【正文】 雙向數(shù)據(jù)通信。 圖211 RS485通信接口電路由MAX3082組成的RS485通信接口電路如圖211所示，它是一個(gè)半雙工接口， 收發(fā)由RE、DE控制，由于這兩個(gè)引腳要求有效電平是反向關(guān)系，所以設(shè)計(jì)中只用 ，它可以將A、B引腳上的RS485電平信號轉(zhuǎn)換為RO引腳上的TTL電平信號，也可將DI引腳上的TTL電平信號轉(zhuǎn)換為RS485電平信號。通過A、B掛接在485母線上就能實(shí)現(xiàn)通訊。 由MAX3082組成的RS485通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)總線型主從式網(wǎng)絡(luò)，由一臺主機(jī)和多臺從機(jī)（低壓數(shù)字繼電器單元）掛在串行總線上。為避免多機(jī)同時(shí)在總線上發(fā) 送信息而發(fā)生沖突，主機(jī)采用輪巡的方法依次同各從機(jī)通信。 微控制器的串行口有多種工作方式，其中方式3是11位異步接收/發(fā)送方式，它的波特率由定時(shí)器1的初值確定。發(fā)送時(shí)可編程位（TB8）根據(jù)需要設(shè)置為0或1（TB8即可作為多機(jī)通訊中的地址數(shù)據(jù)標(biāo)志位也可作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位），接收時(shí)，可編程位被送入SCON中的RB8。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送地址幀時(shí)將它置1，發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)將它置0，微控制器的串口控制器SCON中有一多機(jī)操作位：SM2位，當(dāng)SM2=1時(shí)，若單片機(jī)收到地址幀（第9位為1）時(shí)，則將數(shù)據(jù)放入SBUF寄存器，并置RI=1，向CPU發(fā)中斷請求，若收到數(shù)據(jù)幀（第9位為0）時(shí)，則將數(shù)據(jù)丟失，不產(chǎn)生中斷標(biāo)志；當(dāng)SM2=0時(shí)，無論收到的是地址還是數(shù)據(jù)幀，均能將數(shù)據(jù)放入SBUF中，并產(chǎn)生中斷?！翱撮T狗”即自動(dòng)啟動(dòng)電路，它的工作是靠軟件來策應(yīng)的?！翱撮T狗”可自動(dòng)復(fù)位使CPU彈飛狀態(tài)或從死循環(huán)中進(jìn)入 正常的程序流程。X25045看門狗的工作原理是，每隔一段時(shí)間（）單片機(jī)要通過CS對X25045發(fā)出復(fù)位信號，否則就表明單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)或程序不能正常運(yùn)行，X25045就對單片機(jī)發(fā)出信號使其復(fù)位，重新開始運(yùn)行。如圖212所示，單片機(jī)對X25045的讀寫是分別通過寫端口SI、讀端 口SO和時(shí)鐘端口CLK按照一定的時(shí)序配合來實(shí)現(xiàn)的。為了增強(qiáng)軟件的可維護(hù)性，盡量延長軟件的生命周期，走標(biāo)準(zhǔn)化、工程化的軟件設(shè)計(jì)之路，一般來說，軟件的編制要符合以下的基本要求：【22】（1）理解性、易維護(hù)性。為了便于他人的閱讀理解，往往要采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使得程序流程清晰明了。實(shí)時(shí)性是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的普遍要求，即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。在軟件設(shè)計(jì)中，采用匯編語言比采用高級語言更具有實(shí)時(shí)性；但編寫大的軟件，匯編語言的工作效率又很難達(dá)到要求，因此越來越多的技術(shù)人員采用C語言來進(jìn)行軟件的開發(fā)。 