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基于MSP430的三工位隔离开关控制器的研制

更新时间：2019-12-30 14:48:51 大小：232K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：msp430 开关控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

三工位隔离开关是一种同时具有接地和隔离作用的装置,在柜式气体绝缘金属封闭开关设备C-GIS(Cubicle Gas Insulated metal-enclosed Switchgear)中应用较为广泛.提出利用TIMSP430F149设计三工位隔离开关控制器的方案.在确定控制器功能要求的基础上,对控制器硬件、软件进行了设计,给出了硬件原理框图及软件系统流程图、主程序.该控制器经电磁兼容试验、功能检验试验,证明能完成现场使用所要求的各项电气功能,并已配套应用于新开发的40.5 kV C-GIS开关柜上.结果表明,该控制器功能完备,具有结构紧凑、技术先进、抗干扰能力强、操作方便等特点.

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’

第28卷第6期

2008年6月

V01．28 No．6

Jun．2008

电力自动化设备

Electric Power

Automation

Equipment

基于MSP430的三工位

隔离开关控制器的研制

吕梅蕾t，沈建位z，汪家养2’

(1。浙江工业大学浙西分校，浙江衢州324000；

2．浙江开关厂有限公司，浙江衢州324000)

摘要：三工位隔离开关是一种同时具有接地和隔离作用的装置．在柜式气体绝缘金属封闭开关设备

Insulated

Gas

metal．enclosed

C—GIS(Cubicle

Switchgear)中应用较为广泛。提出利用1rIMSP430F149

设计三工位隔离开关控制器的方案。在确定控制器功能要求的基础上．对控制器硬件、软件进行了

设计。给出了硬件原理框图及软件系统流程图、主程序。该控制器经电磁兼容试验、功能检验试验．

证明能完成现场使用所要求的各项电气功能。并已配套应用于新开发的40．5 kVC—GIS开关柜上。

结果表明，该控制器功能完备，具有结构紧凑、技术先进、抗干扰能力强、操作方便等特点。

’

关键词：MSP430F149：三工位隔离开关；控制器

571

中图分类号：TM

文献标识码：B

文章编号：1006—6047(2008)06一0097—03

也有相互闭锁功能。它们之间关系为分断位置居中。

由此位置电动机正转到接地合位置．反转到隔离合

0引言

位置。三工位隔离开关工作时，机构利用一系列齿

轮副进行减速和传递扭矩．并通过一转动主轴将扭

矩输入气室内本体。操作隔离开关动触头转动。完成

既定的分合要求。

随着开关技术的不断发展．三工位隔离开关在开

关柜中的应用越来越多。在中高压电力系统中，由于

三工位隔离开关的操作力矩较大．为了实现由外部

保护装置控制，必须采用电动机操纵。控制器的主要

作用是实现根据用户的不同输入使电动机正／反转．

从而通过与电动机输出轴相连的齿轮系或连杆机构

带动触头向希望的方向运动[¨ 。国内传统的三工位

隔离开关的控制器大多采用分离电路实现．元器件

数量较多、体积大、抗干扰性能不好、可靠性差．且维

护不方便[2· 3】。现介绍一种基于，I’IMSP430F149的三

工位隔离开关控制器。该控制器具有结构紧凑。体积

1．2功能要求

三工位隔离开关应实现下列基本的功能要求：

a．通过控制直流电动机可以正转或反转．实现

开关在合闸、分闸、接地三位置的转换：

b．在任意时刻控制电源失电后上电．三工位隔

离开关能继续按照原先设定的位置要求到达预定

的工位：

c．能实现相互之间的闭锁，在合闸位置时。接

地按钮失效。在接地位置时。合闸按钮失效；

d．当断路器处于合闸位置时．不能操作三工位

隔离开关：

小、技术先进、抗干扰能力强、操作方便等特点，能实

现检测设备的工作位置及控制设备的准确运行到预

定位置、设备状态的显示及与有关设备的联锁等功能。

e．三工位隔离开关处于手动状态时不能实施

电动操作：

1三工位隔离开关控制器的功能要求

1．1

三工位隔离开关

f．输出一对闭锁接点．确保断路器在隔离开关

kV柜式气体绝缘金属

文中的控制器是为40．5

动作过程中不能操作。

Gas Insulated metal

封闭开关设备C—GIS(Cubicle

2三工位隔离开关控制器硬件设计

．enclosed

Switchgear)的三工位隔离开关而研制。该

三工位隔离开关由本体和操作机构组成，为分体式

结构。本体内置于充气隔室中，利用SFs气体绝缘；

采用旋转闸刀式。纵向布置，三相触头开合与柜深方

2．1

三工位隔离开关位置检测

传统的有触点辅助开关由于污染(包括霜)及触

头氧化现象．经常会接触不良。甚至失效[引。此处三

工位隔离开关位置检测采用LE系列电感式接近开

关。通过适当选择操作面位置，电感式接近开关就

能很精确地检测操作位置。由于这种传感器密封

在壳体内，重污秽、腐蚀、高温、外磁场等环境变化

不会影响传感器性能；由于无触头．也避免了因表

向一致：操作机构外置，有手动和电动2个功能。操

作机构手动与电动操作可以相互切换．并能实现互

锁M。隔离开关合闸、分闸、接地3个工位扇形分布c7一，

收稿日期：2007—08—0l：修回日期：2007—12—23

基金项目：衢州市科技局立项资助项目(20061044)

