基于單片機的SF6密度表校驗儀的設計

周皓　馮明超　薛炎

摘 要：產(chǎn)品開關(guān)是電力系統(tǒng)廣泛使用的高壓電器，SF6開關(guān)的可靠運行已成為供用電部門最關(guān)心的問題之一。SF6氣體密度繼電器是用來監(jiān)測運行中SF6開關(guān)本體中SF6氣體密度變化的重要元件，其性能的好壞直接影響到SF6開關(guān)的運行安全。文章對基于單片機的SF6氣體密度系統(tǒng)做了一定的研究，利用STC89C51單片機的AD采樣、數(shù)據(jù)存儲、溫度測量等模塊，通過GB-3000A（G/HK）壓力變送器對SF6氣體密度進行校驗。

關(guān)鍵詞：STC89C51單片機；SF6氣體；密度繼電器

中圖分類號：TM586 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0069-03

1 緒論

SF6斷路器和空氣斷路器一樣，都是氣吹型斷路器[1]。兩者原理相似，只是前者是用的是SF6氣體而后者用的是空氣作為滅弧和絕緣介質(zhì)。常用的SF6斷路器有LN1-35型、HB36型兩種。在通常的情況下，SF6氣體的密度大約為空氣的5倍，它是一種惰性氣體，無毒、無味。但是，在電弧作用下SF6氣體的小部分將會被分解，一些有毒的低氟化物會生成，比如SF4、SOF2、SOF4和SO2F2等。這些氣體不僅對金屬部件有腐蝕和劣化作用而且對身體健康也會有影響。這就必須在設備上安裝SF6氣體密度繼電器，但是作為監(jiān)視SF6氣體密度的繼電器在安裝后除非發(fā)生意外情況，否則繼電器基本上不會動作[2]。

2 SF6氣體密度繼電器校驗儀的工作原理

根據(jù)查閱各種資料，結(jié)合單片機技術(shù)，本文提出了一種現(xiàn)場校驗的方法，其工作原理如圖1所示。

通過SF6電氣設備的儀表檢測接口，把傳感器與壓力儀表管路連通（儀表系統(tǒng)管路與SF6儲氣罐在校驗前處于封閉狀態(tài)），這個時候它是一個連通氣路。具體的SF6密度表校驗裝置工作過程如下[3]：（1）開啟貯氣罐的總閥門，這時貯氣罐中的SF6氣體開始向管道內(nèi)流動，管道的壓力不斷上升，直到壓力達到設定值后，總閥門關(guān)閉。（2）開啟減壓閥，管道的SF6氣體會逐漸的流出，管道中的氣體壓力會逐漸的減小，當管道中氣體壓力衰減到一定程度的時候，校驗儀的繼電器會動作并發(fā)出聲音告示。（3）在SF6氣體密度繼電器發(fā)生報警（或閉鎖）動作的同時，LCD1602上將會鎖存繼電器發(fā)生報警（或閉鎖）動作時的壓力值P2（P1）。我們可以通過密度繼電器銘牌上記錄的額定報警（或閉鎖）值與LCD1602記錄下的繼電器報警（或閉鎖）動作時的P2（P1）值進行比對，從而校驗了SF6氣體密度繼電器的可靠性及準確性[4]。

3 總體設計概述

本系統(tǒng)采用STC89C51單片機控制輸出數(shù)據(jù)，由自帶集成芯片產(chǎn)生實時時鐘信號。系統(tǒng)設計框圖如圖2所示。

3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊

A/D轉(zhuǎn)換電路模塊采用了PCF8591芯片。PCF8591就是一種A/D轉(zhuǎn)換芯片，它包含I2C總線接口。在信息傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)線SDA以及時鐘線SCL就可以實現(xiàn)CPU與芯片之間的傳輸，PCF8591通過使用AIN0通道采集電壓。由軟件決定電壓數(shù)據(jù)的采集時間和數(shù)據(jù)的存儲以及送顯[5]。

3.2 數(shù)字時鐘模塊

數(shù)字時鐘部分，電路中X1和X2為外接32.768KHz晶振。Vcc1備份電源輸入引腳。當Vcc2的電壓小于Vcc1+0.2V時，由Vcc1向DS1302供電；當Vcc2的電壓大于Vcc1+0.2V的時候，則相反，同時備份電源經(jīng)過該引腳由Vcc2進行涓流充電[6]。

3.3 溫度傳感器DS18B20

作為DS18B20的數(shù)字溫度計。它本身提供了9至12位可編程設備的溫度讀數(shù)。通過1線接口信息可以發(fā)送到DS18B20，所以單片機與DS18B20只需一個一條口線連接。數(shù)據(jù)線本身為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換提供了能量，不需要再另外的外接電源。

