【正文】 系統(tǒng)的抗干擾能力。(5)上拉電阻：總線不用時，處于高阻懸空狀態(tài)，比較容易受到外界的電磁干擾，可能會產(chǎn)生錯誤的信息，因而在總線上配置上拉電阻可以提高裝置的抗電磁干擾的性能。(3)濾波與去耦：交流模擬信號輸入通道有前置帶通濾波器，兼有抗干擾的作用；在需要提供電源作為內(nèi)部電源的半導體芯片的正電源和地線上并聯(lián)一個的去耦電容；在各插件的與總線板接口處的正電源和地線之間并聯(lián)一個的電解電容和一個的電容，前者抑制低頻干擾，后者抑制高頻干擾。在裝置的硬件設計中，為了增加裝置的抗干擾性能而采取的抗干擾措施有以下幾種：(1)接地的處理：為增強裝置的金屬機殼對外部干擾的屏蔽作用和保障人身安全，在采用密封機箱作為保護裝置外殼的同時，將外殼接大地；為有效地抑制共模干擾，保護裝置內(nèi)部的零電位全部懸浮，即不與機殼相連，并且盡量提高零電位線與機殼之間的絕緣強度和減少分布電容，因此，各印制板電路周圍均用地線或+5V電源線封閉起來，以減少印制板上其他部分與機殼間的直接耦合，這樣當外部共模干擾侵入時，系統(tǒng)各點對機殼的電位隨電源線一起浮動，而相互間的電位不變。 如何防止干擾和元器損壞引起裝置誤動，這是保護抗干擾的重點。一般地，由于微機保護裝置工作在不停的以極高速度和極短周期循環(huán)執(zhí)行程序狀態(tài)，即處在一種動態(tài)工作過程中，所以只要這個過程不終止，干擾就不會產(chǎn)生拒動，至多是增加一點動作延時。由此可見，干擾的存在是值得注意的事情，對一個微機控制系統(tǒng)，良好的干擾能力是實現(xiàn)控制功能的前提條件。③數(shù)據(jù)受干擾而發(fā)生變化。 在一個測控系統(tǒng)中，抗干擾措施采取得不好，干擾會對測控系統(tǒng)產(chǎn)生一些不良的影響，它表現(xiàn)在：①數(shù)據(jù)采集誤差加大。解決可靠性和穩(wěn)定性的措施是多方面的，而提高保護裝置的抗干擾能力是其重要的一方面。如果投入了，則會將數(shù)據(jù)處理模塊得到的結(jié)果與過流整定值比較，如果小于整定值，進入下一保護模塊，反之則會起動定時器，如果在整定的時間內(nèi)故障沒有消失，則在出口未被閉鎖的情況下裝置動作于跳閘。在本裝置中，故障處理模塊是由瞬時電流速斷保護、低電壓保護、斷相保護、堵轉(zhuǎn)保護等模塊組成的。須注意的是，顯示之前應將顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的BCD碼表示，然后查表得各位數(shù)字的顯示碼，并發(fā)送置液晶顯示模塊顯示。： 測量程序流程圖 A/D采樣程序A/D采樣程序是測量主程序的重要組成部分，它的主要任務是依次采集A/D轉(zhuǎn)換六路模擬輸入通道的實時數(shù)據(jù)，并將其存入預定存儲單元，以供后續(xù)程序取用。進入測量主程序之后，首先開啟軟件定時器中斷，并立即執(zhí)行一次軟件定時器0中斷服務程序，在其中斷服務程序中，設置下一次軟件定時器0中斷的時間間隔，在其中斷服務程序中完成電動機數(shù)據(jù)的采集、存儲、數(shù)據(jù)處理以及故障判斷和處理等功能，中斷返回后，等待下一次中斷。各種故障的處理原則是：有故障則故障立即被顯示，具體何時切斷電機電源對電機實現(xiàn)保護則根據(jù)故障性質(zhì)而定，各種故障從發(fā)生到保護有不同的延時時間。首先對單片機各口線、內(nèi)RAM,外設、以及啟動時間等作必要的預置工作，為避過啟動瞬間的沖擊電流設置了啟動過程延時處理，在此期間只對短路和斷相故障作檢測處理(圖中略).電機啟動過程結(jié)束后正常運行時，單片機循環(huán)對故障進行連續(xù)不斷的檢測，一旦故障發(fā)生，則首先判別故障的優(yōu)先級，還不斷地對高于其優(yōu)先級的故障進行交叉檢測(例如：在過載反時限延時期間要對漏電和短路進行檢測識別)，以實現(xiàn)電機的可靠保護。由于系統(tǒng)的主控部件為單片微型計算機，它的工作完全靠軟件支持，即單片機怎樣接收控制指令和故障輸人電信號；怎樣對這些信號進行判斷；怎樣輸出控制信號等等，即將具有特定任務的一部分作為一個單元，編制一段程序，在必要時可多次調(diào)用，成為一個功能模塊。（3）模塊化編程使得要解決的問題與特定模塊分離，很容易找到出錯的模塊大大簡化了調(diào)試。（2）同類的需求較多時，可把程序放入庫中以備以后使用，例如，顯示驅(qū)動，若要再使用顯示驅(qū)動。模塊化編程有以下優(yōu)點：（1）模塊化編程使程序開發(fā)更有效，小塊程序更容易理解和調(diào)試。 模塊化編程是一種軟件設計方法，各模塊程序分別編寫、編譯和調(diào)試。 ③ 對程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)進行合理規(guī)劃。為此本裝置軟件設計的主要原則是：① 軟件的設計與硬件電路的設計綜合進行。其連接電路為： 看門狗電路圖5 電動機保護裝置的軟件設計 系統(tǒng)中的信號采集、控制決策確定及控制量輸出等各項功能都要通過軟、硬件共同來實現(xiàn)。(7)復位信號輸出端（RST）上電時，自動產(chǎn)生200 ms的復位脈沖；手動復位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復位信號輸出。(6)看門狗信號輸入端（WDI）程序正常運行時， s的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。(4)電源故障輸入端（PFI）當該端輸入電壓低于1．25 V時，5號引腳輸出端的信號由高電平變?yōu)榈碗娖健?2)工作電源端（VCC）：接+5V電源。其引腳功能及工作原理說明：(1)手動復位輸入端 當該端輸入低電平保持140 ms以上。若設法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會最大限度地減少損失。若程序發(fā)生“死機”，則看門狗產(chǎn)生復位信號，引導單片機程序重新進入正常運行。為使這種“跑飛”或進入“死循環(huán)”的程序自動恢復，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯。硬件部分是是保護裝置的物質(zhì)基礎，是后面軟件開發(fā)的前提條件。本章主要介紹了電動機保護裝置的硬件設計。本文選用RS232通訊協(xié)議進行通訊。通訊部分電路圖如上圖所示，下側(cè)接口為通訊預留口，可直接以插口的形式與上位機連接。本設計充分考慮后在系統(tǒng)設計時添加了通訊部分，以實現(xiàn)遠方通訊和控制。向上、向下用于選擇菜單，查詢各個保護的狀態(tài)等。管腳名稱有效電平功能1GND0V電源地2Vcc+5V正電源3Vadj負顯示對比度調(diào)整4WR低寫信號5RD低讀信號6CE低片選信號7A0高/低高：寫命令字或讀數(shù)據(jù)低：寫數(shù)據(jù)參數(shù)或讀數(shù)據(jù)8RST低復位信號9～16DB0～DB7高/低數(shù)據(jù)線 芯片MPU引腳功能 鍵盤電路設計鍵盤是典型的輸入設備，其功能是為了查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)簡單的人機通信。SED1335控制板外形尺寸為9050mm，板上有兩個接口：分別為J1和J2，其中J1為單片機控制板接口（16針），J2為液晶顯示器（LCD）接口。其主要特點有：（1）帶有較強功能的I/O緩沖器；（2）指令功能豐富，四位數(shù)據(jù)可并行發(fā)送，最大驅(qū)動能力為640256點陣；SED1335的硬件部分由MPU接口單元、內(nèi)部控制單元、驅(qū)動單元等組成。液晶顯示器在本保護裝置中用來顯示裝置的告警信息、故障報告、測量值及其他命令菜單等。液晶顯示模塊的引腳RESET掛在+5V上。其內(nèi)嵌控制器為SED 1335控制器，它具有豐富的指令系統(tǒng)，較強的I/0緩沖區(qū)。常常用于各種便攜式設備顯示前端儀器中?？贏上作在方式2時，口C提供5個聯(lián)絡信號。B組中，口B為I/0口，口C的三位為其提供聯(lián)絡信號。輸入時只有口A有鎖存功能。同時，三個端口的特點有所不同，口A輸入和輸出都帶鎖存，口B和口C輸出有鎖存，但輸入無鎖存。 8255芯片及應用 8255及端口8255是可編程外圍并行接口芯片，有三個8位的并行口，端口既可編程為普通的I/0口，也可編程為選通I/0和雙向傳輸口，8255為總線兼容型的，可與C8051F360的總線直接接口。 單片機介紹Intel公司生產(chǎn)的C8051F系列單片機是一種高度集成的SOC型芯片，除兼容8051的微控制器內(nèi)核、指令系統(tǒng)、數(shù)字外設部件外、還具有數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的模擬部件及其他數(shù)字外設部件，包括MUX、程控放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I2C、SPI、USB、雙UART、PCA、內(nèi)時鐘、PLL、內(nèi)置大容量FLASH以及片內(nèi)XRAM等大量的資源，使單片機既能處理數(shù)字信號，又能處理模擬信號，成為真正的混合信號系統(tǒng)級芯片或片上單片機系統(tǒng)。再通過光電耦合濾除干擾進入單片機。