基于arm 的斷路器智能控制器的研究

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1、基于ARM的斷路器智能控制器的研究摘要智能控制器是智能斷路器的核心，不僅具有普通脫扣器的各種保護(hù)功能，而且還具有實時參數(shù)顯示、故障記憶和查詢、自診斷等多項功能。在回顧和總結(jié)了智能斷路器的發(fā)展歷程后，討論了當(dāng)前智能斷路器的發(fā)展趨勢，提出了基于ARM的斷路器智能控制器的研究。本論文介紹了斷路器智能控制器的設(shè)計原理，同時重點闡述了斷路器智能控制器的各項參數(shù)測量及保護(hù)原理和算法，并進(jìn)行了具體的硬件和軟件模塊的設(shè)計，旨在實現(xiàn)斷路器的智能保護(hù)。本文涉及的斷路器智能控制器，在硬件上以PHILIPS公司的ARM芯片LPC

2、2294為核心處理器，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時采集處理和斷路器的故障保護(hù)。硬件設(shè)計采用了標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計方法，硬件電路盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)的典型電路，以便擴(kuò)展。其中，液晶選用的是SMG240128A，鍵盤芯片選用的是ZLG7290。軟件的編制采用模塊化編程方法，每一個模塊相對獨立，完成特定功能，便于維護(hù)添加新功能。編程工具為ARM公司提供的ADS1.2。為了保證智能控制器各種保護(hù)功能的可靠實現(xiàn)，論文中對智能控制器的干擾源進(jìn)行了分析，從硬件和軟件兩個方面采取了多項設(shè)計措施，提高了智能控制器的穩(wěn)定性和可靠性。

3、實踐證明，論文中構(gòu)建的斷路器智能控制器結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以滿足系統(tǒng)需要，因此具有較高的實用價值。關(guān)鍵字：ARM,斷路器，智能控制器第二章智能控制器的設(shè)計原理供配電系統(tǒng)中的低壓斷路器的主要功能是通過采集單元得到系統(tǒng)母線中的電流、電壓信號，由脫扣器的邏輯控制單元進(jìn)行分析判斷，根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的動作，實現(xiàn)對線路中的過載、短路、失壓等故障的保護(hù)。智能控制器也是基于這個原理，通過互感器將主線路中的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成模擬電路可處理的信號，信號處理單元對這些信號進(jìn)行濾波和整形，信號采樣后經(jīng)多路開關(guān)送入CPU，在C

4、PU內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行邏輯運算與處理，運算結(jié)果與整定值比較后輸出符合預(yù)設(shè)定保護(hù)特性的邏輯電平信號，這些信號經(jīng)放大后可直接驅(qū)動斷路器的執(zhí)行機構(gòu)和其他輔助繼電器，使斷路器動作或輸出聲音、光信號。各種故障保護(hù)的動作電流和時間整定值通過鍵盤設(shè)定并預(yù)先存儲在EPROM中，并可在運行期間隨時進(jìn)行修改。此外，當(dāng)產(chǎn)生特大短路電流時，獨立于CPU的模擬脫扣電路可立即產(chǎn)生動作信號控制執(zhí)行單元，使斷路器動作。在電力系統(tǒng)中，大都需要對電壓電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等進(jìn)行測量和計算，作為上級電力部門進(jìn)行監(jiān)控的可

5、靠依據(jù)，計算故障電流，以實現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)功能。在系統(tǒng)中，為了減少各種干擾造成的影響，除了硬件的抗干擾、濾波措施外，軟件也需要一定的數(shù)字濾波處理，以便達(dá)到更好的抗干擾效果。§2.1電網(wǎng)參數(shù)的計量原理智能控制器使用采集轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號完成各種電量參數(shù)的計算，包括電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的計算。裝置對監(jiān)控對象的模擬信號量的采集，理論上采樣頻率越高則越能反映原信號，但由于受CPU速度、A/D轉(zhuǎn)換時間等因素的影響，采樣頻率不可能太高。電力系統(tǒng)中的模擬信號主要成分是1、3、5次諧波，對于六次以上的諧波

6、和高頻干擾經(jīng)過模擬通道中RC低通濾波加以濾除;對于六次及以下各次諧波分量借用數(shù)字濾波算法加以提取。由香農(nóng)采樣定理[21]可知，采樣頻率應(yīng)不小于6次諧波的兩倍，假定電網(wǎng)頻率為50Hz，則采樣頻率不小于600Hz，每個周期采樣點數(shù)應(yīng)不小于12個，考慮到要對諧波進(jìn)行FFT分析，采樣點N應(yīng)該為2的冪。本智能控制器每周期采樣32個點，采樣頻率為1600Hz，為信號基波頻率(50Hz)的32倍，這樣一方面滿足了保護(hù)所需的各參數(shù)能比較如實地送入系統(tǒng)，另一方面也使微處理器承擔(dān)的計算任務(wù)不致過重，保證了數(shù)據(jù)采集的實時性。基

7、于ARM的斷路器智能控制器的研究101.電壓、電流的計量根據(jù)IEC60947.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、第二部分?jǐn)嗦菲鳌?，為了使斷路器在信號波形發(fā)生畸變時不會產(chǎn)生誤動作，我們采用均方根法對電壓、電流進(jìn)行計算。電流和電壓采用均方根值顯示，均方根值檢測提供了可靠的系統(tǒng)保護(hù)，在波形中含有的高的諧波分量時均方根值檢測將減小保護(hù)裝置誤脫扣的可能性[22]。本裝置中三相電流、電壓均采用相應(yīng)的均方根值顯示。根據(jù)周期性連續(xù)函數(shù)有效值的定義，電壓和電流的有效值表達(dá)式為：201()TUT=òutdt（2－1）201()TI

8、T=òitdt（2－2）式中，T為電壓、電流信號的周期。將這兩個函數(shù)離散化，可以得到電壓、電流有效值的離散表達(dá)式：1201NkkUNu-==?（2－3）1201NkkINi-==?（2－4）式中，N=32為每周波采樣點數(shù)，ku、ki為電壓、電流的離散采樣值。為了防止采樣信號由于微小波動而影響計算精度，我們采用一次延遲數(shù)字濾波方法來計算ku、ki，進(jìn)一步消除波動和擾動的影響，公式如下[25]:1(1)nnnybxby-=-+（2