万方数据

面腐蚀、烧损所致的接触不良[10．11]。另外，由于传感

器体积小，且带外螺纹。所以安装很方便。增加电感

式接近开关数目。可以增加观察的物理量。在C—GIS

中安装这种位置传感器来检测三工位隔离开关的

工位。可达到免维护，保证了可靠性和高寿命。

2．2单片机

3控制器软件设计

本控制器软件部分采用C语言编写[14舶】。控制

器在上电后对系统进行初始化(串口、定时计数器、

I／O端El、A／D转换寄存器等)．在初始化成功后将

进入主循环。主循环主要由拨码开关检测处理模

块、电动机运行控制模块、传感器信号采集模块、

A／D转换模块、串口通信中断处理模块组成。系统

流程图如图2所示。

MSP430F149是美国，11公司生产的高集成度单

芯片系统(SOC)。具有低电压供电、超低功耗、高抗

干扰能力等技术特点．特别适合应用于各种功率消

耗要求极低的智能控制、仪表设备等产品中。因此

本系统选用MSP430F149为主控制器。MSP430F149

型单片机的指令周期为125 ns．片上集成了8路带

内部参考／采样保护／自动扫描特性的12位A／D转

换器．有7个捕获／比较的16位Timer．B，有3个捕

获／比较的16位Timer—A．多达8路的PWM输出．2

个USART比较器和硬件乘法器，48个I／O引脚，64

脚方形扁平封装(QFP)。有安全熔丝可保护代码的

安全。JTAG接口方便调试和下载程序，MSP430F149

有60 KB+256B的FLASH存储器和2KB的RAM。

MSP430F149的地址、数据总线和存储器不需

要扩展．极大提高了控制系统的抗干扰性和电磁兼

圈2系统丽程圈

容性能。丰富的片上外围模块包括内部A／D、精密

模拟比较器、看门狗等。它的工作模式通过模块的

智能化运行管理CPU的状态组合以先进的方式支

持起低功耗的各种要求。采用数字控制振荡器

SW flowchart

Fig．2

主程序：

void

main(void)

{

(DCO)．使得从低功耗模式到唤醒模式的转换时间

小于6¨ s，启动的过程中器件不会浪费任何时间。

MSP430F149具有很多优点．使得控制系统的开发

WDTCTL=WDl'_ARST

250；

8MHz

BCSCTL2=0x88；／／use

clock．remark this line for u∞DCO

as main

、

变得简便和容易[12-13】①②。

2．3

系统硬件设计

{

控制器以MSP430F149为核心．与一些外围器

IFGl&=～OFIFG：

件构成信号采集、逻辑运算处理系统。外部控制信

号和传感器位置信号经过滤波、光电隔离电路处理

后．送至CPU。由CPU控制LED显示运行状态。当

给出合闸、分闸或接地指令时．CPU首先检测当前

的位置．然后根据所给指令的使能来判断电动机应

}

while(OFIFG＆IFGl)；

All_Poa_Init()；∥所有端口初始化程序

for(；；)

{

正转还是反转。CPU输出信号通过数据缓冲、光电

隔离等电路处理后，控制电动机转动。当电动机转

到合闸、分闸或接地位置时．传感器把其所在位置

的信号传给CPU。采集数据之后经过判断，由CPU

发出指令控制电动机运行。基于TIMSP430F149的

三工位隔离开关控制器的电路原理框图见图l。

WDTCTL=WDT_ARST 250：／／看门狗时钟

Keypad_Scan()；∥拨码开关检测

Scan_Switch

Input()；／／扫描开关量输入

Motor_Loss-wZ_Process()；∥电动机位置处理

ADC_Data_ToDisplay()；／／A／D数据处理

All_Control_Sub()；／／所有控制模块

}

P1．0

Pl-2～Pl· 7

P4．O—P4．7

}

P5．0一P5．4

臻辩

MSP430

4结论

所研制的基于单片机的三工位隔离开关控制

‘

P2· O“～P2己P5．5．P5．6P2

．3一P2．7

器．利用单片机和一些外围器件构成信号采集、逻辑

P3．O-P3．4

P3．5一P3．7

眶

Instmments

User’8 Guide．Texas

①MSP430xlxx

Family

Incorporated．

图1硬件原理框图

2002．

HW circuit

②MSP430x14x Datasheets．Texas Instruments

Incorporated。2002．

Fig．1

diagram

万方数据

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