低压智能断路器的研究与设计.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 本科毕业论文（设计、创作）题目： 低压智能断路器的研究与设计 学生姓名： 学号：0801002115 所在系院： 专业： 入学时间： 2010年 9 月导师姓名： 职称/学位：副教授/博士 导师所在单位： 完成时间：2014年 6 月安徽三联学院教务处 制【精品文档】第 17 页低压智能断路器的研究与设计摘要：论文阐述使断路器智能控制的技术，设计控制单元使之达到智能化。其意义使之达到智能保护的效果，主要是设计控制单元的硬软件。 在本文中，分析断路器的原理和相关算法，确定单片机及其功能单元周围的原则，全面的硬件设计后，对系统的软件设计，实现断路器

2、智能。对短路、过载和接地等故障的相关参数进行实时检测。叙述它紧要功能模块相关原则、设计方案，智能控制重点是C8051单片机，因为它是核心处理器，其任务是对数据进行收集、对故障线路进行保护，从而达到断路器自动控制的效果。软硬件设计是以模块化和开放性为原则的。硬件的串行芯片采用标准化和模块化，还留下空间，为今后的扩大提供条件；而软件选用层次化、多任务原则，提升软件系统灵活性、可移植性。关键词：断路器； 智能控制器； 过流保护；Research and design of low-voltage circuit breaker intelligentAbstract:Paper describes

3、the technology of circuit breaker intelligent control, intelligent control unit to design. The effect of its significance to intelligent protection, main is hard for the design of the control unit software. In this article, analyzed the principle of circuit breaker and relevant algorithm, determine

4、the single chip microcomputer and its functional units around the principle, the hardware design of a comprehensive, the software of the system design and realization of intelligent circuit breaker. For short circuit, overload, and earthing fault operation related parameters, such as the real-time d

5、etection. Describe its important function modules related principle and design scheme of intelligent control with a focus on the C8051 singlechip, because it is the core processor, its task is to collect data, the fault line protection, so as to achieve the result of automatic control circuit breake

6、r. The hardware and software design based on modular and open principles. Using standardized and modular hardware serial chip, but also leave a space, provide the conditions for future expansion. And hierarchical, multitasking software chooses principle, improve software system flexibility and porta

7、bility.Key words : circuit breaker; intelligent controller; overcurrent protection；目录1 绪论11.1课题研究的意义与目的11.1.1课题研究的意义11.1.2课题研究的目的21.2智能断路器在国内外发展的现状22 智能低压断路器的原理及理论分析42.1低压智能断路器控制单元的算法分析42.1.1电压、电流的计量42.1.2电网频率、功率因数及功率的计量52.2保护的原理及实现52.2.1过电流保护特性曲线的运用62.2.2保护的实现63 智能低压断路器的硬件设计83.1硬件设计准则83.2智能控制器的硬件电路

8、设计83.3嵌入式片上系统93.3.1 C8051系统单片机93.3.2数据采集模块104 智能低压断路器的软件设计124.1软件设计概述124.2主要程序设计124.3定时采样154.4键盘程序设计154.5故障处理174.6自检程序设计18结论20致谢21参考文献221 绪论1.1 课题研究的意义与目的1.1.1 课题研究的意义随着电力工业的发展，各种功能的电力线保护装置也应运而生，并得到迅速发展。这种保护电路的原理是电流或功率超过一定的基于时间限制，自动切断电源线实现保护负载。电路断路器是电力系统中最重要的设备之一，主要是用于电路交换的各种继电保护系统，判断线路是否正常运行，若出现故障，

9、则供配电系统关闭。低压断路器的重要部分是脱扣器，智能脱扣器的智能控制器是更准确的更及时的，因此它被广泛地应用于电力系统。在供电系统中的低压断路器中的分布更为重要的是，不仅需要保护电路，中断容量和短路电流，但也具有一定的智能化功能的实现，保障供给的选择性保护。这不仅可以连接或断开连接在正常工作状态下的负载电流，但在正常情况下，过流，短路，电压等现象的情况下，自动切断电路的断路器，从而保护电气设备和电缆；故障排除后，快速恢复供电。断路器既可工作在本地，也可远程操作。智能控制器是核心，各种断开电路保护、报警、显示、测试和事故诊断功能，它目前已成一个先进断路器主要标志；它的功能是电能的分配、电路的保护

