Xem mẫu
- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
RƠLE SỐ BẢO VỆ CÁCH ĐIỆN
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 2
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................1
CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ.....................5
I. Đặt vấn đề ..........................................................................................................5
II. Các nhiệm vụ , chức năng của rơle số bảo vệ cách điện:..............................5
III.Nhiệm vụ cụ thể của Rơle số bảo vệ cách điện cho một động cơ tại nhà
máy phân đạm Hà Bắc .........................................................................................6
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ .........................................7
I. Tổng quan về sự phát triển của Rơle số...........................................................7
II. Các chức năng của rơle số ..............................................................................8
2.1 .Chức năng đo lường :..............................................................................8
2.2. Chức năng lấy mẫu và canh sự cố ..........................................................8
2.3. Chức năng bảo vệ rơle và ghi chép sự cố ...............................................9
2.4. Chức năng chống sự cố ...........................................................................9
2.5. Chức năng tự động đóng lại....................................................................9
2.6. Chức năng giao tiếp với người dùng.......................................................9
III. Các chủng loại Rơle thành bộ ngày nay .......................................................9
3.1.Đường đây truyền tải................................................................................9
3.2. Đường dây phân phối............................................................................10
3.3. Bảo vệ máy biến áp ...............................................................................10
3.4. Bảo vệ môtơ ...........................................................................................10
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỔNG QUÁT ............................................11
I.Phương hướng giải quyết vấn đề ....................................................................11
II.Giới thiệu về một số vi mạch dùng trong thiết bị ..........................................16
2.1 Vi điều khiển 89C52 ...............................................................................16
2.3 Đồng hồ thời gian thực DS12887...........................................................32
CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT .............................39
I.Tính toán thiết kế mạch đo: .............................................................................39
II .Mạch số hoá:..................................................................................................41
III. Hiển thị kết quả đo:......................................................................................42
IV. Bàn phím chức năng ....................................................................................47
V. EEPRROM .....................................................................................................51
VI. Ghép nối máy tính. .......................................................................................52
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ PHẦN MỀM.............................................54
I. Lưu đồ thuật toán cho vi điều khiển: .............................................................54
1. Lưu đồ thuật toán cho chương trình khởi tạo:.........................................54
2. Lưu đồ chương trình phục vụ ngắt phím:.................................................55
3. Lưu đồ chương trình phục vụ phím FUNC: .............................................56
-2-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 3
4. Lưu đồ chương trình phục vụ phím INC: .................................................57
6. Lưu đồ chương trình phục vụ phím OK: ..................................................59
7. Chương trình phục vụ ngắt RTC ..............................................................60
8. Chương trình phục vụ ngắt truyền tin ......................................................61
II.thiết kế giao diện trên PC bằng Visual Basic:
1. Giao diện..........................................................................................
2. lưu đồ chương trình nhận bản tin của máy tính....................................
CHƯƠNG 6: CHẠY THỬ, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
PHỤ LỤC:
I. Chương trình phần mềm cho vi điều khiển của Rơle số bảo vệ cách điện.
II. Chương trình phần mềm cho Giao diện trên PC với rơle cách điện.
III. Tài liệu tham khảo.
-3-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 4
Lời nói đầu:
Ngày nay, sự phát triển của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật vi xử lý đã tạo ra những
bước ngoặt cho quá trình tự động hoá sản xuất cũng như các hoạt động xã hội khác. Điều
này đã mang lại những lợi ích to lớn: mở rộng chức năng của hệ thống, nâng cao độ tin
cậy, giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, việc triển khai ứng dụng những tiến bộ nói trên
vào nước ta còn nhiều hạn chế.
Việc nghiên cứu thiết kế những thiết bị sử dụng những tiến bộ này là cần thiết.
Em thực hiện đồ án nghiên cứu và thiết kế Rơle số bảo vệ cách điện sử dụng Vi điều
khiển với sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Bình Thành và ThS.Trần Văn Tuấn. Nhằm mục
đích khẳng lại định những kiến thức lý thuyết đã học bằng thực tế nâng cao kỹ năng kinh
nghiệm thiết kế.
Do thời gian ngắn và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên đề tài chắc chắn không
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý từ phía thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô trong bộ môn và các
bạn đã giúp em hoàn thành đồ án.
Hà nội, ngày 18 tháng 5 năm 2004
Sinh viên thực hiện
Vũ Trọng Quyền
-4-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 5
CHƯƠNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
I. Đặt vấn đề
Tất cả các thiết bị điện, để đảm bảo an toàn cho người vận hành và sử dụng, đều có
vỏ máy không mang điện. Các phần tử mang điện đều được cách điện rất tốt với vỏ máy.