這主要包括兩個(gè)方面的含義：一是指比較容易地制定出測試標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)對軟件進(jìn)行測定；二是指軟件設(shè)計(jì)完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)地分析和動(dòng)態(tài)地仿真運(yùn)行，證明準(zhǔn)確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。這一點(diǎn)對電力系統(tǒng)自動(dòng)化有著重要的意義。 （5）可靠性。 經(jīng)過多方面方案論證，本文采用了新的保護(hù)軟件設(shè)計(jì)思想，完成測量、控制、保護(hù)、通信等綜合功能。多任務(wù)本質(zhì)上借助于時(shí)鐘中斷將CPU運(yùn)行時(shí)間劃分成系統(tǒng)時(shí)間片，在每個(gè)時(shí)間片的開始任務(wù)調(diào)度程序開始取得控制，將當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間片分配給各任務(wù)模塊。要實(shí)現(xiàn)對保護(hù)裝置的電參數(shù)的測量與監(jiān)視，就必須實(shí)時(shí)地收集與處理電量、開關(guān)量狀態(tài)等參數(shù)。因此，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種功能，軟件的設(shè)計(jì)必須對實(shí)現(xiàn)功能占用CPU時(shí)間的分配上，作到有主有次，既要保證功能的完整性，又要保證實(shí)時(shí)性。 軟件的整體結(jié)構(gòu)如下： ①初始化：初始化各種變量，常量，中斷等。 ③通訊中斷：進(jìn)行通信的發(fā)送和接收。⑤保護(hù)任務(wù)：最高級任務(wù)，完成電流保護(hù)，電壓保護(hù)的判斷。 ⑦測量任務(wù)：完成測量計(jì)算的功能。程序開始首先進(jìn)行單片機(jī)的初始化，主要初始化中斷優(yōu)先級、定時(shí)器的設(shè)置，并打開定時(shí)器、串行通訊中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T0和T2；接著進(jìn)行參數(shù)初始化，主要是從X25045相應(yīng)字節(jié)讀出數(shù)據(jù)。op圖3－1 軟件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 主要保護(hù)流程圖 初始化過程流程圖 圖32 初始化過程 任務(wù)調(diào)度流程圖圖33 任務(wù)調(diào)度 采樣過程流程圖 圖34 采樣中斷 通訊中斷流程圖 圖35 通訊中斷 保護(hù)任務(wù)流程圖 以三段式電流保護(hù)、反時(shí)限保護(hù)為例。 圖36 保護(hù)任務(wù)流程圖 保護(hù)功能的邏輯實(shí)現(xiàn) 三段式電流保護(hù)【28】【29】【30】線路相間短路的電流保護(hù)有三種：無時(shí)限電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)，分別稱為相間短路電流保護(hù)第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ段，統(tǒng)稱為線路相間短路的三段式電流保護(hù)。無時(shí)限電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，而該線路剩下部分的短路故障必須依靠帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流保護(hù)第Ⅱ段）來可靠切除。因此它的保護(hù)范圍要求超過相鄰線路（或元件）的末端。