10、（线路及设备超负荷、短路、欠压、接地故障等），从而控制断路器、维护电源监控系统。在发生事故时，智能断路器是非常重要的，立即断开电路，避免事故扩大，从而保证设备和人身的安全和设备的正常运行。根据电力系统的发展，配电自动化提升，电力系统保护装置通过电磁防护，晶体管保护，微机保护。电磁防护装置是基于电磁和电磁感应原理，它是由一个继电器，一个比较简单的原则，成本低，但其能耗高，动作很慢，抗冲击能力差，可靠性，灵敏度很难得到保障。然而，晶体管保护装置，体积小，重量轻，功耗低，灵敏度高，动作迅速，无振动，无磨损等，该装置还具有晶体管保护装置抗干扰能力差的缺点，质量不稳定等。随着电力系统的规模，级别的扩大，

11、网络结构，运作模式是复杂的，传统的控制器已很难满足系统的可靠性，准确性，实时。根据电子技术的发展，电子控制电器的出现，它是集成电路的基础上。它与电磁控制装置相比，耗电量低，重量轻，体积小等特点，容易形成复杂的保护装置，然而，抗干扰能力差，高品质的电子元件，焊接效果直接影响器件的性能特性，可靠性。两种控制电器，如果元件损坏，不能自我诊断，可能造成故障扩大，升级，造成停电，设备损坏，对系统造成损害，用户会伤害。至今，智能低压断路器是一个发展方向。智能断路器的“大脑”是智能控制器，微处理器是核心，它是测试、负载监控、故障诊断等功能。为满足市场请求，提升产品销量，需研发一个实用、价钱公道、完善保护的控

12、制器。它不仅提供传统断路器保护、控制功能，还要具有选择性、多样性。例如，可以检测和显示电路的参数（电压，电流，功率因数，功率，磨损，不平衡率，接触率），可进行参数设置，修改各种保护。保存故障参数，方便查找相关参数。1.1.2 课题研究的目的钻研本课题的的意义是经过钻研低压控制器，使断路器智能化创造条件，设计硬软件为要点。微处理器是智能断路器控制器设计的核心，可靠性高，实时性的要求，电磁兼容，并考虑它的体积和成本。智能控制器的功能依据输入电流值的大小，判断根据长时间延迟装置的过电流控制器执行一个动作的过电流保护装置特性的长、短延时和瞬时的，和执行命令的输出信号。 课题使命为：剖析并比较过去断路器

13、特征以及不足上，设计断路器智能控制单元。需要一个实时检测，实时显示，故障值存储，故障报警，参数设置，测试发布功能。达到整定值和故障存储、查询、修改效果。 智能控制器系统的工作方式为上位机、下位机。下位机（智能控制器）是系统的基础，测量、低电压保护电路断路器。上位机主要对控制器控制、调度以及管理。设计整个系统的任务分为控制器设计、通信接口和协议的设计、上位机管理系统的设计。实现功能如下： 线路电流实时检测；断路器各种反时限保护特性等；实现硬件监控(监控主电流、接地、负载等)，通过软件数据处理后再到显示模块；能够设置断路器整定值；可以查到线路故障参数的相关记录；要拥有自诊断功能。1.2 智能断路器

14、在国内外发展的现状 起初断路器的保护利用某些物理效应，与机械系统的运动来实现的，所以体积大，效果不理想。为了防止电气设备故障和电源线的影响，当电源网络异常会损坏电气设备，然后逐渐形成了断路器保护功能多更可靠。20世纪末研发电子式脱扣器，伴随微型计算机技术发展，电气开关智能化变为可能。智能化电气开关，不仅提供普通断路器保护功能，而且实时显示电路相关参数，其参数能够监视、设定以及修改，故障动作值能够保存在存储器用以查询。 现在国外有代表性的产品有M系列，ABB系列，MGE F2三菱AE系列，3wn系列西门子，可选的功能也有释放这些产品。 我国低压断路器分三代。第一代是DWl0、DZl0等系列产品，