ở những thiết bị điện có công suất lớn yêu cầu vật liệu cách điện phải có chất lượng rất
tốt. Thậm chí cách điện của các thiết bị điện còn phải thường xuyên được theo dõi kiểm
tra, bảo dưỡng và phục hồi nếu không đảm bảo yêu cầu. Đặc biệt là đối với các thiết bị
điện làm việc trong môi trường hoá chất, cách điện của chúng rất dễ bị hư hại, giảm tính
chất cách điện. Việc xảy ra chạm mạch của vỏ máy ở những thiết bị điện có công suất lớn
sẽ gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của. Vì vậy phải có một thiết bị luôn theo dõi và
kiểm tra cách điện cho các thiết bị điện. Nếu xảy ra sự cố về cách điện thì phải lập tức cắt
ngay thiết bị điện đó ra khỏi lưới.
Công việc theo dõi và tác động loại trừ thiết bị điện có sự cố về cách điện ra khỏi
lưới điện cũng như báo động về sự cố này, được thực hiện bởi thiết bị có tên là Rơle bảo
vệ cách điện.
II. Các nhiệm vụ , chức năng của rơle số bảo vệ cách điện:
+Đo canh điện trở cách điện của thiết bị điện. Phải đo ngay khi thiết bị đang là việc.
+Khi xảy ra sự cố về cách điện của thiết bị điện phải tác động cắt ngay thiết bị đó ra
khỏi lưới điện. Thông báo về sự cố này bằng đèn báo hoặc còi báo.
+Hiển thị giá trị điện trở đo được.
+Có thể cài đặt các thông số config và thông số setting cho rơle như khoảng đo yêu
cầu chính xác, số đoạn tuyến tính hoá, hệ số tuyến tính hoá trên từng đoạn, điện trở
ngưỡng...
+Ghi lại lịch sử cách điện.
+Truyền tin với phòng điều khiển trung tâm của hệ thống thu thập quản lý và điều
khiển dữ liệu của nhà máy qua cổng truyền thông RS232 hoặc RS485, để người vận hành
có thể đối thoại, cài đặt thông số cho Rơle từ phòng điều khiển trung tâm.
-5-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 6
III.Nhiệm vụ cụ thể của Rơle số bảo vệ cách điện cho một động cơ tại nhà
máy phân đạm Hà Bắc
Tại nhà máy phân đạm Hà Bắc, một mô tơ quay máy bơm dung dịch Amoniac ,tất
cả bị ngâm chìm trong bể dung dịch Amôniac. Vì làm việc trong môi trường hoá chất nên
cách điện của mô tơ dễ bị hư hại.
Nhiệm vụ của thiết bị này là đo điện trở cách điện của một động cơ điện xoay chiều ba
pha 380V. Động cở được cấp điện bởi một biến áp xoay chiều ba pha 380V qua một máy
cắt, phía thứ cấp của máy biến áp là hình sao trung tính không nối đất. Cuộn dây stato của
động cơ cũng là ba pha hình sao trung tính không nối đất.
-Ta phải đo điện trở cách điện giữa stato của động cơ và vỏ máy ngay cả khi động cơ
đang làm việc.
-Khi thấy điện trở cách điện giảm xuống dưới một ngưỡng an toàn đã đặt thì phải ra
lệnh cắt động cơ ra khỏi lưới. Bằng việc cắt máy cắt đặt trên đường cấp điện cho động cơ.
-Giá trị điện trở cách điện được hiển thị trên màn hình LCD và màn hình LED. Ngoài
ra còn hệ thống đèn báo để việc thông báo được thuận tiện hơn.
-Lịch sử cách điện được ghi lại theo yêu cầu sau
Nếu Rcđ>600kΩ , điện trở cách điện đảm bảo cho động cơ vận hành an toàn thì Rcđ
được ghi lại mỗi ngày một lần (ghi giá trị nhỏ nhất của Rcđ trong ngày đó) .
Nếu Rcđ nằm trong khoảng từ 500kΩ ÷ 600kΩ tuy động cơ vẫn có thể vận hành
được nhưng Rơle phải dưa ra tín hiệu cảnh báo về tình trạng này và Rcđ được ghi lại theo
chu kỳ dầy hơn mỗi giờ ghi một lần (ghi giá trị nhỏ nhất của Rcđ trong giờ đó ) .
