ARM微處理器LPC2132的智能電動機保護器設計

　　1 引 言

　　隨著電動機控制中心(MCC)技術的發(fā)展，模塊化的得到了越來越廣泛的應用，同時也對電動機保護提出了更高的要求。針對電氣監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度越來越高的發(fā)展趨勢，用低壓智能電動機保護控制器作為發(fā)電廠低壓電動機的保護和測控，是提高電氣監(jiān)控系統(tǒng)運行維護水平的重要手段。

　　目前傳統(tǒng)的8／16位的單片機仍然廣泛應用于電氣保護中，但是他們僅僅具有基本的測量控制功能，在人機界面、數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)控處理能力比較有限，大部分缺少網(wǎng)絡通信功能。在實現(xiàn)自動在線監(jiān)測領域中，ARM芯片在多目標采集，多層次監(jiān)測和網(wǎng)絡化等方面具有強大的優(yōu)勢。由于屬于ARM7系列處理器，能對多個采樣點進行同時測量，具有強大的數(shù)據(jù)處理功能。同時，保護器包括強大的網(wǎng)絡功能和動作保護記錄功能，支持開放式的通訊協(xié)議，構筑成有效的保護測控網(wǎng)絡。

　　2系統(tǒng)的功能特點

　　智能保護器主要是以LPC2132微處理器為運算核心，含有模擬數(shù)字量采集，繼電保護，界面顯示和按鍵控制等功能模塊。系統(tǒng)外接標準的：RS 485通信接口，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和聯(lián)系。LPC2132是一個支持實時仿真和跟蹤 的32位ARM7TDMI-S核的微處理器，并帶64 kB的高速FLASH存儲器，4個通信接口，2個32位定時器，1個10位8路ADC，2個硬件鐵電接口47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。

　　除可以完成傳統(tǒng)測量控制保護的功能外，保護器在設計上主要具有以下特點：

　　針對繼電保護中常出現(xiàn)的誤動情況，把采樣量測量突變瞬時啟動和靜穩(wěn)檢測元件相結合，作為保護裝置的啟動元件模式，從警告信號發(fā)出和保護動作產(chǎn)生設計兩級閉鎖通道，從而保證啟動元件的靈敏度和靜穩(wěn)狀態(tài)破壞時保護器不會產(chǎn)生誤動；

　　通過設置功能選擇菜單，用戶可以根據(jù)自己的需要去掉不必要的功能任務，減少計算量，提高系統(tǒng)運算速度和精度；

　　利用ARM系列單片機強大的網(wǎng)絡通信功能，增大數(shù)據(jù)的采樣通道數(shù)量，實時跟蹤顯示采樣量信息，有效解決了在分布式電氣監(jiān)測控制系統(tǒng)(ECS)中的信息傳輸延時問題。

　　3系統(tǒng)的硬件設計

　　3．1硬件總體結構

　　電動機保護器系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。保護器主要分為6個部分：主處理器LPC2132、信號采集模塊、網(wǎng)絡通信模塊、界面顯示模塊、按鍵控制模塊和繼電保護模塊。

　　在裝置前端，輸入電路將采集的三相電流和電壓經(jīng)過互感器和運算放大器轉(zhuǎn)變成適合A／D轉(zhuǎn)換的直流信號。系統(tǒng)內(nèi)部集成了一個逐次逼近型的10位8路A／D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有高達400 kb／s采樣速度，完全滿足了系統(tǒng)實時監(jiān)控的要求；另外在A／D轉(zhuǎn)換電路中增加了獨立的基準電壓源，防止外壓的波動，提高裝置轉(zhuǎn)換精度。由于微處理器LPC2132具有非常高的控制和處理能力，一般主頻工作速度可達60 MHz，可以同時處理多個開關量輸入和4路繼電量輸出。通過對采樣信號的邏輯運算，實現(xiàn)系統(tǒng)的通信保護和控制功能。

　　系統(tǒng)裝置的功能輸出和保護動作主要由芯片的引腳使能控制，但是外接電壓的抖動，常常導致芯片的基準電壓發(fā)生變化。在外部掉壓情況下，為使芯片迅速復位，進入正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部加入了掉電檢測電路。檢測電路分為兩級檢測，前級預警，后級動作。通過快速中斷復位防止FLASH內(nèi)容發(fā)生改變。另外在硬件電路設計中充分考慮了抗干擾設計，如在系統(tǒng)所有開入開出以及通訊部分都加入了光電耦合器進行隔離，保證了系統(tǒng)在現(xiàn)場應用中良好的可靠性。

　　3．2部分外圍硬件電路

　　3．2．1 液晶顯示電路

　　圖2為液晶顯示控制電路，采用顯示器采用驅(qū)動芯片HT1621，所有被測量參數(shù)、保護信息、故障信息通過HT1621傳輸控制在面板液晶顯示器實時顯示。LED指示燈顯示裝置所處狀態(tài)，如運行、故障、通訊等。通過按鍵可以進行面板菜單操作，查閱測量、保護、故障事件信息。