15、当时水平与国外20世纪中期的水平差不多，上市率是2030。第二代是包含自主研发的、引进技术的，自主研发的是DWl5、DZ20等56个系列，引进技术的是ME、T0、TG、3TB、B等34个系列，其水平与国外20世纪中下期水平相当，上市率是50一60。第三代的DW45近年的发展，其水平与国外20世纪末期水平相当，上市率是5-10。现在低压断路器在国内的额定电压是交流380V，额定电流是630A5000A(交流)，分断的极限是50KA-120KA，往往拥有3极(可分断A、B、C相)、4极(可分断A、B、C、N相)这两种类型。智能断路器具有许多传统的断路器具有无可比拟的优点，所以得到发展的国内和国际的

16、关注。当研发出第一台智能断路器后，法国梅兰日兰(MG)公司、日本寺崎公司、美国西屋公司等陆续研发出有微处理器断路器。把微处理用进断路器，以至中央处理器和前、后级断路器它们互相通信能够实现。上世纪末，国外的许多人才，已经开发了一个集中控制的智能断路器，然而，检测系统，在国内市场发展较晚，通过引进技术，微机保护监控系统，开发了产品性能的发展，与国外相比有差距。而且功能和国外相比属于配置研发阶段。因此，高性能的智能断路器的发展是国内家电行业的一个迫切的课题，具有十分广阔的前景和国内市场。2 智能低压断路器的原理及理论分析2.1 低压智能断路器控制单元的算法分析2.1.1 电压、电流的计量检测电流、电

17、压的方法是程序设计的重要部分，目前把电流作为一个例子，正弦电流采样数据处理的几种办法：(1) 计算最大值 一般认为，分配系统是基于有效值，正弦电流电路的最大值之间的关系 （2.1） I是有效值，Imax是最大值。我们设计的触发电路在信号由负至正的变化会引起单片机的中断，相位移动的电路使信号发生90度的偏移，中断的单片机将会读取A/D转换器的正弦信号的最大值。 此法在信号不发生畸变时求有效值可以，不仅如此软件设计的计算比较简单、实用，但是它需硬件电路支持，对于硬件电路各种参数的稳定性要求高。但是在智能系统中，当电网中的谐波被干扰时，此法将发生偏差，尤其发生短路电流时，偏差更大。(2) 计算有效值

18、 依据热量相等原理，真有效值适合任意周期交变电路的定义是 （2.2） 离散过后，用有限的采样数字量取代电流函数值的连续变化（一个周期） （2.3） 瞬时n-1个间隔电流采样值，N为采样点（一个周期）交流采样不是一个一步曲线的正弦曲线，有两个误差：一是替代离散数据连续数据的原理误差，确定A / D转换率，CPU的处理速度；二是把持续电流量化会发生误差，取决A/D转换的位数。用这种方法求有效值。虽然硬件电路简单，但是软件的计算量比较大。为减弱有效值误差，需适当增采样点（一个周期），点数越多，计算量越大，然而此法求有效值对依赖信号波形非常小。(3) 傅立叶变换 依据傅立叶变换求有效值为：A/D用一定

19、的采样频率发生模数转换，得到采样数据（信号离教），通过离散傅立叶变换，求取基波的有效值，公式如下： （2.4) (2.5) (2.6) N采样点数，采样数值，电流实部，电流虚部。此法求有效值的条件与用公式计算有效值的条件想似，然而此法的计算大多数用正弦和余弦函数。全面考虑，控制器一般采用此法。基波信号比总信号为95以上，并且不含谐波分量，一般作保护算法的依据，其它谐波分量作故障分析参考。2.1.2电网频率、功率因数及功率的计量(1) 测量电源频率和功率因数 LM393用方波信号替代正弦交流电压、电流信号，单片机含有两个外部中断信号，并开启在内部的定时器，两个信号中断（INT0 0）是电力网络的