3.4 LCD1602液晶屏

LCD1602是字符型液晶顯示器，其字符存儲器存儲了160個字符的ASCII字符集字庫，每一個字符都對應著一個固定的代碼。正常情況下不可顯示圖形或者漢字。

4 系統(tǒng)程序設計

4.1 獨立按鍵部分

對于獨立式的按鍵的判鍵，首先要判別是否有按鍵按下。如果有按鍵按下，則延時一會兒，然后判斷鍵按是否真的按下了。如果確實真的有按鍵按下了，則再判別按鍵釋放，最后執(zhí)行按鍵功能程序。

4.2 顯示部分

先對液晶屏進行初始化命令，令RESET腳為低電平，延時1200us，再將RESET復位腳拉為高電平，空操作1次。最后對液晶屏進行清屏；在調(diào)用顯示函數(shù)，先進行寫地址，在進行寫數(shù)據(jù)就可以顯示了所寫的數(shù)據(jù)了。

4.3 A/D采樣部分

對于A/D采樣部分，系統(tǒng)運行后首先是初始化，然后判別是否有數(shù)據(jù)采集，判斷完畢后進行轉(zhuǎn)換，最后進行輸出送顯。考慮到輸出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進行5次采集取最后一次輸出。

4.4 溫度采樣部分

溫度采集部分和A/D采樣部分比較類似，首先是辨別是否到達了預定的采集時間，時間到達后就進行采集，采集完成后就送顯。

4.5 時鐘部分

時鐘部分，是通過串口對時鐘進行更新，所以程序運行后，首先要判定串口是否有更新，若有更新則讀取外部串口的時鐘信息，然后輸出送顯，若沒有更新則直接輸出送顯。程序中過一段時間自動會檢測串口是否有更新。

4.6 主要程序框圖

主要程序框圖如圖3所示。

4.7 實現(xiàn)功能

（1）正常啟動時，還未介入傳感器，壓強顯示為0MP，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，如圖4所示。

（2）調(diào)節(jié)電位器模擬傳感器壓力增加，壓強顯示為

0.13MP，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，如圖5所示。endprint

（3）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬報警信號，壓強顯示為

0.52MP，同時采集閉鎖值p1為0.52H，說明當時采集到的報警值高于標準的設定值，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，如圖6所示。

（4）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬報警信號，壓強顯示為

0.45MP，同時采集閉鎖值p1為0.45，說明當時采集到的報警值等于于標準的設定值，蜂鳴器響。時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，如圖7所示。

（5）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬報警信號，壓強顯示為

0.39MP，采集報警值為0.39L，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，如圖8所示。

（6）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬閉鎖信號，壓強顯示為

0.36MP，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，同時顯示之前采集的報警值p1為0.39L，采集閉鎖值為0.36H，表示報警值大于預設值，如圖9所示。

（7）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬閉鎖信號，壓強顯示為

0.35MP，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，同時顯示之前采集的報警值p1為0.39L，采集閉鎖值為0.35，表示報警值等于預設值，繼電器已動作如圖10所示。

（8）按動按鍵產(chǎn)生中斷模擬閉鎖信號，壓強顯示為

0.32MP，時間為當天的日期，溫度為當前環(huán)境的值，同時顯示之前采集的報警值p1為0.42L，采集閉鎖值為0.32L，表示報警值低于預設值，如圖11所示。

5 結(jié)束語

本文設計的全自動SF6密度表校驗儀彌補了原有SF6校驗設備的不足，實現(xiàn)了SF6氣體的全自動在線監(jiān)測，實際運行情況表明，該系統(tǒng)設計合理，使用方便，并且抗干擾能力強、穩(wěn)定性好、精度高，符合現(xiàn)場校驗的要求。

參考文獻：

[1]陳江，周東平，袁平.SF6密度繼電器自動校驗測試儀的研制[J].湖北電力，2005，5（3）：22-24.

[2]耿鑫.SF6密度繼電器校驗儀控制電路設計[D].北京：北京航空航天大學，2007.

[3]尹承尚，賀長生.SF6密度繼電器現(xiàn)場校驗方法的分析[J].高壓電器，1996，6（2）：17-20.

[4]陳金祥.SF6密度繼電器現(xiàn)場校驗儀的研制[J].高壓電器，2003，8

（3）：18-20.

[5]胡曉光，孫來軍.SF6斷路器在線絕緣監(jiān)測力法研究[J].電力自動化設備，2004，7（3）：40-42.

[6]王宏.SF6密度控制器測試儀研制[J].西北電力技術(shù)，1999，7（3）：32-34.endprint