低压数字继电器的设计及实现

实现对保护装置电参数的测量与监视，必须实时地收集与处理电量、开关量状态等参数。装置对测量的精确性，保护动作的可靠性、迅速性、安全性都有很高的要求，在单片机上实现多种功能，软件的设计必须对实现功能占用CPU时间的分配上做到有主有次，既要保证功能的完整性，又保证实时性。本装置软件需完成以下任务：每1.667ms对三相电压电流采样转换一次，即在一个交流正弦信号周期（20ms）内采样12个点，然后计算电压电流的有效值及其他相关量；通信任务，接受上位机的下行命令，将电压、电流及有功功率、无功功率、电能等实时地传送给上位机，并执行上位机发出的控制等其他命令；测量结果保存及显示；键盘检测及响应。
程序设计采用模块化设计方法将全部功能划分为主模块及功能模块。在具体实现时则采用中断与查询相结合办法，运用任务调度的设计思想，优先级高的任务通过中断实现，低优先级的任务则通过设置和查询标志的方法用各个功能模块。如图4所示主程序首先对系统初始化，包括CPU本身、显示面板、通信及开关量输出初始化，然后进入主循环。主循环中通过查询标志的方法调用各个功能模块：检查是否有键盘查询标志，有则调用相应处理子程序，该程序已对键盘抖动及干扰信号作了处理；检查是否有新的A/D采样结果，如果有则用保存在E2PROM中的通道系数（该系数通过上位机下载）对A/D采样结果进行调整；检查是否通信需要处理，通信处理包括校验和计算和检验、相应命令的处理及上发反馈信息。在完成一个周波的12点采样及调整后，调用计算子程序完成所有计算任务，包括电压、电流、功率、电度以及频率；显示测量结果，显示子程序根据显示状态显示不同的测量结果。
4.2 通信协议
本装置数据链路层采用基于Modbus总线的通信，使信息和数据在上位机（主站）和电力监测系统之间有效地传递。其作用包括允许主站访问和设定所接电力监测仪的全部设置参数；允许访问电力监测仪的所有测量数据。
Modbus是一种广泛应用于工业上的开放式现场总线协议，可以利用RS232或者RS485进行通信。基本通信方式是一条通信线路上只能有一个主站控制通信，由主站发出数据请求命令，而子站响应主站的数据请求信号。在一个时刻只能有一个子站响应主站的请求。数据的传送采用ASCII码，8位数据位、无校验、1个停止位。每个Modbus数据包由子站地址、功能、数据和错误校验4个部分组成。子站地址为1个字节，且在1个链路中应当唯一，有效的地址范围为1～247，当所有的子站接收到符合Modbus协议的标准的数据包时，首先检查该数据包的子站地址，若相吻合，则作处理后返回结果，否则不予响应。功能码也是1个字节，指明该指令要求子站执行的操作（设置参数、读数据等）。响应数据包告知主站已经完成的操作。数据的长度视指令功能而定。一般而言，数据按照16位获32位模式组织。错误校验，采用CRC-16检验方式。
5.结束语
低压数字继电器是在借鉴国内外同类产品的基础上，根据我国对电力设备运行、保护和计算机监控要求设计的，适合我国工矿企业、民用建设等供配电的自动化装置，可广泛应用于电力、纺织、轻工、化工、石油等行业的电量参数的监测。该仪表具有以往仪表所不具备的优点，会有广泛的应用前景。
参考文献： 
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