20、周期之间的时间，通过相关运算获得频率。中断0(INT0)、中断l(INT1)之间的时间是电压、电流之间的时差，用相关运算得到功率因数。(2) 功率测量功率计量分为两表法、三表法。两表法：两线相电压和线电流之积在此时间内积分，三表法：三相相电压和相电流之积在此时间内积分。因为低压配电大多是三相四线制，因此智控长用后种方法测量功率值: (2.7）2.2保护的原理及实现 当配电出现事故，一般基波叠加衰弱、非周期分量以及多种高频分量，所以需要控制器把输入电流信号及电压信号预处理，尽力滤除非周期分量、高频分量。傅立叶算法具有很强的滤波函数，以及收敛性是稳定的，所以它被广泛使用。 智能保护算法的控制器是傅

21、立叶算法，当前的例子中，电流的频率的实部和虚部的N次分解如下：实部： （2.8)虚部： (2.9)当n = 32，N = 1时代的转化公式，计算基本的实部和虚部，因此电流基波幅值 (2.10)基波电流幅值大于或等于电流整定值，则故障。为计算方便和减少错误，程序可直接用平方值比较，即当时，则故障。2.2.1 过电流保护特性曲线的运用 在配电系统中，过载时常发生。当发生过载时，其电流成倍增加，危害设备及线路。为安全可靠的电力供应，断路器必须要求在正常负荷范围。可先指示灯报警，提供延时，争取足够时间切断过载设备，为了确保重要负荷运转去断开次要负荷，从而减少经济上的损失。智能断路器过载电流整定主要考虑

22、系统经济性、保护可靠性。短路故障时，短路时的电流一般是正常运行电流的几十倍乃至上百倍。断路器重要功能有效断开有故障的电路，并确保没有事故的电路或设备正常运行，即选择性短路保护。对选择保护要求的系统，它的动作时间的整定一定要分级进行。主线短延时时间必须比支路全分断时间长。只有在主电路支路断路器，在选择合理的电流整定值，动作时间，可使上下的短路短延时保护更可靠。但是线路发生特大短路电流，那一定瞬间使断路器断开。2.2.2 保护的实现设定时间维护线路安全的原理就是：线路的电流值(故障线路)比设定的电流值大时，打开可以定时的仪器，当达到规定时间时，则断路器动作。反之，保护退出。热保护就是反时限的本质，

23、其保护动作的时间与线路电流的平方之间的关系为反比。由测得的过电流倍数，算出动作时间，达到定时的时间时，则保护动作。在一个时间段，如果故障电流值小于设定值，然后退出保护。线路多次超负荷将会使线路产生热量从而损坏线路的概率大，控制器也会超负荷和短延时事故缓冲后发生的保护动作，将会产生一定的热量，那么超负荷的热效应将会停止释放（解决事故30min后），然而，短时间内排除故障的l5min释放延迟结束的热能，这一次如果再闭合断路器过载和短延迟故障，延迟时间越短，使得线路、设备获得合适保护。3 智能低压断路器的硬件设计3.1硬件设计准则 依据要求的功能对智能控制器的硬件进行设计，并且按照下列原则： （1）

24、简化原则：简化原则：尽可能用集成电路的硬件设计，尽可能避免分立元件，因为它可以提高集成度，接触的数量和包装组件之间的连接数也会随之减少，因而使系统的可靠性提升了。 （2）模块化原则：根据功能划分多个功能模块的要求，典型的电路模块化，每个模块之间的接触力松散，节省维修时间（硬件故障时）。 （3）抗干扰原则：由于智能控制器的工作环境恶劣，所以硬件设计必须干扰源的干扰分析，通过硬件抗干扰，从而提高其稳定性。3.2 智能控制器的硬件电路设计智能控制器单元拥有测量、控制、保护等功能，按照这些功能设计硬件。控制单元主要：CPU系统、收集相关数据、输入输出（开关量）回路、监控电路等。中枢为CPU系统，标志完

