工控网首页
>

应用设计

>

可作为煤矿安全监控系统的子系统的电量采集器

可作为煤矿安全监控系统的子系统的电量采集器

2007/11/9 16:53:00
煤矿安全监控系统是指对煤矿的环境参数和生产、运输、提升、排水等机电设备工作状态进行监测和控制,并用微机分析处理取得数据的一种系统。他是二到三级分布式集散系统,井下分站作为系统中重要配套部件,连续监测矿井的各种环境参数,如:瓦斯、一氧化碳、风速、负压等。分站和地面中心站通讯,及时传送井下参数,并执行中心站发送的命令。他本身也可实现监控功能,而本电量数据采集器可作为井下分站的关联智能仪表,适用于检测变电所配电柜的各种电量参数:电流、电压、功率、功率因数等。1台分站可同时接入8台电量采集器。 1 工作原理   电量采集器由6个模块组成:电压电流采集放大模块、功率转换模块、A/D转换模块、MCU模块、485接口模块、电源及显示模块。   (1)电压电流采集放大模块 电量数据采集器连续采集变电所的三相100 V交流电压A,B,C之间的线电压,C相作为公共端(但并非接地)。100 V交流电压经过三相变压转换为10 V交流电压,该电压信号进一步变换成400 mV后再由AD736将交流电压信号变为直流电压信号(Uv),直流信号(Uv)进一步由LM358放大后送到A/D转换模块;大电流信号(5A)通过C相电流互感器转换成小电流信号(5 mA),小电流信号经过精密电阻转换成小电压信号后由另一路AD736将交流信号变为直流信号(Ui),再由LM358放大后送到A/D转换模块。   (2)功率转换模块 Uv与Ui信号分别经过两路AD7755后直接送至MCU模块。   (3)A/D转换模块 该模块由拨码开关和采样开关4051,A/D芯片TLC1549组成。每个电量采集器的标识是由4位拨码开关决定的,有效地址为1~8,在同一分站中该拨号应是惟一的。“on”为0,“off”为1。   (4)其他模块 MCU模块将各输入电压信号进行相应处理、运算、编码后,通过485接口模块(由1483芯片组成)将编码信号以频率信号形式上传给分站,传输速率为9 600 b/s,传输距离限于2 000 m;同时将其送到显示模块(MAX7219)。LM7805和ICL7660提供正负5 V电源。   电量采集器的硬件框图如图1。 2 主要IC   AD7755作为一种抗干扰能力强、高精度电能计+2.5 V基准电压。脉冲输出,引脚F1,F2以较低频率形式输出有功功率平均值,引脚Cf以较高频率形式输出有功功率瞬时值,内部有可编程增益放大器,片内设有电源监控电路保证工作电压小于+4 V时AD7755复位无输出。内部相位匹配电路使电压和电流通道的相位始终是匹配的。内部的空载阈值特性保证AD7755在空载时没有潜动。   AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。采用真有效值转换技术,即不通过平均折算而是直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号。其主要特点是准确度高、灵敏性好(满量程为200 mVRMS)、测量速率快、频率特性好(工作频率范围可达0~460 kHz)、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200μA。用他来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%。   平均电容(CAV)是AD736的关键外围元件,用于进行平均值运算。其大小将直接响应到有效值的测量精度,尤其在低频时更为重要。多数情况下可选33μF。   X25045作为可编程WDTE2PROM,有3个功能:①WDT;②电源监测;③E2PROM,保存常用设定参数。 3 运算公式   (1)电压计算 电压的编码值u(0~255)。电压U是分段计算或查表得出:0~0x4d:1000;0x4e-0x79:2190+(u-0x4e)*30;0x7a-0xf3:查表,4227-7524;0xf4-0xff:9999。   (2)电流计算 I=1.5*x*i/255,x为电流满度值(可取75,100,150,200,300,400 A)。   (3)功率计算 计算前提是三相负载对称。AD7755通过电流通道(V1P,V1N)、电压通道(V2P,V2N)两组输入,计算出有功功率,并由“Cf”端输出与瞬时有功功率成正比的频率。MCU统计“Cf”端在16 s中的总累计(当检测到负功率时,AD7755的REVP端输出高电平,统计时频率和减;反之,REVP端输出低电平,统计时频率和增。)最大频率值公式为: F=tt*(8.06*V1*V2*G*S)/(Vref*Vref*2) 这里,G=1(AD7755的G0=G1=低),S=13.6(AD7755的S0=S1=高),tt=2048(AD7755的SCF=低),V1的最大值为0.325 V,V2的最大值的为0.44V,计算后的最大频率为2 568,两路和为5 136。当电流电压均达到最大时功率值也为最大:255*255=65 025,所以功率因数必须乘系数:      C1=65 025/5 136=12.66   总功率计算(三相三线制):将UAC(线电压),IC(线电流)变为低压输入AD7755,求出有功功率P1(0~2 568);将UBC(线电压),IC(线电流)变为低压输入AD7755,求出有功功率P2(0~2 568);P1+P2即为总功率。   (4)功率因数计算 F*12.66/(IU),即上述的功率值*C1(12.66)为功率因数。由于各相电压的对称关系,实际上只需获得一路功率就可以计算出功率因数。 4 软件设计   与上述硬件框图和算法公式相配合,程序可分为主程序、A/D采样程序、数显程序、通讯程序等几部分:   (1)主程序 包括初始化和软件防程序跑飞部分,还要监测采样完成标志、分站是否要求通讯标志等,最重要功能是完成采样结果的算术处理。   (2)A/D采样程序 程序发送同步信号,启动A/D转换,完后以中断方式由主程序读取结果。   (3)数显程序 89C52与MAX7219之间程序分为2部分:初始化子程序、数据传送及显示子程序。传送为串行方式,数据格为16位,其中:D8~D11是寄存器地址,D0~D7为数据,D12~D15为无关位。7219接收的第1位是D15。发送到Din端的串行数据在每个CLK的上升沿移入到内部16位移位寄存器中,然后在LOAD的上升沿时数据被锁存到数字或控制寄存器中。Din端的数据通过移位寄存器传送,并在16.5个时钟周期后出现在Dout端。   (4)通讯程序 接受分站命令将测试结果返回。分站向电量采集器发送数据命令:0x5a,拨号值,拨号值取反;电量采集器回答:0x5a,拨号值,拨号值取反;D,Padd:其中,D为传送数值,Padd为校验标志。当分站询问5次都没有回答时,设置为“未连通”状态。 5 结论 该电量采集器作为成熟产品,已应用于焦作矿业集团等矿区,运行稳定,精度满足要求。 参考文献 [1] 何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993. [2] 马忠梅,等.单片机的C语言程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999. [3] 余永权.AT89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.
投诉建议

提交

查看更多评论
其他资讯

查看更多

助力企业恢复“战斗状态”:MyMRO我的万物集·固安捷升级开工场景方案

车规MOSFET技术确保功率开关管的可靠性和强电流处理能力

未来十年, 化工企业应如何提高资源效率及减少运营中的碳足迹?

2023年制造业“开门红”,抢滩大湾区市场锁定DMP工博会

2023钢铁展洽会4月全新起航 将在日照触发更多商机