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繼電保護(hù)儀對(duì)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)的方法
校驗(yàn)裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)的方法
根據(jù)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀的測(cè)試功能、工作原理及工作過(guò)程，確定本校驗(yàn)裝置應(yīng)能夠?qū)^電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀電量輸出及開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試等功能進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)裝置對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀的校驗(yàn)接線方法如圖2-2所示。
電量輸出功能校驗(yàn)
將被校繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀電量輸出端子與繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置電量輸入端子對(duì)應(yīng)連接，如圖2-2中虛線部分所示。校驗(yàn)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀直流電量輸出時(shí)，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀輸出電量范圍內(nèi)的多個(gè)輸出量進(jìn)行測(cè)量，并多次測(cè)量某一輸出量，計(jì)算出記錄數(shù)值的平均值，以此為標(biāo)準(zhǔn)值，與繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀設(shè)定值進(jìn)行比較;本校驗(yàn)裝置交流測(cè)量顯示值為有效值，因此，校驗(yàn)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀交流電量輸出時(shí)，如果實(shí)驗(yàn)儀顯示器顯示為有效值，則直接比較設(shè)定值與鋇」量值，如果顯示為峰值，則將測(cè)量值換算為峰值后再與設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算實(shí)驗(yàn)儀電量輸出功能的誤差。通過(guò)上述方法對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀電量輸出功能進(jìn)行校驗(yàn)。
開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間校驗(yàn)
繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀對(duì)繼電器進(jìn)行測(cè)試的方法為:將繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀開(kāi)出量端子及其公共端與繼電器連接，開(kāi)入量端子及其懸浮的公共端與繼電器動(dòng)作接點(diǎn)連接，繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀輸出不斷增加的電量，達(dá)到一定幅值時(shí)繼電器動(dòng)作接點(diǎn)動(dòng)作。根據(jù)這一過(guò)程，確定本校驗(yàn)裝置對(duì)試驗(yàn)儀的校驗(yàn)方法為:將被校驗(yàn)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀開(kāi)關(guān)輸出端子、開(kāi)關(guān)輸入端子與繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置開(kāi)關(guān)輸入端子、開(kāi)關(guān)輸出端子對(duì)應(yīng)連接，如圖2-2中實(shí)線部分所示。首先設(shè)定校驗(yàn)裝置定時(shí)時(shí)間，等待被校實(shí)驗(yàn)儀開(kāi)出量端口輸出啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)輸出后，被校實(shí)驗(yàn)儀開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)校驗(yàn)裝置開(kāi)始，并在顯示器上顯示。結(jié)束后，由校驗(yàn)裝置開(kāi)出量端口輸出停止信號(hào)，被檢裝置同時(shí)停止計(jì)時(shí)，以校驗(yàn)裝置設(shè)定值為標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)比兩個(gè)時(shí)間值，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)儀定時(shí)功能的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀動(dòng)作時(shí)間測(cè)試功能的校驗(yàn)。
校驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述校驗(yàn)方法，確定繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置主要結(jié)構(gòu)應(yīng)包括嵌入式微處理控制器(MCU、交/直流(AC/DC)變換、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)識(shí)別與處理、控制邏輯、精密時(shí)基和人機(jī)界面等單元，有機(jī)融合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)測(cè)試、信號(hào)識(shí)別等*技術(shù)，能夠完成對(duì)實(shí)驗(yàn)儀電量輸出、動(dòng)作時(shí)間測(cè)試等功能的測(cè)試校驗(yàn)任務(wù)。
繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)
校驗(yàn)裝置主要包括兩個(gè)處理通道。一是輸入的電量信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入模塊調(diào)整為與電路測(cè)量范圍相匹配的值后接入信號(hào)變換模塊處理，然后送入A/D轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)光電禍合器接入微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理，通過(guò)液晶顯示器(LCD)顯示相應(yīng)數(shù)值，完成對(duì)電量的測(cè)量。另一個(gè)通道是動(dòng)作信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入模塊調(diào)整為與電路匹配的輸入信號(hào)，送入動(dòng)作信號(hào)識(shí)別模塊，轉(zhuǎn)換成微處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并由微處理器進(jìn)行相應(yīng)操作，控制輸出模塊輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)作時(shí)間的校驗(yàn)工作。人機(jī)界面包括液晶顯示器和操作鍵盤(pán)。
技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，本課題設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置各校驗(yàn)
功能技術(shù)指標(biāo)如下:
交流測(cè)量:0一19.999A一199.99A
0一1200.0V 0.5%士1個(gè)字
直流測(cè)量:0 -0.19999A一19.999A
0一1200.0V 0.2%士1個(gè)字
通電(斷電)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試:
0.1 0000s一1.00000s一10.0000s一100.000s 0.002%士1個(gè)字