25、成断路器智能。 控制器单元的硬件结构图如图31所示。然后分析相关硬件模块的工作原理、硬件电路。系统时间脱扣机构速饱和互感器传感器数据显示和操作面板数据断电保护MCR 电路中央微处理机器脱扣输出信号多电子开关放大器故障信号输出温度检测电压变化器通讯辅助电源图31控制器结构框图 处理器的任务是实时信号采集和处理，测量，保护和辅助功能，并通过通信接口与上位机通信。数据也可以有效值处理，应该有一个复杂的实时操作功能，使保护器保护的延迟，延迟的特点，该芯片具有更高的速度，和ROM，RAM也应该有很大的能力。所以采用C8051系列。控制器应该故障记忆功能，数据记录故障的历史事件及其相关，时间应保留半小时，

26、那么需要外部扩展像EEPROM保存智能控制器的参数整定，方便查询故障的相关信息。此计划要外围的元件减少数量，才能使设计容易，使布线容易，从而提升它的可靠性、稳定性和抗干扰能力。从而使配电系统给的可靠性提高。3.3 嵌入式片上系统3.3.1 C8051系统单片机嵌入式系统单片机C8051F的独立和完整的混合信号芯片系统（SOC），有一个12位或10位多通道ADC，用于处理多通道信号智能控制器是一个优势，因为省略了A/D转换器件，并且经过软件编程采取采样通道，可省略多路元器件。所以简化简化了外围电路，使得电路板的面积减小。它还拥有处理高速指令能力，一般的805l一个机器周期要使用12个系统时钟周期

27、，执行一条指令最少需要一个机器周期。Cygnal C8051F系统单片机选用流水线的方式来处理指令的，它的峰值性能能够达到25MIPS，机器周期降低为标准的1个系统时钟周期，用MCS-51指令处理能力相比有了很大的提高。Cygnal C8051F系列采用内核是CIP-51，和MCS-51指令的体系恰好相容，能采用ASM-51、Keil C语言为C8051F编程。一般的8051仅含7个中断源，它开拓了中断处理，能够实时多任务同时进行处理。扩大中断体系为嵌入式体系准备中断源（22个），许可大批模拟及数字设置中断控制器，中断驱动系统应该很少有系统的干预，但是执行指令效率要快。 标准的8051比C80

28、51F系统单片机仅仅在外部的引脚减少了7种复位源，导致系统可靠性提升，用户软件可制止任何复位源。除了外围组件有8051个数字，集成在芯片中的数据，模拟元件（控制系统）和其它数字设备和部件。每个系统都能有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。FLASH存储器拥有从新编译程序的本领，能用保存相关数据，而且许可固件更新，此功能允许程序存储器的非易失数据存储和更新代码（在软件的控制下）。芯片内部JTAG调试支持的功能许可安装在MCU进行不能占芯片内不空间的非侵入式、全速和调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。当调试（用JTAG）时，任何模拟以

29、及数字外设全都能运行。C8051的内部结构如图3.2所示 C8051F片内有一个时钟发生器能够单独工作（误差允许2%）。如果你需要连接到一个外部时钟，在内部，切换外部时钟和操作程序，外部时钟能够结晶，RC，C或外部时钟。上述功能的低功率应用中是非常有用的。控制寄存器P0.0p0.78P0口SPII2C BUSUART交叉开关PCAP1.0p1.78P1口T0，T1，T2比较器输出可编程时钟外部复位P0P1P2.0p2.78P2口P2C8051 F图3.2 C8051的内部结构3.3.2 数据采集模块主要功能扩展的CPU，它的模块接口的电流、电压由电流互感器和电压互感器进入系统，并经信号调理、模