圖37 三段式電流保護(hù)邏輯圖 在保護(hù)壓板投入時(shí)，當(dāng)任一相電流I大于整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作I＞Izd1，保護(hù)無時(shí)限動(dòng)作，跳開斷路器；I＞Izd2（Izd3），保護(hù)經(jīng)過時(shí)間T2（T3）后動(dòng)作，跳開斷路器；如過流保護(hù)壓板未投則過流保護(hù)動(dòng)作于報(bào)警。 欠壓、過壓保護(hù) 圖38為欠壓、過壓保護(hù)邏輯圖，當(dāng)三個(gè)線電壓Uab、Ubc、Uca同時(shí)低于欠壓整定值ULzd且線路無電流，如欠壓保護(hù)投入則保護(hù)經(jīng)延時(shí)TL動(dòng)作于跳閘。 圖38 欠壓、過壓保護(hù)邏輯圖 反時(shí)限過流保護(hù)【31】【32】【33】近年來，隨著集成電路技術(shù)和微機(jī)技術(shù)發(fā)展，反時(shí)限保護(hù)以其更優(yōu)良的保護(hù)特性在我國已逐步得到應(yīng)用。對于不同的使用范圍和場合，式(3－1)中的r應(yīng)取不同的值。式(3－1)所表示的反時(shí)限特性具有更通用的表達(dá)式： （３－2） 式(3－2)中I為實(shí)測的故障電流；Ie為起動(dòng)電流定值；K為繼電器設(shè)計(jì)常數(shù)；tk是時(shí)間整定常數(shù)（由用戶整定），范圍為0～1；α為曲線移動(dòng)常數(shù)。在故障處理程序中，根據(jù)實(shí)測的故障電流，計(jì)算出Ip。對于式(3－4)、(3－5)，按上述同樣的方法處理，當(dāng)然也可直接計(jì)算出t?？紤]到一般電動(dòng)機(jī)都有一定的過載能力， 通過的過載電流越小，允許的時(shí)間越長，電動(dòng)機(jī)過載電流與允許工作時(shí)間為反時(shí)限特性，故本裝置設(shè)有反時(shí)限過流保護(hù)。 圖3－10 反時(shí)限保護(hù)邏輯圖 第4章 電磁兼容性分析電磁兼容（EMCElectromagnetic Compatibility）是相對于電磁干擾（EMIElectromagnetic Interference）而言的。當(dāng)敏感設(shè)備上出現(xiàn)了不希望的電壓或電流并影響到它的正常性能時(shí)，則稱之為電磁干擾。（2）傳導(dǎo)：電磁干擾的能量通過電源線和信號電纜以電壓或電流的方式傳播。同一電力系統(tǒng)中的各種電器設(shè)備通過電和磁的聯(lián)系緊密相連，相互影響，由于運(yùn)行方式的改變、故障、開關(guān)設(shè)備的操作等引起的電磁振蕩會波及很多電器設(shè)備，使它們不能正常工作甚至遭到破壞；此外，由于電網(wǎng)的容量和等級的提高，以及直流高壓輸電的出現(xiàn)，大量的電子設(shè)備（如大功率可控硅整流器件、不間斷電源、軟啟動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器等）的使用，非線性負(fù)載及負(fù)載切換等，都使得電網(wǎng)中的諧波干擾變得日益嚴(yán)重； 近年來隨著二次設(shè)備的微機(jī)化、數(shù)字化程度的提高，這些以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，由大量集成電路和微處理器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、通信和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等，增加了二次設(shè)備對暫態(tài)干擾的敏感性，使暫態(tài)干擾 （斷路器動(dòng)作、雷擊、一次系統(tǒng)短路等）和高頻輻射（開關(guān)斷開時(shí)的電弧放電、接觸不良產(chǎn)生的火花放電等）等影響的二次設(shè)備正常工作的問題越來越 突出。因此，在裝置的設(shè)計(jì)過程中，我們從硬件和軟件上都采取了很多措施。我國大部分EMC國家標(biāo)準(zhǔn)從結(jié)構(gòu)上也分為4類：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品（類）標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)，但目前我國尚未制定專用產(chǎn)品EMC國家標(biāo)準(zhǔn) 。 