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基于MCF51EM256低压保护测控装置的研发

2013-04-20 浏览数：3831

摘要：在分析低压配电监控需求的基础上，提出了基于MCF51EM256单芯片SOC的解决方案，该方案利用其片内高精度16位ADC和高速32位COLDFIRE-V1核较好的实现了保护、测量、控制、管理和通讯功能，从而经济高效地满足了低压测控装置的完整需求，具有较高的参考价值。

关键词：低压测控微机保护 MCF51EM256 MQX操作系统

Abstract On the basis of analyzing the demand of low voltage distribution monitoring, this paper put forward a solution based on single chip SOC MCF51EM256, it uses the 16-bit high precision ADC and 32-bit high speed COLDFIRE-V1 core of the SOC to realize protection, measurement, control and communication, thus the whole needs of the low voltage measuring and control device are met economically and efficiently, it has very high reference value.

Keywords low voltage measuring and control, microcomputer, protection, MCF51EM256, MQX operation system

0 引言
在交流50Hz，380V（660V）低压系统中，配出回路繁多，配电柜空间狭小，低压终端上的电机或者其他馈线设备都需要智能化综合测控装置，配合接触器、断路器等，实现智能化、网络化、一体化功能，提高设备智能化管理水平，方便用户的使用。本文研发的低压测控装置就能完整的实现上述的控制、测量、保护、通讯和管理一体化的功能。

1 低压测控装置功能概述
低压测控装置能直接交流采样三相交流电流、三相交流电压、温度热电阻、漏电流信号，通过高速MCU处理器计算负载电流、接地电流、电压、不平衡度、功率、电能等参数，结合内置保护算法处理，根据需要来实现保护的投入、退出、报警或者跳闸，实现可选择性的保护功能；通过开关量的输入输出功能，配合接触器、断路器可完成相关的控制逻辑实现一定的工艺连锁或控制保护功能；如应用在MCC回路中，可完成马达的直接启动，可逆启动，Y-△的启动控制；具有强大的网络通讯功能，采用标准的RS485，MODBUS_RTU协议（可扩展PROFIBUS-DP，工业以太网，CAN网络的DEVICENET）协议可轻松地实现组网功能，方便用户的维护和管理^[1]。一个典型的低压测控装置结构示意图如图1，它从主回路中采集电压、电流、温度等信号，经内部的MCU高速处理，结合开关量输入信号DI进行开关量输出控制处理，带有人机交互显示功能，丰富的网络通讯接口可方便用户的管理。

2 系统硬件设计

2.1 MCU选型

MCU是低压测控装置的核心，它实现了数据采集、数据处理、输出控制、网络通讯和人机交互功能。这里采用Freescale公司最近推出的MCF51EM256的处理器，它采用高速32位 ColdFire V1 内核（具有硬件乘法累加MAC单元）,片内集成带可编程延迟模块PDB和4个16位SAR型ADC，PDB可以直接控制触发ADC的采样，完成了高精度的电压、电流、漏电流、温度的交流采样和测量，结合高速的32位COLDFIRE核，可实现各种测控保护运算算法。硬件独立的RTC和两个安全的FLASH内存可完成事件记录管理功能，同时通过远程固件更新，减少装置的维护成本。多达3个SPI、3个SCI和1个I2C接口，可实现多种网络通讯功能，内部集成了2个TPM多功能定时器模块和1个16位、2个8位定时模块以及丰富的GPIO口，可方便的完成定时中断和各种开关数字量的输入采集和输出控制。借助CODEWARRIOR-IDE开发平台和免费的MQX 操作系统，可高效快速的进行软件开发[3]。