低压断路器智能控制器设计与研究
摘要
本文依托江苏某低压电器厂的万能式空气断路器的自动化设计开发项目,根据企业需求,针对原断路器功能单一,整定不方便,人机界面不友好,产品档次低等问题进行改造和重新设计,在保证断路器工作可靠性的同时,按企业要求进一步完善保护功能,提高断路器的自动化程度和智能化程度,同时尽可能降低产品成本,因此本文的研究内容具有一定的现实意义和应用前景。
本文以TI公司的MSP430单片机和CPLD为核心研究设计了集测量、保护、监控、通信等功能为一体的智能控制器,并在充分研究测量算法和保护实现原理的基础上,采用模块化的程序设计方法进行软件设计。同时在硬件和软件设计上都采取了有效的抗干扰措施以提高智能控制器的抗干扰能力,保证断路器工作的可靠性。
针对断路器的“四遥”通信功能要求,论文研究了在低压电器领域广泛使用的Modbus现场总线通信协议,提出了基于Modbus总线的智能控制器通信网络设计方案,实现了智能控制器和PC机的双向通信,有利于实现PC机对智能化断路器的集中监控和管理。
The paper grounds on a design and development automation project of universal air circuit breaker of a low-voltage electrical plant in Jiangsu, and according to the enterprise's demand mainly researches development and re-design of the original circuit breaker for the problems of unperfect function, inconvenient setting operatin and unfriendly man-machine interfaces, and researches how to keep reliability of the breaker, increase the level of automation and intelligence and simultaneously reduce the product cost as far as possible. So, this paper has certain practical significance and application prospect.
Among this subject, the intelligent controller regards MSP430 MCU which TI Company produces and CPLD as the key procsssor. The intelligent controller incorporates the functions of measurement, protection, monitoring and communication. The paper discusses the software design of the intelligent controller based on the full study of arithmetic of measurement and principle of protection in the way of the modular design of software design. Meanwhile, the paper discusses the anti-jamming methods of both hardware and software to enhance anti-jamming ability of the intelligent controller, so as to ensure the reliability of the breaker.
For the breaker's "four remotion" communication requirements, the paper studies Modbus fieldbus communication protocol which is widely used in low-voltage electrical fields, and bring forward a plan of intelligent controller communication network based on Modbus fieldbus, which realizes the communication of intelligent controller and PC, and is good for the PC's centralized monitoring and management to the intelligent breaker.
本文以TI公司的MSP430单片机和CPLD为核心研究设计了集测量、保护、监控、通信等功能为一体的智能控制器,并在充分研究测量算法和保护实现原理的基础上,采用模块化的程序设计方法进行软件设计。同时在硬件和软件设计上都采取了有效的抗干扰措施以提高智能控制器的抗干扰能力,保证断路器工作的可靠性。
针对断路器的“四遥”通信功能要求,论文研究了在低压电器领域广泛使用的Modbus现场总线通信协议,提出了基于Modbus总线的智能控制器通信网络设计方案,实现了智能控制器和PC机的双向通信,有利于实现PC机对智能化断路器的集中监控和管理。
The paper grounds on a design and development automation project of universal air circuit breaker of a low-voltage electrical plant in Jiangsu, and according to the enterprise's demand mainly researches development and re-design of the original circuit breaker for the problems of unperfect function, inconvenient setting operatin and unfriendly man-machine interfaces, and researches how to keep reliability of the breaker, increase the level of automation and intelligence and simultaneously reduce the product cost as far as possible. So, this paper has certain practical significance and application prospect.
Among this subject, the intelligent controller regards MSP430 MCU which TI Company produces and CPLD as the key procsssor. The intelligent controller incorporates the functions of measurement, protection, monitoring and communication. The paper discusses the software design of the intelligent controller based on the full study of arithmetic of measurement and principle of protection in the way of the modular design of software design. Meanwhile, the paper discusses the anti-jamming methods of both hardware and software to enhance anti-jamming ability of the intelligent controller, so as to ensure the reliability of the breaker.
For the breaker's "four remotion" communication requirements, the paper studies Modbus fieldbus communication protocol which is widely used in low-voltage electrical fields, and bring forward a plan of intelligent controller communication network based on Modbus fieldbus, which realizes the communication of intelligent controller and PC, and is good for the PC's centralized monitoring and management to the intelligent breaker.