Nếu Rcđ
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 7
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ
I. Tổng quan về sự phát triển của Rơle số
Trước những năm 70 các thiết bị đo lường và bảo vệ là những rơle điện từ
tuy chúng có thể bảo vệ thiết bị điện khỏi sự cố nhung còn mang nhiều nhược
điểm :
+Thời gian tác động chậm
+Kém chính xác
+Khó thực hiện các phép toán phức tạp
+Với những nhiệm vụ nhỏ cũng yêu cầu thiết bị bảo vệ cồng kềnh , chi phí lớn
Sau những năm 70 điện tử phát triển mạnh . ứng dụng cho thiết bị rơle bảo vệ đã
đạt được những bước tiến mạnh . Từ đó cho đến nay được chia làm 2 giai đoạn :
+Những năm 70-năm 90 : Rơle điện tử
- Nâng cao hơn về độ chính xác và độ tác động
- Thực hiện tốt một số phép xử lý : Cộng , trừ , nhân , chia , đạo hàm ,
tích phân , đếm , trễ , .....
+Từ sau những năm 90 :Vi xử lý , vi điều khiển được đưa vào thiết bị đo và bảo vệ
, đã tạo nên những bước ngoặt trong sự phát triển của các thiết bị trên .
- Đo nhanh tác động nhanh chính xác cao tin cậy cao
- Có thể thu thập dữ liệu và lưu trữ chúng với dung lượng lớn
- Khả năng biểu diễn thông tin đa dạng phong phú ( hiển thị trên LCD ,
LED , ghi và vẽ đồ thị về giá trị trạng thái của quá trình ...)
- Có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chức năng bảo vệ cho một đối
tượng được bảo vệ ( Tính thành bộ cao )
- Truyền tin được với phòng điều khiển trung tâm
- Về kết cấu có thể tích thu gon rất nhiều : Một rơle số có thể thay thế 1 tủ
rơle cũ
- Giá thành rẻ hơn thiết bị truyền thống : Ví dụ một tủ role truyền
thống bảo vệ một đường dây phân phối cùng với tủ giá khoảng 3500 USD .
Trong khi đó một role số bảo vệ đường dây phân phối giá khoảng 1500
-7-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 8
USD , tối đa là 2000 USD . Nếu sản xuất trong nước thì giá chỉ còn một
nửa đến 2/3 giá trên thậm chí nếu đưa vào sản xuất hàng loạt giá chỉ còn 1/3
.
II. Các chức năng của rơle số
2.1 .Chức năng đo lường :
Là chức năng đầu tiên và quan trọng, nhằm đo, lọc, tính ra những thông số
mạch điện mà rơle phải canh. Các dại lượng vào đầu tiên nói chung là : dòng 3 pha ,
dòng trung tính , áp 3 pha , áp thứ tự zêro . Số lượng cụ thể tuỳ theo yêu cầu cụ thể của
từng loại rơle . Những đại lượng này khi không có sự cố có dạng hình sin và cân bằng ,
dòmh trung tính áp thứ tự zêro bằng không . Nhưng khi có sự cố sẽ có những biến
động mạnh của tần số công nghiệp , thường sinh ra mất đối xứng và sinh ra các thành
phần ngược và zêro . Một nét đặc biệt quan trọng khác nữa là kềm theo đó thường sinh
ra những thành phần quá độ tự do lớn không chu kỳ khiến cho dòng điện áp quá độ
mất dạng hình sin . Do đó những dòng áp đo cần được :
- Biến nhỏ bằng những biến dòng CT ( Current transformer ) , biến áp VT ( Votlage
transformer ) đặc biệt ( Không bão hoà và dãi rộng )
- Lọc thông thấp ra thành phần tần số công nghiệp gồm lọc cứng khi cần kết
hợp với lọc mềm . Do tất cả các rơle tính toán bằng giá trị hiệu dụng hình sin của U , I
mà các đại lượng U ,I khi xảy ra sự cố đều không có hình sin nên phải lọc để có tín
hiệu hình sin . Ví dụ khi đo tần số bằng phương pháp đo chu kỳ thì phải tạo ra một
xung vuông từ xung xung hình sin khi hình sin đi qua điểm 0 . Do đó muốn có kết quả
đo chính xác phải tiến hành lọc thông thấp
2.2. Chức năng lấy mẫu và canh sự cố
Gồm các công việc sau :
- Lấy mẫu dòng , áp , tần số đếm pha đưa vào bộ đếm mẫu.
- Tính toán phân tích ra các số liệu cần thiết, tính toán các biểu thức đặc trưng
sự cố, so ngưỡng để phát hiện sự cố.