30、拟数字转换为数字信号（计算机能识别）。空芯互感器二次输出获得的信号，其感应电压的输出和一次母线电流的微分成正比例关系。然后信号处理，首先需要积分处理，使得二次感应信号和一次母线电流成正比例关系。空芯互感器没有铁芯，具备很大的线性范围，其感应的信号适合CPU来处理。把电回路强电流、高电压改变成电流及电压信号（微处理器处理的），使得系统拥有可靠信号。如果铁芯变压器，当有过电流时，铁心磁饱和会出现，此时，输出感应电压和一次母线电流的微分不是成正比例关系，而k不是恒定的，这是不可取的。提高小电流测量精度，但也考虑到电流的测量范围，实现电流的精确测量的范围，采纳Rocco j KI（Rogowski）检

31、测供电线路中的电流线圈，把它改变为电平信号（可处理的）。主线路的电流和电压的信号通过电源电流和电压互感器的电压信号改变成一个O - 5A的电流和O时，这两个时间的系统，考虑到输入信号的A / D转换器是小的，必须使用小功率的CT，PT信号调理，然后经过模数转换的信号处理。同时，电流和电压互感器具有电隔离作用，使断路器和强弱电控制器的分离，提高了控制器的抗干扰性能。考虑到电压，电流信号容易在传送时由外部的电磁干扰，所以电压互感器和电流互感器的选择，一般使用的电压和电流信号转换成小电流互感器。这种变压器的负载能力差，需要调理电路使用运算放大器构成的电流信号。由于一个回路电流可以到50KA / 75

32、kA，达到大电流信号转换范围内，为提升测量精确度及其分辨率，所以它被分成两个小信号、大信号组，小信号放大处理的硬件电路，以及信号直接输入。然而，中性点一般电网波动的幅度不是很大，中性点接地信号与一个通道A/D采样，有两种抽样：一种用于测量电流的方法，直接的电流信号和矢量。在正常操作条件下，系统的平衡；系统中的不平衡或接地故障条件下，矢量和不等于零，为保护电流信号去除的电流信号。这种方法不能区分系统的不平衡电流和故障电流。另一种方式为测量接地电流。接触地面信号从中线变压器信号和电流信号的矢量和，只要没有接地故障时，系统的平衡与否，都是0。只有当接地故障发生时，才有信号。唯一和接地电流和无关的中性

33、线电流，该电流可以用来作为保护信号接地电流。在我们的设计中，两种模式可以由用户选择。4 智能低压断路器的软件设计4.1软件设计概述一个完美的智能控制系统，软件和硬件是分不开的。一个好的软件不仅可以弥补硬件的一些缺陷，使得系统更加灵活，但也可以充分利用现有的硬件功能，大大提高了系统在不增加硬件成本。该智能控制单元直接到断路器控制器，实时性高，MCS-51汇编语言作为编程工具，与其他高级语言相比，其效率高、实时控制功能强。同时，通过中断控制在适当的软件，可以提高智能控制器的响应速度。软件和硬件的功能，以满足实时性，尽量用软件来实现系统的功能，从而提高了系统的灵活性，而不是控制单元可以在现场运行中遇

34、到的干扰，在设计软件时采取一定抵制干扰源的措施以提升可靠性。该智能控制单元直接到断路器控制器，实时性高，MCS-51汇编语言作为编程工具，与其他高级语言的比较，其效率高，实时控制功能强。同时，通过中断控制在适当的软件，为了提高智能控制器的响应速度。软件和硬件的功能，以满足实时性，尽量用软件来实现系统的功能，从而提高了系统的灵活性，和干扰控制单元可以在现场操作时，软件设计时采取的一些抗干扰措施，提高了系统的可靠性。该控制器的软件设计按照结构化和模块化的原则，将软件划分为若干个独立的模块，每个模块都是通过软件接口连接，连接松动，寻求模块内部的数据结构紧凑的数据以及模块之间的关系，尽可能地减少各功能

