摘 要：在分析低壓配電監(jiān)控需求的基礎(chǔ)上，提出了基于MCF51EM256單芯片SOC的解決方案，該方案利用其片內(nèi)高精度16位ADC和高速32位COLDFIRE-V1核較好的實(shí)現(xiàn)了保護(hù)、測(cè)量、控制、管理和通訊功能，從而經(jīng)濟(jì)高效地滿足了低壓測(cè)控裝置的完整需求，具有較高的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：低壓測(cè)控 微機(jī) 保護(hù) MCF51EM256 MQX操作系統(tǒng)
Abstract On the basis of analyzing the demand of low voltage distribution monitoring, this paper put forward a solution based on single chip SOC MCF51EM256, it uses the 16-bit high precision ADC and 32-bit high speed COLDFIRE-V1 core of the SOC to realize protection, measurement, control and communication, thus the whole needs of the low voltage measuring and control device are met economically and efficiently, it has very high reference value.
Keywords low voltage measuring and control, microcomputer, protection, MCF51EM256, MQX operation system
0 引言
在交流50Hz，380V（660V）低壓系統(tǒng)中，配出回路繁多，配電柜空間狹小，低壓終端上的電機(jī)或者其他饋線設(shè)備都需要智能化綜合測(cè)控裝置，配合接觸器、斷路器等，實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化功能，提高設(shè)備智能化管理水平，方便用戶的使用。本文研發(fā)的低壓測(cè)控裝置就能完整的實(shí)現(xiàn)上述的控制、測(cè)量、保護(hù)、通訊和管理一體化的功能。
1 低壓測(cè)控裝置功能概述
低壓測(cè)控裝置能直接交流采樣三相交流電流、三相交流電壓、溫度熱電阻、漏電流信號(hào)，通過(guò)高速M(fèi)CU處理器計(jì)算負(fù)載電流、接地電流、電壓、不平衡度、功率、電能等參數(shù)，結(jié)合內(nèi)置保護(hù)算法處理，根據(jù)需要來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的投入、退出、報(bào)警或者跳閘，實(shí)現(xiàn)可選擇性的保護(hù)功能；通過(guò)開(kāi)關(guān)量的輸入輸出功能，配合接觸器、斷路器可完成相關(guān)的控制邏輯實(shí)現(xiàn)一定的工藝連鎖或控制保護(hù)功能；如應(yīng)用在MCC回路中，可完成馬達(dá)的直接啟動(dòng)，可逆啟動(dòng)，Y-△的啟動(dòng)控制；具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485，MODBUS_RTU協(xié)議（可擴(kuò)展PROFIBUS-DP，工業(yè)以太網(wǎng)，CAN網(wǎng)絡(luò)的DEVICENET）協(xié)議可輕松地實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)功能，方便用戶的維護(hù)和管理[1]。一個(gè)典型的低壓測(cè)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，它從主回路中采集電壓、電流、溫度等信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部的MCU高速處理，結(jié)合開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)DI進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸出控制處理，帶有人機(jī)交互顯示功能，豐富的網(wǎng)絡(luò)通訊接口可方便用戶的管理。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 MCU選型
MCU是低壓測(cè)控裝置的核心，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制、網(wǎng)絡(luò)通訊和人機(jī)交互功能。這里采用Freescale公司最近推出的MCF51EM256的處理器，它采用高速32位 ColdFire V1 內(nèi)核（具有硬件乘法累加MAC單元）,片內(nèi)集成帶可編程延遲模塊PDB和4個(gè)16位SAR型ADC，PDB可以直接控制觸發(fā)ADC的采樣，完成了高精度的電壓、電流、漏電流、溫度的交流采樣和測(cè)量，結(jié)合高速的32位COLDFIRE核，可實(shí)現(xiàn)各種測(cè)控保護(hù)運(yùn)算算法。硬件獨(dú)立的RTC和兩個(gè)安全的FLASH內(nèi)存可完成事件記錄管理功能，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程固件更新，減少裝置的維護(hù)成本。多達(dá)3個(gè)SPI、3個(gè)SCI和1個(gè)I2C接口，可實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)通訊功能，內(nèi)部集成了2個(gè)TPM多功能定時(shí)器模塊和1個(gè)16位、2個(gè)8位定時(shí)模塊以及豐富的GPIO口，可方便的完成定時(shí)中斷和各種開(kāi)關(guān)數(shù)字量的輸入采集和輸出控制。借助CODEWARRIOR-IDE開(kāi)發(fā)平臺(tái)和免費(fèi)的MQX 操作系統(tǒng)，可高效快速的進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)[3]。
