基于P89C591的變電站變送器設(shè)計(jì)

　　引言

　　目前，我國(guó)基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組、高電壓輸電、高度自動(dòng)控制的新時(shí)代，用電負(fù)荷增長(zhǎng)速度快，超高電壓輸電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)建，電壓等級(jí)越來(lái)越高。各地的變電站建設(shè)與管理顯得尤為重要，在此背景下，變電站的集中控制技術(shù)得到大力推廣。它要求變電站能夠向集中控制系統(tǒng)傳送足夠的信息，要求變電站的保護(hù)定值和控制裝置的整定能夠在集中控制系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)定，要求各類(lèi)保護(hù)能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)和匹配。為此，設(shè)計(jì)了一個(gè)變電站變送器，它在功能上支持靈活的處理數(shù)據(jù)，能夠可靠地與設(shè)備進(jìn)行通信，并將數(shù)據(jù)可靠地傳給集中控制系統(tǒng)[1]。

　　變電站變送器主要是用于電網(wǎng)中箱式變電站以及更高電壓等級(jí)的變電站中，以滿足對(duì)變電站監(jiān)測(cè)、控制和通訊的需要。該裝置主要監(jiān)測(cè)變壓器高低壓側(cè)電流與電壓、頻率及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，計(jì)算有功功率、無(wú)功功率、有功電量、無(wú)功電量，分析電能質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)電能數(shù)據(jù)等，結(jié)合變電站的綜合保護(hù)裝置，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序電壓保護(hù)[2]等。并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果通過(guò)CAN(控制器局域網(wǎng))總線傳送到上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的遠(yuǎn)程控制[3~4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用CAN總線將各個(gè)變電站的變送器組成通信網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的集中控制。微控制器采用帶有CAN控制器的單片機(jī)P89C591。P89C591是由NXP開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，適用于自動(dòng)和通用工業(yè)應(yīng)用的8位高性能微控制器。它自帶有6路模擬輸入的10位ADC，2個(gè)8位分辨率的脈寬調(diào)制輸出，帶有CAN控制器，在應(yīng)用時(shí)可以省去CAN控制器 PCA82C200或SJA1000，減少了電路連接。其硬件連接框圖如圖2所示。本設(shè)計(jì)中采用X5045作為系統(tǒng)上電復(fù)位、電源監(jiān)控和看門(mén)狗電路，可以大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾能力;采用集成數(shù)字溫濕度傳感器LTM8901采集變電站內(nèi)部的溫度和濕度;鍵盤(pán)管理芯片采用ZLG7289B，液晶顯示采用LM3033B-0BR3芯片;光電隔離采用GH140Z。

　　模擬量輸入電路

　　P89C591的模擬輸入電路包括一個(gè)6輸入模擬多路復(fù)用器和一個(gè)10位標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制逐次逼近式ADC。A/D還可通過(guò)置位ADC8(AUXR1.7)配置成快速轉(zhuǎn)換的8位模式。8位結(jié)果保存在ADCH寄存器中。模擬參考電壓和模擬電源通過(guò)單獨(dú)的輸入引腳連接。對(duì)于10位精度，轉(zhuǎn)換需要50個(gè)機(jī)器周期，當(dāng)晶振為12MHz時(shí)為25μs。對(duì)于8位精度，轉(zhuǎn)換需要24個(gè)機(jī)器周期。輸入電壓范圍為0~+5V。系統(tǒng)的測(cè)量量是變電站二次側(cè)的電壓量和電流量，取自于電壓互感器和電流互感器的輸出端，其數(shù)值一般不能直接滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求，需要經(jīng)過(guò)電量變換電路轉(zhuǎn)換成滿足A/D轉(zhuǎn)換要求的數(shù)值。滿足要求的模擬量經(jīng)過(guò)低通濾波器以后可以直接連接到P89C591的P1.2~P1.7上，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。