作者：辛旺 何志伟

1 引 言

随着电动机控制中心(MCC)技术发展模块化智能电动机保护器得到了越来越广泛应用同时也对电动机保护提出了更高要求针对电气监控系统自动化程度越来越高发展趋势用低压智能电动机保护控制器作为发电厂低压电动机保护和测控是提高电气监控系统运行维护水平重要手段

目前传统8／16位单片机仍然广泛应用于电气保护中但是他们仅仅具有基本测量控制功能在人机界面、数据查询、监控处理能力比较有限大部分缺少网络通信功能在实现自动在线监测领域中ARM芯片在多目标采集多层次监测和网络化等方面具有强大优势由于LPC2132属于ARM7系列处理器能对多个采样点进行同时测量具有强大数据处理功能同时保护器包括强大网络功能和动作保护记录功能支持开放式通讯协议构筑成有效保护测控网络

2 系统功能特点

智能保护器主要是以LPC2132微处理器为运算核心含有模拟数字量采集继电保护界面显示和按键控制等功能模块系统外接标准：RS 485通信接口实现与监控系统之间数据传输和联系LPC2132是个支持实时仿真和跟踪32位ARM7TDMI-S核微处理器并带64 kB高速FLASH存储器4个通信接口2个32位定时器1个10位8路ADC2个硬件铁电接口47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发外部中断

除可以完成传统测量控制保护功能外保护器在设计上主要具有以下特点：
针对继电保护中常出现误动情况把采样量测量突变瞬时启动和静稳检测元件相结合作为保护装置启动元件模式从警告信号发出和保护动作产生设计两级闭锁通道从而保证启动元件灵敏度和静稳状态破坏时保护器不会产生误动；
通过设置功能选择菜单用户可以根据自己需要去掉不必要功能任务减少计算量提高系统运算速度和精度；
利用ARM系列单片机强大网络通信功能增大数据采样通道数量实时跟踪显示采样量信息有效解决了在分布式电气监测控制系统(ECS)中信息传输延时问题

3 系统硬件设计

3．1 硬件总体结构

电动机保护器系统结构框图如图1所示保护器主要分为6个部分：主处理器LPC2132、信号采集模块、网络通信模块、界面显示模块、按键控制模块和继电保护模块



在装置前端输入电路将采集三相电流和电压经过互感器和运算放大器转变成适合A／D转换直流信号系统内部集成了个逐次逼近型10位8路A／D转换器该转换器具有高达400 kb／s采样速度完全满足了系统实时监控要求；另外在A／D转换电路中增加了独立基准电压源防止外压波动提高装置转换精度由于微处理器LPC2132具有非常高控制和处理能力般主频工作速度可达60 MHz可以同时处理多个开关量输入和4路继电量输出通过对采样信号逻辑运算实现系统通信保护和控制功能

系统装置功能输出和保护动作主要由芯片引脚使能控制但是外接电压抖动常常导致芯片基准电压发生变化在外部掉压情况下为使芯片迅速复位进入正常工作状态系统内部加入了掉电检测电路检测电路分为两级检测前级预警后级动作通过快速中断复位防止FLASH内容发生改变另外在硬件电路设计中充分考虑了抗干扰设计如在系统所有开入开出以及通讯部分都加入了光电耦合器进行隔离保证了系统在现场应用中良好可靠性

3．2 部分外围硬件电路

3．2．1 液晶显示电路

图2为液晶显示控制电路采用显示器采用驱动芯片HT1621所有被测量参数、保护信息、故障信息通过HT1621传输控制在面板液晶显示器实时显示LED指示灯显示装置所处状态如运行、故障、通讯等通过按键可以进行面板菜单操作查阅测量、保护、故障事件信息



3．2．2 通信接口电路设计

LPC2132具有两个符合16C550工业标准通用异步收发器(UART)接口实现下位机和上位机保护器和计算机监控系统之间实时通信通讯地址设置为(1～250)通讯速率(1 200～115 200 kb／s)可设采用国际标准MODBUS协议根据所测量参数设置通信规约为防止数据在通讯传输失真情况在接口电路中加入了光藕隔离通信接口电路设计如图3所示



4 系统软件设计

软件部分设计主要采用嵌入式C语言在ADS 1．2编译环境中进行结构清晰方便升级和移植框架以主为核心包括化、自检、主、定时中断和各个功能模块子各个子功能在主中得到实现



(1)化和自检
化主要包括管脚配置化A／D通道化定时器频率设定以及系统参数化等自检主要检查液晶背光显示是否正常FLASH参数是否正确和装置与监控系统通讯是否正确连接如果自检不通过系统则处于静止等待状态并将出错信息发给上位机和现场监控人员自检通过则进入主

(2)主
装置在进行完有关系统化操作后执行主正常运行时主中完成采样、计算、控制、通讯、保护动作等功能如有自检故障发生将发出故障信号并将故障信号传送管理单元正常运行时还进行判断保护是否启动保护启动则转到保护处理子中去在保护处理子中完成保护数据计算保护判断并根据判断结果执行相应出口操作没有故障时则返回主循环

5 结 语

本文介绍低压智能电动保护器采用ARM嵌入式微处理器LPC2132为系统主控芯片充分利用LPC2132各种内置功能简化了系统设计具有很高性价比该装置功能强大精度高便于组网提高了自动化水平具有良好市场应用价值

来源：现代电子技术
http://article.ednchina.com/Embeded/20070824083103.htm



LPC2132