-8-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 9
2.3. Chức năng bảo vệ rơle và ghi chép sự cố
Khi xảy ra sự cố thì modul canh đo sẽ khởi động chạy choc năng bảo vệ rơle để
xử lý ứng với các sự cố ấy. Đồng thời một modul sẽ ghi chép lại diễn biến của sự cố để
có thể lấy ra dùng sau này.
2.4. Chức năng chống sự cố
Khi phát hiện ra sự cố rơle sẽ canh một khoảng thời gian tuỳ vào người sử dụng
đặt. Sau khoảng thời gian đó nếu rơle vẫn phát hiện sự cố thì nó sẽ phát tín hiệu điều
khiển tác động lên máy cắt để cắt phần tử sự cố ra khỏi lưới.
2.5. Chức năng tự động đóng lại
Nếu rơle được lập trình tự động đóng lại thì khi lưới điện trở lại trạng thái ổn
định bình thường một khoảng thời gian do người dùng đặt rơle sẽ phát tín hiệu điều
khiển tác động đến cuộn đóng để đóng phần tử đã bị cắt lúc trước trở lại hoạt động.
2.6. Chức năng giao tiếp với người dùng
Người dùng có thể đặt lại các thông số ngưỡng thông qua phím chức năng, hoặc
trực tiếp trên máy tính chủ nếu rơle có chức năng ghép nối truyền tin với máy tính.
III. Các chủng loại Rơle thành bộ ngày nay
3.1.Đường đây truyền tải
Được chia làm các loại đường dây :
- Cao và siêu cao áp từ 200 – 500 kV
- Trung và cao áp từ 6 – 22 – 35 – 66 và 110 kV
Trong các bảo vệ đường dây cao áp và siêu cao áp bao gồm các bảo vệ chính sau :
- So dọc phương hướng và khoảng cách giữa các miền , có thể từ 3 – 4 miền
- Quá dòng so lệch dọc từng pha
- Khoá và cắt khi dao động mất đồng bộ
- Chạm đất tức thời
- So lệch pha
Tất cả các bảo vệ trên đều có thể đóng lại và truyền về trung tâm.
Trong các rơle bảo vệ đường dây trung tính và cao áp có thể có các loại bảo vệ sau :
- Khoảng cách giữa các miền , giữa pha và từng pha
-9-
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 10
- Quá dòng 4 đoạn thứ tự không
- So dọc khoảng cách có hướng
- Quá dòng cắt nhanh quá dòng định thời gian
- Quá áp và thấp áp
- Sa thải tải theo tần số
- Chạm đất
3.2. Đường dây phân phối
Bao gồm các bảo vệ chính sau :
- Quá dòng thời gian
- Quá dòng tức thời
- Bảo vệ công suất có hướng
- Quá áp và thấp áp
- Sa thải tải theo tần số
- Tự động phục hồi điện áp thấp
3.3. Bảo vệ máy biến áp
Bao gồm các bảo vệ chính sau :
- Bảo vệ so lệch
- Quá tải và quá dòng thời gian
- Bảo vệ nhiệt độ
- Bảo vệ rơle ga ( do ngắn mạch trong cuộn dây biến áp )
- Kìm hãm thành phần điều hoà
3.4. Bảo vệ môtơ
Bao gồm các bảo vệ chính sau :
- Quá dòng
- Quá tải
- Ngắn mạch
- Chạm đất , cách điện
- Giảm công suất khi mất tải
- So lệch pha
- Quá áp và thấp áp
- Ngược pha
- 10 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 11
- Giảm dòng
Nước ta đã đặt 4/5 rơle số ở cấp cao áp . Các rơle này chạy nói chung là tốt tuy nhiên
có một số rơle của một số hãng hoạt động chưa tốt . Người ta đã phát hiện ra và thay
thế chúng bằng các rơle số khác tốt hơn . Một số nhà máy mới xây dựng đã đặt rơle số
ở mức trung áp , còn phần các nhà máy hệ thống trung áp của điện lực chưa lắp đặt
rơle số . Yêu cầu của nghành điện là phải nắm vững kỹ thuật rơle nói chung, tiến hành
đặt rơle số ở đường dây trung áp, tiến tới đặt rơle số ở đường dây hạ áp
Đối với rơle số việc phân loại thành bộ theo nhóm đối tượng bảo vệ bao gồm :
- Rơle bảo vệ đường dây phân phối : 45%
- Rơle bảo vệ động cơ : 20%
- Rơle bảo vệ máy biến thế : 10%
- Rơle bảo vệ máy phát : 5%
- Rơle bảo vệ thanh cái : 10%
- Rơle chuyên dụng khác như sa thải tải , chạm đất …: 10%
Rơle trung áp yêu cầu về tính toán và tốc độ không cao như rơle cao áp nhưng
nhu cầu sử dụng lớn điều đó đặt ra yêu cầu phải nghiên cứu thiết kế, chế tạo đưa ra sử
dụng các loại rơle trung áp vào hệ thống các đường dây trung áp trong nước.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỔNG QUÁT
I.Phương hướng giải quyết vấn đề
Với nhiệm vụ đã đặt ra, cần tìm ra hướng giải quyết hợp lý sao cho nhiệm vụ được
hoàn thành một cách tốt nhất, đơn giản hiệu quả .
