可靠的AT89S52单片机为主控机 外围部件主要采用精度较高的数字温度测量芯片DS18B20 实时测量变压器油温 并将测得的温度值传送给AT89S52 采用高精度三相电能专用计量芯片ATT7026实时监测电流和电压值 当电流过载时运用反时限算法算得允许过载时间来实现变压