然后在信號采集電路中對信號進行多路同步采樣。本系統(tǒng)故障檢測信號取自于電動機UAC相線電壓、三相線電流、負序電流和零序電流，共六路模擬輸入信號，實時的電壓和電流信號經(jīng)過PT和CT的轉(zhuǎn)換，成為可處理的低電平信號，經(jīng)過預處理電路。在人機接口模塊，用戶通過鍵盤可以查詢各個保護情況；單片機發(fā)出的事件報告和采樣信息也通過顯示器顯示。電壓互感器二次側(cè)電壓、電流互感器二次側(cè)電流的模擬量首先進入電流電壓變換模件進行交流變換，然后進入濾波元件濾波后進入ad轉(zhuǎn)換器，接著通過光電耦合去除干擾，進入單片機C8051F360，由單片機微處理器讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過一定的算法進行信號處理和故障判斷。如下圖為系統(tǒng)硬件框圖： 保護裝置原理框架圖如上圖所示，為系統(tǒng)的電氣原理圖，系統(tǒng)的控制核心采用單片機C8051F360。硬件是微機保護系統(tǒng)的基礎，軟件設計必須與硬件協(xié)調(diào)，從而完成微機保護功能。在本文保護裝置中，選取全周波傅氏算法作為系統(tǒng)的采樣算法。現(xiàn)在己有快速傅氏算法等用以克服這些缺點。當n=1時，為基波情況，實部和虛部為： () () () ()由此可得到： () ()傅氏算法優(yōu)點是能夠有效地抑制各次諧波，有數(shù)據(jù)濾波作用。設被采樣電流i(t)和電壓u(t)包含直流分量和各次諧波分量，則分解為傅氏級數(shù)： () () () ()其中實部：　　 ()　　 　 ()虛部： () ()這種算法在計算機上實現(xiàn)時，是對離散的采樣值進行運算，假設在一個周期采樣N個點，
……
，……，可用N個采樣值的總和代替上述積分運算。交流采樣省去了整流器件，降低了造價，簡化了裝置構(gòu)成。交流采樣對A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和采樣保持器要求較高；為了保證測量精度，一個周期內(nèi)，必須保證足夠的采樣點數(shù)，而且采樣計算程序相對復雜，對CPU要求較高。交流采樣法主要取決于兩個因素：測量精度和測量速度。交流采樣電路中除去了阻容濾波電容，因而在響應速度方面比直流采樣有極大改善，特別對于那些對響應特性要求較高的隨動系統(tǒng)非常有益。②電流互感器的采樣信號到單片機輸入接口往往需要比例放大，這就要求信號變換電路失真要小。交流采樣的關鍵技術有幾個方面：，這對于工頻電流信號是不成問題的，因為目前單片機的處理速度已經(jīng)足夠。在一些比較高檔的儀器儀表中，人們普遍采用交流采樣。而且一個系統(tǒng)的全電量采集需要多個整流器件、使得裝置的結(jié)構(gòu)龐大、可靠性降低。直流采樣的整流電路中二極管半波整流和橋式全波整流都存在二極管的導通壓降影響整流電路線性的問題，特別是在信號電壓較低的時候，影響更大。直流采樣的好處是不經(jīng)過采樣裝置處理的，所以采樣周期和速度不受限制，軟件設計簡單，計算方便，對采樣值只需做比例變換即可得到被測量的數(shù)值。 直流采樣 在微機應用初期，一些參數(shù)的測量普遍采用直流采樣，直流采樣是把交流電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓，再送到A/D轉(zhuǎn)換器。但是由于實際供電電源總存在一定的不對稱，即使在正常運行時，電動機也會有一定的負序電流存在，負序保護整定必須躲過這一不平衡電流。負序過電流保護分兩段：l)當電動機發(fā)生斷相、反相或匝間短路，將產(chǎn)生負序電流，裝置根據(jù)負序電流值提供保護。B、C端點間電壓推導如下： （）聯(lián)立以上兩式得： （）∴ （）= （）式中：Z+—三相異步電動機正序相阻抗Z—三相異步電動機負序相阻抗在忽略勵磁阻抗的影響時，Z+、Z計算如下：=2r1+2jx1+（）+j2（x1+） （）∴ （）電流有效值為： （）在電動機運行過程中發(fā)生缺相故障：0s1,故s1忽略不計 （）(2) 在電動機啟動時己經(jīng)缺相此時S=l，故：= （）式中r1——定子繞組每相電阻折算值； ——轉(zhuǎn)子繞組每相電阻折算值； S——轉(zhuǎn)差率； 　x1——定子電抗； x2——轉(zhuǎn)子電抗折算值；Uφ——相電壓；把S=1代入得：∴ （）式中：IQX3為額定啟動線電流IQX3= (4~7)Ie故啟動時，在斷相情況下，斷相運行電流為IB =(~6) Ie同樣電動機在額定負載下斷相時，電動機轉(zhuǎn)速將下降直至停轉(zhuǎn)，此時斷相電流也達(~6) Ie由此可見在斷相時，電流是額定電流的