2 ）切斷電磁干擾傳播途徑，或者提高傳播途徑對干擾的衰減作用，以減少噪聲源和受擾設(shè)備之間的噪聲耦合。 電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是：元器件指標(biāo)的合理要求及正確選擇，局部及整體電路的抗干擾控制，元器件及印刷板的布局及配線，局部及整體的屏蔽、濾波及接地技術(shù)的應(yīng)用等。 本裝置硬件的電磁兼容性設(shè)計(jì)【46】【47】 本裝置是二次保護(hù)裝置，由于自身的工作電壓低，內(nèi)部信號多為數(shù)字信號，不會在裝置周圍產(chǎn)生較強(qiáng)的電場、磁場或高頻信號而影響其它二次設(shè)備的正常工作。通過對裝置的運(yùn)行環(huán)境、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)對象的分析，總結(jié)出單元將會遇到的主要干擾有： ●低頻干擾： ① 低壓電網(wǎng)中的諧波； ② 低壓電網(wǎng)中的信號電壓； ③ 電網(wǎng)電壓跌落與短時(shí)中斷； ④ 電網(wǎng)中的三相電壓不平衡和電網(wǎng)頻率的變化； ⑤ 交流電網(wǎng)中的直流成分。主要有以下原因引起：電網(wǎng)中的開關(guān)操作（如投切電容器組）、電網(wǎng)中的故障、雷擊等。 ③衰減振蕩波等 ●靜電放電干擾： 主要來自雷電、操作者、領(lǐng)近帶電物體對設(shè)備的放電。特別是在干燥的季節(jié)脫衣服或用手去觸摸金屬體時(shí)會產(chǎn)生電擊感，此時(shí)人的身體所帶靜電達(dá)幾千伏至幾萬伏以上。 消除靜電干擾最有效的方法是讓設(shè)備的外殼與大地良好的接觸，因此對本裝置的金屬屏蔽外殼保持良好接地可以消除靜電干擾。上述現(xiàn)象可能是高壓、中壓和低壓電網(wǎng)中偶爾產(chǎn)生的短路或接地故障所造成的；電壓中斷則可能是故障情況下的連續(xù)快速重合閘造成的。 本裝置采用在裝置電源后加入儲能電容電感的方法。 電壓/電流浪涌干擾 最常見的是雷電浪涌電流和開關(guān)浪涌電壓。由于這類瞬變的持續(xù)時(shí)間長，能量大，盡管幅度較低，也能使設(shè)備（特別是靈敏度高的設(shè)備）的工作遭受影響，甚至造成損壞，尤其當(dāng)浪涌電壓轉(zhuǎn)換為浪涌電流后危害性更大。為增強(qiáng)模擬通道的抗浪涌干擾能力，在互感器一次側(cè)加接了高頻性能好的瓷片電容以不同的線路方式抑制差模和共模信號；在互感器的二次側(cè)加入瞬態(tài)電壓抑制器進(jìn)行過壓保護(hù)。對于開關(guān)量輸入輸出電路，本裝置都采用了光電耦合對以強(qiáng)電形式輸入的信號進(jìn)行了絕緣隔離傳輸?shù)姆椒▉硪种聘鞣N干擾和防止與強(qiáng)電相連。 快速瞬變脈沖群干擾 這種脈沖群的產(chǎn)生原因有：對小電感性負(fù)載（如繼電器、接觸器） 的切換（傳導(dǎo)干擾）；對高壓開關(guān)（如六氟化硫開關(guān)和真空開關(guān)）的切換（輻射干擾）。它對電子設(shè)備造成干擾，但通常不造成損壞。由于脈沖群的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的正常工作頻率，因此濾波是最有效的方法。 裝置的工作電源最易受到干擾，干擾信號會沿著電源線進(jìn)入裝置內(nèi)部，通過輻射或傳導(dǎo)耦合的方式干擾其他信號或元件的正常工作，造成的后果會十分嚴(yán)重。作為電源濾波器應(yīng)同時(shí)考慮共模干擾和差模干 擾：共模干擾出現(xiàn)在電源線與地線之間，通常是由于地電位升高引起的；差模干擾常產(chǎn)生在相線之間及相線和中線之間。隨著電子器件向低功耗低電壓方向發(fā)展，各種電子裝置的體積越來越小，印制板上的元器件安裝密度越來越高，印制線條越來越細(xì)，其間的距離也越來越小， 這就增加了印制線條本身的阻抗和相互之間的感應(yīng)耦合。 在結(jié)構(gòu)布局上，數(shù)字電路、模擬電路和噪聲源器件等分開放置。另外，在布線層也采用