Nêu lại nhiệm vụ thư của thiết bị :
-Nhiệm vụ của thiết bị này là đo điện trở cách điện của một động cơ điện xoay chiều
ba pha 380V. Động cơ được cấp điện bởi một biến áp xoay chiều ba pha 380V qua một
máy cắt, phía thứ cấp của máy biến áp là hình sao trung tính không nối đất. Cuộn dây
stato của động cơ cũng là ba pha hình sao trung tính không nối đất.
-Ta phải đo điện trở cách điện giữa stato của động cơ và vỏ máy ngay cả khi động cơ
đang làm việc.
- 11 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 12
-Khi thấy điện trở cách điện giảm xuống dưới một ngưỡng an toàn đã đặt thì phải ra
lệnh cắt động cơ ra khỏi lưới. Bằng việc cắt máy cắt đặt trên đường cấp điện cho động cơ.
-Giá trị điện trở cách điện được hiển thị trên màn hình LCD và màn hình LED. Ngoài
ra còn hệ thống đèn báo để việc thông báo được thuận tiện hơn.
-Lịch sử cách điện được ghi lại theo yêu cầu sau
Nếu Rcđ>600kΩ , điện trở cách điện đảm bảo cho động cơ vận hành an toàn thì Rcđ
được ghi lại mỗi ngày một lần (ghi giá trị nhỏ nhất của Rcđ trong ngày đó) .
Nếu Rcđ nằm trong khoảng từ 500kΩ ÷ 600kΩ tuy động cơ vẫn có thể vận hành
được nhưng Rơle phải dưa ra tín hiệu cảnh báo về tình trạng này và Rcđ được ghi lại theo
chu kỳ dầy hơn mỗi giờ ghi một lần (ghi giá trị nhỏ nhất của Rcđ trong giờ đó ) .
Nếu Rcđ
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 13
thống hoặc bằng bộ lập trình nhớ không mất nội dung quy ước . Bằng cách kết hợp
một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên chip đơn thể , AT89C52 là một hệ vi xử lý 8 bit
mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt với các ứng dụng
điều khiển . Nó có đầy đủ các tính năng tốt cùng với các ngoại vi trên chip như SCI ,
ROM , RAM , Timer , Counter …
Phương pháp đo điện trở cách điện:
Ta dùng phương pháp đo điện trở gián tiếp qua đo điện áp và dòng điện trên điện trở.
Để thực hiện được nhiệm vụ đo điện trở cách điện của động cơ mà phải đo ngay cả
khi động cơ đang làm việc. Thiết kế ở đây ta sử dụng một nguồn điện một chiều cao
áp(300VDC), đặt lên điện trở đo dòng rò qua điện trở sẽ tính được giá trị của điện trở cách
điện.
Chọn ADC:
Dải thay đổi của điện trở cách điện là từ 0 đến 20 Mêgaohm là lớn vì vậy cần chọn
ADC có độ phân giải cao. Mặt khác chu kỳ đo Rcđ không cần nhanh nên ta chọn ADC loại
ICL7109, là ADC biến đổi theo kiểu tích phân hai sườn xung có độ phân giải 12bít tốc độ
biến đổi chậm .
Chu kỳ lấy mẫu được tạo bởi đồng hồ thời gian thực mỗi giây ta lấy mẫu và đo điện
trở một lần.
Tác dụng của việc sử dụng đồng hồ thời gian thực (RTC_DS12887):
Truớc đây trong những thiết bị đo thông minh để thêm thông tin về thời gian thực
người ta thường tạo một chương trình tạo lịch(Calendar) sử dụng một bộ định thời bên
trong Vi điều khiển. Nhưng nhược điểm của chương trình này là cồng kềnh phức tạp, khó
lập trình, tốn nhiều bộ nhớ, khi mất điện đồng hồ này cũng không chạy được nữa, nên mỗi
khi cho thiết bị hoạt động ta phải đặt lại ngày giờ.
Nếu sử dụng RTC ta có thể tránh được những nhược điểm kể trên của chương trình
Calendar. Mặt khác, RTC còn cung cấp cho chúng ta một vùng nhớ bảo toàn được dữ liệu
khi thiết bị không được cấp nguồn.