引文
[1]杨兴瑶.低压电器、控制线路和网络通信.北京:中国电力出版社,2006
[2]倪远平.现代低压电器及其控制技术.重庆:重庆大学出版社,2003
[3]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术.北京:机械工业出版社,2002
[4]张平等.MATLAB基础与应用简明教程.北京:北京航空航天大学出版社,2001
[5]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用.北京:北京航空航天大学出版社,2001
[6]曲波.共用常用传感器选型指南.北京:清华大学出版社,2002
[7]康华光.电子技术基础模拟部分.北京:高等教育出版社,1999
[8]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京:北京航空航天大学出版社,2002
[9]求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2005
[10]侯伯亨,顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安:西安电子科技大学出版社,1999
[11]王诚,薛小刚,钟信潮.FPGA/CPLD设计工具——Xilinx ISE5.X使用详解.北京:人民邮电出版社,2003
[12]陈功富,彭怡明,彭锡瑞.计算机通信与网络技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1993
[13]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例.北京:中国电力出版社:2005
[14]王幸之.单片机应用系统抗干扰技术.北京:北京航空航天大学出版社,2000
[15]许建安.电力系统继电保护.北京:中国水利水电出版社,2004
[16]张晞,王德银,张晨.MSP430系列单片机实用C语言程序设计.北京:人民邮电出版社,2005
[17]秦实宏,周龙,肖忠.单片机原理与应用技术.北京:中国水利水电出版社,2005
[18]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版社,1999
[19]邱关源.电路.北京:高等教育出版社,1999
[20]求是科技.Visual C++ Visual Basic串并口开发技术工程应用实例导航.北京:人民邮电出版社,2006
[21]周志敏.低压断路器的发展与市场分析.电气开关,2002(4):1-4
[22]陈培国.低压断路器保护特性的智能化和多样化.低压电器,1993(6):7-10
[23]万绍尤.低压智能型断路器国内外当前情况.江苏电器,2001(3):5-8
[24]何瑞华.大力研发我国第四代低压电器.电气时代,2005(2):48-50
[25]陈光,任志良,孙海柱.最小二乘曲线拟合及Matlab实现.兵工自动化,2005(3):107-108
[26]蔡素雄.MSP430F149在电力测控保护产品中的应用.单片机与嵌入式系统应用,2004(8):58-59
[27]程秀光,袁玉鹏.智能型低压断路器现场总线系统设计.江苏电器,2005(4):8-11
[28]王宗阳,马旭东.基于RS485总线的远程抄表系统采集终端的设计与实现.现代电子技术,2007(7):78-80
[29]高平,汪泰宇,肖磊,柴爱军.智能式断路器智能型控制器的发展及技术研究综述.电气制造,2007(3):28-31
[30]黄智勇,杨永明,吴胜永,安敏.基于CPLD技术实现数字滤波.电声技术,2004(4):34-37
[31]毛晓波,吕建明.电力参数的交流采样技术及软硬件设计研究.仪器仪表学报,2001(4):195-198
[32]曹建平.配电网电力参数交流采样的研究与实现.中国测试技术,2007(6):55-57
[33]胡正业.智能断路器真正有效值电流的检测.低压电器,2000(4):50-51
[34]王富东,王家善.智能断路器的电量测量与过载保护算法.仪器仪表学报,2002(3):380-382
[35]张学宁.应用计算机抗干扰.安全与电磁兼容,2001(3):37-40
[36]张捍东,刘丽萍.微机控制系统的抗干扰设计.冶金自动化,1997(2):53-55
[37]张卫东,刘金录.现场总线与我国低压配电行业的发展.电气传动,2001(3):13-16
[38]方进勇,许志红,张培铭.MODBUS协议在智能断路器控制中的运用.电气时代,2004(1):120-121
[39]胡晓明.MODBUS总线技术在电力系统的应用.福建电力与电工,2004(1):18-20
[40]Charles W.Brice,Roger A.Dougal,Jerry L.Hudgins.Review of Technologies for Current-Limiting Low-Voltage Circuit Breakers.IEEE Transactions on Industry Applications,VOL.32,NO.5.1996(9):1005-1010
[41]Texas Instruments.MSP430x13xMSP430x14xMSP430x14x1 MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER.2003
[42]Texas Instruments.SN65LBC184 Datasheet.2003
[43]National Semiconductor.Op Amp Circuit Collection.1978
[44]Modicon Corp.MODBUS Application Protoctl Specification.2002
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