基于P89C591的變電站變送器設計

　　引言

　　目前，我國基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠(chǎng)、大機組、高電壓輸電、高度自動(dòng)控制的新時(shí)代，用電負荷增長(cháng)速度快，超高電壓輸電網(wǎng)絡(luò )不斷擴建，電壓等級越來(lái)越高。各地的變電站建設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傳送足夠的信息，要求變電站的保護定值和控制裝置的整定能夠在集中控制系統中進(jìn)行設定，要求各類(lèi)保護能夠進(jìn)行協(xié)調和匹配。為此，設計了一個(gè)變電站變送器，它在功能上支持靈活的處理數據，能夠可靠地與設備進(jìn)行通信，并將數據可靠地傳給集中控制系統[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的變電站中，以滿(mǎn)足對變電站監測、控制和通訊的需要。該裝置主要監測變壓器高低壓側電流與電壓、頻率及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，計算有功功率、無(wú)功功率、有功電量、無(wú)功電量，分析電能質(zhì)量，統計電能數據等，結合變電站的綜合保護裝置，可以實(shí)現過(guò)電流保護、過(guò)負荷保護、零序電壓保護[2]等。并將監測到的數據和計算結果通過(guò)CAN(控制器局域網(wǎng))總線(xiàn)傳送到上位機中，實(shí)現對變電站的遠程控制[3~4]。系統結構框圖如圖1所示。

　　系統硬件設計

　　本系統采用CAN總線(xiàn)將各個(gè)變電站的變送器組成通信網(wǎng)絡(luò )，用以實(shí)現對變電站的集中控制。微控制器采用帶有CAN控制器的單片機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位分辨率的脈寬調制輸出，帶有CAN控制器，在應用時(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。本設計中采用X5045作為系統上電復位、電源監控和看門(mén)狗電路，可以大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾能力;采用集成數字溫濕度傳感器LTM8901采集變電站內部的溫度和濕度;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輸入模擬多路復用器和一個(gè)10位標準二進(jìn)制逐次逼近式ADC。A/D還可通過(guò)置位ADC8(AUXR1.7)配置成快速轉換的8位模式。8位結果保存在A(yíng)DCH寄存器中。模擬參考電壓和模擬電源通過(guò)單獨的輸入引腳連接。對于10位精度，轉換需要50個(gè)機器周期，當晶振為12MHz時(shí)為25μs。對于8位精度，轉換需要24個(gè)機器周期。輸入電壓范圍為0~+5V。系統的測量量是變電站二次側的電壓量和電流量，取自于電壓互感器和電流互感器的輸出端，其數值一般不能直接滿(mǎn)足A/D轉換的要求，需要經(jīng)過(guò)電量變換電路轉換成滿(mǎn)足A/D轉換要求的數值。滿(mǎn)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轉換。