Màn hình hiển thị tinh thể lỏng LCD(liquid crystal display):
Có khả năng biểu diễn thông tin phong phú, dùng để hiển thị kết quả đo, hiển thị
lịch và là giao diện thân thiện cho người sử dụng khi cần cài đặt thông số cho thiết bị.
Ở đây do yêu cầu về khối lượng thông tin cần hiển thị nên ta dùng loại LCD
2dòng_ 20 kí tự.
- 13 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 14
Màn hình hiển thị LED.
Mục đích để người dùng có thể quan sát kết quả đo từ khoảng cách xa. Do đặc
điểm của dải đo và độ phân giải của thiết bị mà ở đây ta thiết kế màn hình hiển thị LED
3_3/4 digit, có dấu phảy động.
Bộ nhớ EEPROM:
Vì phải lưu trữ thông tin về lịch sử cách điện nên ta cần dùng bộ nhớ EEPROM. Ở
đây ta dùng 4kB của bộ nhớ EEPROM 28C64.
Bàn phím chức năng là bàn phím gồm 4 phím : Phím đầu tiên dùng để chọn thông số
cần thay đổi(phím FUNC). Hai phím dùng để thay đổi giá trị của thông số được
chọn(phím INC(tăng)và phím DEC(giảm). Một phím dùng để đồng ý giá trị mới của
thông số(phím OK), nó sẽ tác động để Vi xử lý cất giá trị thông số hiện hành vào vùng
nhớ bảo toàn dữ lệu khi mất điện.
Mạch điều khiển đóng cắt Rơle chuyển tiếp, thông báo thông tin bằng đèn báo và còi
báo việc này được thực hiện rất đơn giản bằng việc sử dụng các mạch logic để giải mã
những lệnh đưa ra từ Vi xử lý.
Đọc tiếp điểm phụ của máy cắt để biết trạng thái của máy cắt cũng như đáp ứng của máy
cắt đối với lệnh đóng cắt của Vi xử lý. Chỉ có một vấn đề cần quan tâm là tín hiệu từ máy
cắt phải được cách ly về điện với Vi xử lý.
Truyền tin với máy tính qua cổng RS232
Sử dụng vi mạch MAX232 để chuyển thông tin từ lôgic TTL sang lôgic của tiêu chuẩn
RS232.
Sơ đồ khối:
- 14 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 15
MÀN HÌNH MÀN HÌNH HIỂN
HIỂN THỊ LED THỊ LCD
MẠCH ĐO SỐ
& HOÁ
KHUẾCH ICL REAL TIME
7109 CLOCK
ĐẠI
DS12887
VI ĐIỀU
KHIỂN
BÀN
PHÍM 89C52
CHỨC BỘ NHỚ
NĂNG EEPROM
28C64
TIẾP ĐIỂM
TRUYỀN TIN RƠLE
CHUYỂN
LÊN MÁY TÍNH
TIẾP
QUA CỔNG
TIẾP ĐIỂM RS232
PHỤ CỦA
MÁY CẮT HỆ THỐNG
ĐÈN BÁO
HIỆU
MÁY
TÍNH CÒI BÁO
TRUNG ĐỘNG
- 15 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 16
II.Giới thiệu về một số vi mạch dùng trong thiết bị
2.1 Vi điều khiển 89C52
Vi điều khiển là ứng dụng của vi xử lý trong lĩnh vực đo lường và điều khiển.
Sơ đồ chân
89C52
P1.0 Vcc
P1.1 P0.0
P1.2 P0.1
P1.3 P0.2
P1.4 P0.3
P1.5 P0.4
P1.6 P0.5
P1.7 P0.6
Reset P0.7
P3.0(RxD) EA
P3.1(TxD) ALE
P3.2(INT0) PSEND
P3.3(INT1) P2.7
P3.4(T0) P2.6
P3.5(T1) P2.5
P3.6(WR) P2.4
P3.7(RD) P2.3
X2 P2.2
X1 P2.1
GND P2.0
Bên ngoài có 40 chân chủ yếu trong đó là các cổng vào ra(chiếm 32 chân 4
port):
+Hai chân cung cấp nguồn(Vcc=+5V,GND=0V).
+Tín hiệu vào ra đa chức năng.
+Các chân điều khiển:Reset,EA,Ale,Psen
Chân Reset(9) dùng để reset hệ thống, tín hiệu reset ở mức cao.