微處理器及外圍電路設(shè)計(jì)
微處理器及外圍電路是校驗(yàn)裝置的大腦，是驅(qū)動(dòng)校驗(yàn)裝置各個(gè)功能的核心部分。只有合理分配各個(gè)I/o口，充分利用微處理器的各項(xiàng)功能，才能使這個(gè)核心發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。
附錄工中所示電路圖為本校驗(yàn)裝置的微處理器及外圍電路圖。圖中包括了微處理器、晶振、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、液晶顯示電路和各個(gè)電路接口，包括與A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)接口、小信號(hào)繼電器控制接口、動(dòng)作信號(hào)識(shí)別接口、液晶顯示接口以及上位機(jī)通信接口等。
宏晶科技推出的新一代STC90C51 RC/RD+系列單片機(jī)，可工作在12/24MHz頻率、12/6周期下，并且*抗干擾、高速、低功耗，指令代碼*兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。
STC90C58RD+是該系列單片機(jī)中的一個(gè)型號(hào)共40個(gè)引腳，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括:其用戶(hù)應(yīng)用程序空間為32K字節(jié)，足夠存儲(chǔ)校驗(yàn)裝置使用的顯示器生成的字模代碼;片上集成1280字節(jié)RAM，保證系統(tǒng)軟件運(yùn)行流暢;35個(gè)通用I/O口，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能控制提供充足的控制引腳;內(nèi)置ISP/工AP功能;片內(nèi)集成29K EEPROM，為用戶(hù)記錄數(shù)據(jù)提供足夠的存儲(chǔ)空間;內(nèi)置看門(mén)狗;內(nèi)部集成MAX810復(fù)位電路;包含16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。
T0, T1, T2，其中定時(shí)器TO還可以作為2個(gè)8位定時(shí)器使用;擁有4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，8個(gè)中斷源，其中電平下降沿或低電平觸發(fā)外部中斷4路[3STC90C58RD+單片機(jī)功能強(qiáng)大，抗*力強(qiáng)，非常適合作為本課題設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置的微處理器。
采用的是有源晶體振蕩器MX045HST，主要目的是保證微處理器所需的工作時(shí)鐘脈沖信號(hào)有很高的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。MX045HST輸出脈沖上升、下降時(shí)間為8ns，輸出頻率穩(wěn)定性很高，為士20ppm，并且合理的結(jié)構(gòu)使其在短穩(wěn)和相位噪聲方面表現(xiàn)良好，適合對(duì)時(shí)序要求靈敏的應(yīng)用場(chǎng)合，*系統(tǒng)需求。
系統(tǒng)時(shí)鐘芯片DS1302o DS1302是美國(guó)DALLAS公司的一種高性能、低功耗、帶RAM、具有涓細(xì)電流充電功能的8引腳實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片主要特點(diǎn)是:DS1302時(shí)鐘芯片采用串行數(shù)據(jù)傳輸，使掉電保護(hù)電源可編程充電，并可關(guān)閉該功能;可計(jì)數(shù)項(xiàng)包括年、月、日、時(shí)、分、秒、星期，遠(yuǎn)可提供2100年的時(shí)間;有31*8位額外數(shù)據(jù)暫存寄存器，可記錄系統(tǒng)事件時(shí)間點(diǎn);少I(mǎi)/O引腳傳輸，僅通過(guò)三引腳控制，為微處理器節(jié)省了控制引腳;此芯片的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度幾乎由X 1, X2引腳外接的32768Hz晶振決定，只要使用質(zhì)量較高的時(shí)鐘晶振，即可為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間。
繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀校驗(yàn)裝置操作選擇項(xiàng)目較多，顯示器較小會(huì)造成界面設(shè)計(jì)擁擠，使用者不便閱讀、操作。因此，選用MS320240液晶顯示器。它使用RA8835作為控制器，這款控制器的特點(diǎn)為:有較強(qiáng)功能的I/O緩沖器，其*性之一是微處理器訪問(wèn)RA8835不需判“忙”，微處理器可在任意時(shí)刻對(duì)RA8835訪問(wèn)，并且得到及時(shí)的指令、數(shù)據(jù)傳輸就位，無(wú)延遲，執(zhí)行指令更流暢，面對(duì)大屏上大量顯示數(shù)據(jù)修改時(shí)不會(huì)影響顯示效果。另外，其指令功能豐富(在第四章會(huì)得到詳細(xì)描述)，四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，驅(qū)動(dòng)能力為640*256o MS320240使用藍(lán)模寬溫液晶片，LED藍(lán)光作為背景光。這些特點(diǎn)使M 5320240使用起來(lái)更方便，視覺(jué)效果更良好，顯示區(qū)尺寸也*符合校驗(yàn)裝置的需要。
MS320240有20個(gè)引腳，其中引腳6 (CS引腳)為片選引腳，引腳8 (RST引腳)為復(fù)位引腳，通常這兩個(gè)引腳需要與微處理器連接，但為節(jié)省微處理器的控制引腳，本設(shè)計(jì)中將引腳6接數(shù)字地，引腳8接高電平，這樣不會(huì)影響本校驗(yàn)裝置的現(xiàn)實(shí)效果。
電量測(cè)量電路設(shè)計(jì)
繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀輸出的電量信號(hào)一般為幾百至上千伏特的交、直流電壓信號(hào)和幾十至上百安培的交、直流電流信號(hào)。因此，輸入電路應(yīng)對(duì)其進(jìn)行衰減，達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器可正常工作的范圍。A/D轉(zhuǎn)換器可識(shí)別的信號(hào)為直流電壓信號(hào)，需將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，交流信號(hào)通過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)換，變?yōu)橹绷餍盘?hào)。
A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
模擬信號(hào)是不能被微處理器直接測(cè)量識(shí)別出來(lái)的，只有通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，才能通過(guò)微處理器處理并由液晶顯示器顯示出測(cè)量結(jié)果。
電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，校驗(yàn)裝置分辨率應(yīng)比被校裝置的顯示分辨率高一位。因此，在本校驗(yàn)裝置中選用4 1/2位雙斜率積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
ICL7135是MAX工M公司生產(chǎn)的4位半(相當(dāng)于15位)CMOS雙斜率積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其量限為士2V，分辨率為20000個(gè)字，具有雙性高阻抗差動(dòng)輸入、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、超量程和自動(dòng)性判別等功能
工CL7135轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖3-1所示。工CL7135一次轉(zhuǎn)換過(guò)程包括4個(gè)階段:1.自動(dòng)調(diào)零階段;2.被測(cè)電壓固定時(shí)間積分階段T1; 3.基準(zhǔn)電壓返向積分階段T2; 4.積分器自動(dòng)回零階段。