摘 要：在分析低壓配電監控需求的基礎上，提出了基于MCF51EM256單芯片SOC的解決方案，該方案利用其片內高精度16位ADC和高速32位COLDFIRE-V1核較好的實現了保護、測量、控制、管理和通訊功能，從而經濟高效地滿足了低壓測控裝置的完整需求，具有較高的參考價值。
關鍵詞：低壓測控 微機 保護 MCF51EM256 MQX操作系統
Abstract On the basis of analyzing the demand of low voltage distribution monitoring, this paper put forward a solution based on single chip SOC MCF51EM256, it uses the 16-bit high precision ADC and 32-bit high speed COLDFIRE-V1 core of the SOC to realize protection, measurement, control and communication, thus the whole needs of the low voltage measuring and control device are met economically and efficiently, it has very high reference value.
Keywords low voltage measuring and control, microcomputer, protection, MCF51EM256, MQX operation system
0 引言
在交流50Hz，380V（660V）低壓系統中，配出回路繁多，配電柜空間狹小，低壓終端上的電機或者其他饋線設備都需要智能化綜合測控裝置，配合接觸器、斷路器等，實現智能化、網絡化、一體化功能，提高設備智能化管理水平，方便用戶的使用。本文研發的低壓測控裝置就能完整的實現上述的控制、測量、保護、通訊和管理一體化的功能。
1 低壓測控裝置功能概述
低壓測控裝置能直接交流采樣三相交流電流、三相交流電壓、溫度熱電阻、漏電流信號，通過高速MCU處理器計算負載電流、接地電流、電壓、不平衡度、功率、電能等參數，結合內置保護算法處理，根據需要來實現保護的投入、退出、報警或者跳閘，實現可選擇性的保護功能；通過開關量的輸入輸出功能，配合接觸器、斷路器可完成相關的控制邏輯實現一定的工藝連鎖或控制保護功能；如應用在MCC回路中，可完成馬達的直接啟動，可逆啟動，Y-△的啟動控制；具有強大的網絡通訊功能，采用標準的RS485，MODBUS_RTU協議（可擴展PROFIBUS-DP，工業以太網，CAN網絡的DEVICENET）協議可輕松地實現組網功能，方便用戶的維護和管理[1]。一個典型的低壓測控裝置結構示意圖如圖1，它從主回路中采集電壓、電流、溫度等信號，經內部的MCU高速處理，結合開關量輸入信號DI進行開關量輸出控制處理，帶有人機交互顯示功能，豐富的網絡通訊接口可方便用戶的管理。
2 系統硬件設計
2.1 MCU選型
MCU是低壓測控裝置的核心，它實現了數據采集、數據處理、輸出控制、網絡通訊和人機交互功能。這里采用Freescale公司最近推出的MCF51EM256的處理器，它采用高速32位 ColdFire V1 內核（具有硬件乘法累加MAC單元）,片內集成帶可編程延遲模塊PDB和4個16位SAR型ADC，PDB可以直接控制觸發ADC的采樣，完成了高精度的電壓、電流、漏電流、溫度的交流采樣和測量，結合高速的32位COLDFIRE核，可實現各種測控保護運算算法。硬件獨立的RTC和兩個安全的FLASH內存可完成事件記錄管理功能，同時通過遠程固件更新，減少裝置的維護成本。多達3個SPI、3個SCI和1個I2C接口，可實現多種網絡通訊功能，內部集成了2個TPM多功能定時器模塊和1個16位、2個8位定時模塊以及豐富的GPIO口，可方便的完成定時中斷和各種開關數字量的輸入采集和輸出控制。借助CODEWARRIOR-IDE開發平臺和免費的MQX 操作系統，可高效快速的進行軟件開發[3]。
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