Các cổng vào/ra
-P0(39÷ 32)là cổng vào ra song song thông thường có thể truy cập tới từng
bít. Ngoài ra còn làm bus địa chỉ thấp AD0÷AD7,và truyền dữ liệu trong chế độ đọc
viết ngoại vi bằng bus.
-P1(1÷ 8) là cổng vào ra song song thông thường có thể truy cập tới từng bít.
- 16 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 17
-P2(21÷28)là cổng vào ra song song thông thường có thể truy cập tới từng bít.
Ngoài ra còn làm bus địa chỉ thấp AD0÷AD7 trong chế độ đọc viết ngoại vi bằng bus.
-P2(10÷17)là cổng vào ra song song thông thường có thể truy cập tới từng bít.
Ngoài ra còn một số chức năng.
P3.0(10) dùng làm RxD trong truyền thông nối tiếp.
P3.1(11) dùng làm TxD trong truyền thông nối tiếp.
P3.2(12) dùng làm chân báo ngắt từ bên ngoài cho VĐK(INT0).
P3.3(13) dùng làm chân báo ngắt từ bên ngoài cho VĐK(INT1).
P3.4(14) dùng làm tín hiệu đếm cho Timer/Counter0 của VĐK khi nó làm việc ở
chhé độ counter
P3.5(15) dùng làm tín hiệu đếm cho Timer/Counter1 của VĐK khi nó làm
việc ở chhé độ counter.
P3.6(16)&P3.7(17) ở chế độ multichip thì đây là các lệnh xuất nhập bộ
nhớ chúng đi cùng với dữ liệu.
*P3.0÷P3.5 thay đổi chức năng phụ thuộc vào lập trình còn P3.6,P3.7 thay
đổi chức năng do chế độ có ghép nối multichip hay không.
ALE(30) là tín hiệu chốt địa chỉ thấp trong đọc viết ngoại vi bằng chế độ bus.
EA(31) là tín hiệu chọn đích cho của địa chỉ : Nếu EA=+5V địa chỉ sẽ được trỏ
vào bộ nhớ trong, nếu EA=0V địa chỉ sẽ được trỏ vào bộ nhớ ngoài.
PSEN có tác dụng khi truy cập bộ nhớ ngoài : Nếu PSEN=+1 địa chỉ sẽ được trỏ
vào bộ nhớ chương trình bên ngoài, nếu PSEN=0 địa chỉ sẽ được trỏ vào bộ nhớ dữ
liệu ngoài.
*Tất cả các VĐK họ 80xx đều có 16 bít địa chỉ trỏ ra ngoài, kết hợp với các chân
PSEN, RD , WR sẽ có khả năng trỏ tới 2x216 KB bộ nhớ ngoài.
Cấu trúc bên trong 89C52
CPU 8-bit thích hợp với các ứng dụng điều khiển gồm:
+Thanh ghi PC(Program Counter_con trỏ chương trình).
+Control Unit.
+Instruction decorder.
Memory: RAM 256 bytes+ các thanh ghi chức năng đặc biệt
- 17 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 18
EEPROM 8KB
Ba bộ Timer/Counter 16 bit.
Cổng truyền nối tiếp Full-duplex
Cấu trúc ngắt gồm 6 nguồn ngắt / vector với 2 mức ưu tiên
Máy phát đồng bộ trên chip
Timer/Counter :
AT89C52 có 3 Timer/Counter là Timer0 Timer1, Timer2 , cả 3 có thể hoạt động
như Timer hoặc Counter . Khi hoạt động như Timer thanh ghi được tăng lên 1 tại mọi
chu kỳ máy , ta có thể coi là đếm chu kỳ máy , mỗi chu kỳ máy gồm 12 chu kỳ dao
động thạch anh , tốc độ đếm bằng 1/12 chu kỳ dao động thạch anh . Khi hoạt động như
Counter thanh ghi tăng tương ứng với sự thay đổi 1 về 0 tại đầu vào chân T0(14),
T1(15),T2(1) . Chức năng là Timer hoặc Counter phải được chọn đồng thời cũng phải
chọn 1 trong 4 chế độ hoạt động . Việc khởi tạo hoạt động và điều khiển các
Timer/Counter dựa trên 2 thanh ghi TMOD và TCON trong vùng các thanh ghi có
chức năng đặc biệt SFRS
Ngoài ra Timer 2 có 3 chế đọ hoạt động: tự nạp lại 16 bít(Autoreload), thu nhận (
Capture ), và tạo tốc độ baud . Hoạt động của Timer2 được điều khiển bởi thanh ghi
điều khiển T2CON
