基于C8051F041的電力變壓器非電量保護裝置

軟件方面，能實時地讀取端口狀態。其硬件措施如下：采用電阻實現前端光電二極管的限流，當任何一路瓦斯繼電器動作時，其端口便會短路。瓦斯信號處理模塊電路原理圖如圖4所示。MCU模塊只需要定時實時采集即可監測瓦斯繼電器的狀態。

3.4 調壓檔位監測及輸出

調壓檔位狀態信號的輸出選用單刀常開型繼電器。調壓檔位狀態信號以BCD碼的形式從控制的繼電器輸出。由單片機輸出數字信號至低速光耦TLP521，光隔離后控制三極管TIP42的導通來控制繼電器的通斷。

3.5 電源模塊

為了使整個系統穩定可靠，電源模塊是至關重要的部分。在本系統的電源設計中，采用了多級濾波以及抗干擾措施。鑒于變壓器現場中高壓環境的存在，以及變壓器現場容易引雷的問題，在系統中還加入了多級抗雷擊保護功能，防止感應雷在電源線上造成的高壓竄入控制系統引起控制系統的損壞。

3.6 通信模塊

為了防止外界干擾，首先采用高速光耦將單片機的UART口和RS-485通信器件隔離，單片機和RS-485通信器件單獨供電，這樣由通信線路從外界引入的干擾將止于高速光耦處，不會從光耦進入單片機，大大提高了單片機的穩定性。

同時，C8051F04x系列器件具有控制器局域網(CAN)控制器，采用CAN協議串行通信。在此控制器基礎上，外加兩個高速通信光耦隔離，然后再連接至CAN總線物理層收發器。

3.7 系統抗干擾技術

本系統主要采用串模干擾及其抑制、共模干擾及其抑制、CPU抗干擾技術增強系統的穩定性和可靠性。

4 軟件設計

4.1 實時操作系統和開發環境的選擇

綜合考慮主變壓器非電量保護系統的高實時性、多任務多線程、C8051F041的硬件條件和實際可操作性，最后確定以51系列μC／OS-II的小型實時操作系統作為系統控制的運行平臺，在其基礎上進行主變非電量的智能實時測控保護。

綜合考慮本系統需要實現的功能，總結出了十大任務可供系統調用：瓦斯檢測任務、溫度檢測任務、有載分接頭檢測任務、開關量輸出任務、信息顯示任務、鍵盤檢測任務、CAN總線通信任務、RS-485總線通信任務、恒流源輸出調整任務以及恒壓源輸出調整任務。

在這些任務中，瓦斯檢測任務、溫度檢測任務、有載分接頭檢測任務、開關量輸出任務、信息顯示任務、恒流源輸出調整任務、恒壓源輸出調整任務均沒有外部中斷啟動條件，因此，這些任務都作為時鐘實時定時任務。鍵盤輸入的檢測也是由時鐘實時定時任務來完成。CAN總線通信任務和RS-485總線通信任務是由外部中斷觸發啟動或者內部事務主動調用啟動。

本系統的開發編譯環境采用KeilμVision3，它是Keil Software公司最新出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統。Keil μVision3本身最初的目的是為ARM設計的開發環境，而ARM上面一般均為運行操作系統。

4.2 軟件算法

本系統的軟件算法主要涉及到溫度監測、瓦斯監測、有載分接開關監控、鍵盤顯示控制、通訊控制、系統調度控制。

溫度監測和瓦斯監測將作為一個系統時鐘中斷驅使任務，可定時實時完成；有載分接開關監測也作為一個系統時鐘中斷驅使的任務，定時實時完成；供顯示任務和通信任務調用；鍵盤顯示控制中共有4個按鍵，先由2個I／O口掃描輸出，然后再由2個I／O掃描輸入，確定按鍵是否按下；通訊控制算法主要是解決通訊任務的啟動方式，分為實時中斷啟動和隨機中斷啟動兩種方式；系統調度控制的作用是對上述幾個任務進行調度和分配，同時也承擔系統各控制參數的修改、控制和檢測。

5 結束語

新型主變壓器集成式非電量智能測控裝置實現了“集成化”和“智能化”。其硬件電路采用C8051F041混合信號型MCU作為控制器的核心，從而大大降低了整個測控裝置的功耗和體積，提高了實時控制能力。軟件設計上，以實時操作系統為平臺，并在其基礎上快速、良好而又實時地運行各種檢測和顯示任務，達到了智能化和實時性的目的。


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