35、模块相互的影响。4.2主要程序设计 主程序的流程图如图4.1，对每个特殊寄存器芯片重要实现每个模块化任务，包括中断的向量集，中断内部设定寄存器，设定软件定时，I/O扩展端口初始化，初始化BC7281和任务分配。开始上电初始化YN有故障N电流处理NYA、B、C、N电流处理电压处理Y负载监控A、B、C、N电压处理短延时处理频率处理N无短延时故障Y功率因数N无短延时报警功率处理Y不平衡处理实验N无不平衡故障系统自检NY无不平衡报警Y接地处理N无接地故障YN无接地报警Y长延时处理N无长延时故障Y故障处理图4.1主流程图开始NN选择UC通道UB通道UA通道YYA/D允许启动A/D选择UB通道选择UA通道

36、保存UC采样值A/D允许启动A/D选择接地通道A/D允许启动A/D保存UB采样值保存UA采样值A/D允许启动A/D保存接地采样值A相电流指向高档YN选高档通道选低档通道A/D允许启动A/DA/D允许启动A/D存高档采样电流转换后存采样电流N瞬时保护YC相电流处理NB相电流处理连续2次电流超能Y故障处理关T3采样次数加2返回图4.2定时采样流程4.3定时采样为了计算50Hz正弦电流信号的有效值，对各路信号进行等间隔采样，采样周期均为0.625ms，也就是一个周期内(20ms)将被采样32次。由于周期，采样频率占用定时器0（timer0），我们使用的时钟3（timer3）设定的时间间隔，0.625

37、ms中断发生，然后显示采样值。由于本系统有相当多的中断系统，为了防止各中断系统的冲突，在中断中只处理参数的采样，相关的数据处理在主循环里，当32次采样到时，将相应的标志位置位，当它被循环检测到时，然后对样本数据计算。 因为电压不需要故障处理，电压的采样要求就相对低些。所以对电压的采样采用A、B、C、N轮流采样。对不同情况的故障电流，处理方法也不同。短路电流保护（瞬时脱扣）要求灵敏度高，采样率的方法，即峰值采样和处理，以及抗干扰峰处理，信号处理时间1.25ms。而一般的延时保护特性和单相接地故障信号，高精度，需要尽量避免失真信号的影响，采样中断保存采样值，然后有效值转换，这样可以减小因电网信号变

38、化和谐波等的影响。采样的流程看上图4.2。4.4键盘程序设计 本模块实现数据整定、数据处理并送显示、试验、选择显示、参数设定、复位、故障记忆及显示等功能。智能控制器的各项整定值是可以根据用户的要求设定的，用户也可以根据要求选择输出显示的内容。这些可以通过智能控制器面板键盘操作来完成。(1) BC728l的键盘程序设计 BC7281的键盘内部具有消抖功能，外部不需要消抖电路或消抖程序，可直接读取BC7281的键值锁存器。键盘扫描的关键是互锁，将扫描值保存到锁存器里直到读出它，可以使用查询。(2) 其它的键盘程序设计采纳简易电路完成按键，当输入端口按下按键或者瞬时释放都可能发生“回跳”状态。看4.

39、3图，由t1至t2和t4至t5，模拟信号按钮发生变换，数字信号具有相应的干涉现象。然而，有时在稳定的关键时期，会产生干涉现象，看4.4图中t3时刻。常见的干扰源50hzi频率感应到系统电源频率的电磁波干扰的交变电磁场，关闭电器开关在测量过程中，断开电弧是由各种频率成分的噪声信号所造成的感应到系统产生的噪声等。可见，不仅在按键释放瞬时采样键盘将产生错误的输入，并且即使在采样过程中关键的稳定性会产生错误的输入。所以，若采纳简易电路完成按键，一定要用软件抵制干扰，使得输入错误不会发生。 消除按键抖动的方法通常是：确定后10ms到20ms再次阅读关键判断的一个关键的延迟，以实现每个按钮（包括抖动）操作

40、产生一个微处理器的信号。 图4.3 按键模拟信号 图4.4 按键数字信号 在智能控制器设计过程中，采纳一个新方法用来消除按键抖动：用软件方法完成硬件消除抖动电路（单稳态脉冲）。它的原理为把读入的字节和软件产生的字节进行逻辑和操作过，然后处理，但是控制的字节在按键的第一抖动设为0FFH，然后持续0.3秒，在一些抖动由于逻辑或操作符和盾牌，当屏幕上的时间，控制字节00H，可以接受下一个关键的反应，对操作者的响应速度，大多数屏蔽时间0.3秒，实际情况可以缩短，但不要太短，太短会增加操作员控制的难度。以PCA定时器作为按键定时采样。整个键盘的读键程序如下所示：R_KEY：JB KEY， R_KEY_E