Giao diện nối tiếp :
Cổng nối tiếp có thể truyền nhận đồng thời . Nó cũng là bộ đệm nhận nghĩa là có
thể nhận byte thứ 2 trước khi byte thứ nhất trước đó được đọc từ thanh ghi nhận . Tuy
nhiên byte đầu tiên vẫn chưa đọc trong thời gian nhận byte tiếp theo thì byte đầu tiên
sẽ mất . Cả 2 thanh ghi nhận và truyền của cổng nối tiếp đều có tên là Special Function
Register SBUF
Tốc độ baud trong truyền nối tiếp :
1
Đối với Mode 0 : Baud rate = 0sillator frequency
12
2 SMOD
Đối với Mode 2 : Baud rate = 0sillator frequency
64
1
SMOD = 0 : Baud rate = 0sillator frequency
64
1
SMOD = 1 : Baud rate = 0sillator frequency
32
- 18 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 19
Đối với Mode 1 và Mode 3 : Trong 2 chế dộ này sử dụng Timer 1 để định tốc độ
baud
Khi Timer 1 báo tràn :
2 SMOD
Baud rate = x ( Timer 1 Over Flow Rate )
32
Khi Timer 1 sử dụng chế độ tự động nạp lại số đếm khi tràn :
2 SMOD 1
Baud rate = x x 0sillator frequency
32 12 x(256 − TH 1)
Việc khởi tạo và điều khiển chế độ truyền nhận nối tiếp thông qua 2 thanh ghi
SCON và PCON
Các nguồn ngắt
Các chương trình ngắt được đặt tại địa chỉ từ 0003H ÷ 002bH trong bộ nhớ
chương trình . Khi có ngắt thì CPU sẽ nhảy tới vùng mà nó phục vụ ngắt , nếu chương
trình phục vụ ngắt nằm trong khoảng 8 byte thì phục vụ ngắt ngay trong vùng đó , còn
khi chương trình phục vụ ngắt mà lớn hơn 8 byte và các nguồn ngắt khác đang phục
vụ thì sẽ nhảy vượt qua sau đó thực hiện chương trình phục vụ ngắt.
Bảng các vector ngắt :
Nguồn ngắt Địa chỉ
IE0 0003H
TF0 000BH
IE1 0013H
TF1 001BH
RI&TI 0023H
TF2 002bH
- 19 -
- §å ¸n tèt nghiÖp R¬le sè b¶o vÖ c¸ch ®iÖn 20
2.2 Giới thiệu về vi mạch chuyển đổi tương tự số ICL7109:
GND Vcc
Status Ref in -
Pol Ref cap -
Or Ref cap +
B12 Ref in +
B11 In hi
B10 In low
B9 Comm on
B8 Int
B7 Az
B6 Buf
B5 Ref out
B4 -V
B3 Send
B2 Run/Hold
B1 Buf osc out
Test Osc sel
LBE N Osc out
HBEN Osc in
CE/LOAD Mode
ICL7109
- Là bộ biến đổi tương tự sang số bằng phương pháp tích phân 2 sườn xung, đầu ra
12 bit binary.
- Tổ chức vào ra theo byte , đầu ra 3 trạng thái tương thích TTL và chế độ truy nhập
theo UART handshake cho vào ra song song hoặc nối tiếp với microprocessor.
- Đầu vào RUN/HOLD và đầu ra STATUS có thể được sử dụng để kiểm tra và
điều khiển trong khi biến đổi.
- Tín hiệu vào vi phân và vi phân điện áp chuẩn chính xác
- Ít nhiễu 15 μVP-P . Dòng vào 1 pA.
- Tốc độ biến đổi 30 lần/s.
- Có thể hoạt động với mạch dao động trên chip với tinh thể thạch anh 3,58 MHz
thì tốc độ biến đổi là 7,5 lần/s với tần số mạch điện cung cấp là 60 Hz .Cũng có thể sử
dụng mạch dao động RC với tần số xung khác.
Chức năng từng chân
Chân Tên gợi nhớ Chức năng
số
1 GND Digital Ground , 0V so với tất cả các mức số
2 STATUS đầu ra sẽ ở mức cao trong suốt thời gian tích phânvà vi phân cho tới
khi dữ liệu được chốt lại . Đầu ra sẽ ở mức thấp khi khâu analog
được định nghĩa tự động về 0
3 POL Cực tính - dương đối với điện áp vào Bít số liệu ra 3 trạng thái
dương
4 OR Tràn thang – cao nếu bị đầy Bít số liệu ra 3 trạng thái
5 B12 Bit 12 Bit cao nhất Bít số liệu ra 3 trạng thái
- 20 -
nguon tai.lieu . vn