41、ND MOV DATA_OUT, #93H LCALL SEND LCALL RECEIVE MOV A，DATA_INCJNE A,#00H，KEY_NEXTl LJMP KEY_FUNKEY_NEXTl： CJNE A,#01H, KEY_NEXT2 LJMP KEY_SUREKEY_NEXT2：CJNE A，#03H，R_KEY_END LJMP KEY_RETURNR_KEY_END： JB 0EH, R_KEY_END0 LCALL KEY_DOWN SETB 0EH RETR_KEY_END0： JB 0FH, R_KEY_ENDl LCALL KEY_UP SETB 0FHR_K

42、EY_ENDl： RET当检测到有按键时，判断执行相应的按键程序。4.5故障处理按照智能控制器各项参数的整定值，当采样完成时判断控制器的执行机构要完成的保护动作，如长延时脱扣、短延时脱扣、瞬时脱扣等，并计算出各个动作的执行时间。计算完成后通知动作执行任务执行相应的动作，根据故障处理计算结果，精确定时，定时完成时向执行机构发指令动作。故障处理流程如图4.5。Y延时计算延时保护NN延时报警Y返回延时计时NY需热记忆超过热记忆N热记忆处理YN延时=理论TY故障处理返回图4.5 故障处理4.6自检程序设计我们所称的自检就是对系统中出现的软硬件故障进行自动检测并给予校正。通常有3种方式：开机自检、周期性

43、自检、键控自检。（1）RAM与ROM自检检查ROM采取校验和法。即在编写的程序在ROM中，保留一个单位检查字不写入程序，使每列的ROM有奇数个“1”，“1”为检查。第一单元开始检查程序ROM，一点一滴的添加，最后的检查，如果相等，所有的“1”表明，ROM的内容是否正确，否则，错误。检查光盘方法。 在ROM编写程序中，保留一个单位检查字不写入程序，使每列的ROM有奇数个“1”，使整个1”的ROM校验。 检查程序从ROM第一单元，根据一个阶段，最后一次检查，如果相等，所有的1”表明，ROM的内容是否正确，否则错误。RAM的检测采用的两种方式。 当内存是空白的（即内存信息写入之前）检查它是否正常的写

44、入或读出，方案是：每个存储单元分别读入相关数据00H、0FFH、55H、0AAH， 再读出保存的内容。 若读入与读出的信息一样，则存储单元的读写功能没有问题。 当程序和数据被存放在RAM中，检查并不破坏内存的原始内容，采纳异或方法来检验，就是从内存单元中读取的数据，然后检查、求反，再与RAM单元里的内容异或运算，如果结果是1”。 它表明正常工作，反之，故障。（2）CT的自检当线路中能够检测到电流时，CT肯定是正常工作的。CT自检的主要任务是在线路中电流为零时判别CT是否正常。根据硬件电路的设计原理，只有当电路中电流为零且CT检测送到MCU的相应I/O口为低电平时，才能判断为CT断线。（3）触头维护自检根据脱扣次数与执行机构所能承受的总次数，计算得到出厂时主触头磨损率是100，磨损率小于或等于60时，发送信息，然后必须把主触头更新。其他如A/D转换以及拒动，自检很容易在硬件的基础上实现。若存在自检故障，在复位状态下，可使用按键进行查询。结论本文比较了国内外同类产品的发展水平以及他们各自的优势和不足，在前人所作出的成绩的基础上，对智能控制器进行了完善和提高，改进了原有设计的不足之处，对原来没有考虑到或因为客观原因而没有涉及的部分也做了研究。 智能控制器拥有预定的以下功能： （1）监测，过流，短路和接地故障，为用户预先设定的动作值