無功補償控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

無功補償控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案泵統(tǒng)軟件第構(gòu)采用模塊化設(shè)計.各功能模塊曲相應(yīng)的丫程序來完成，使殺統(tǒng)敕■件結(jié)構(gòu)清冊i「便于調(diào)試押條改。系統(tǒng)軟評主要赳含下列功能摸塊：⑴數(shù)據(jù)采樂模塊:（2） 鍵盤操作程序：（3） 境糊控制算法欖塊；⑴存儲器疔仙于讀寫程序.用控制霸外圍模塊卡富，功龍完善，控制規(guī)律也比較臭雜，其中競&的計卑處理工作很多°匯娠語吉編譯效率高：（IBI■算能力不強(qiáng)，較大規(guī)模的宜雜思序諭計困雉，且開甌周期阻川讀性及錐護(hù)性都比較蛙「I前的亡涪;;編譯器編譯數(shù)車很両叮詼刮最優(yōu)匯編程序咱1）7』倍、所以系統(tǒng)軟們翔呈語言采用住語肓?C語言是?種姑枸化程序設(shè)訃語古，它兼顧了寥種閒級帖才的特點，并具彳汀一編語苕的功能■＜：話莒庫函數(shù)豐富'運算建度怏，具有蟲好的可移植性，I何⑴:『段實觀H接對系貌便件的控制■用C語言編寫程序.可以大大網(wǎng)叛開握周期,提髙效率,井I!增加了握呼的可讀性帆5.1主程序結(jié)構(gòu)HH嚎貌軟件釆閉模塊化設(shè)L「1川血卞程序釗負(fù)廿調(diào)前各功能戟塊楫序，卞理序流程圖如閤予」斯示.infftTI務(wù)冊|infftTI務(wù)冊|1S.5.I主程序俺程圈Fig.5.1tn^inpmgraiTiiHq-wdhatl系綴啟動苗通過碩件丸眄匕電覽心電瞞內(nèi)動旳系統(tǒng)進(jìn)行初始化-初対化卞要也括

艮置標(biāo)志拉和變雖的初値.單片機(jī)中斯系統(tǒng)祈射卄.■臼弄罌縱投切狀蕊捋示燈的初始狀態(tài)，5045検塊初始化，設(shè)胃各接口芯片的初始化等。然后程序進(jìn)入主循環(huán)：首先觸發(fā)喂狗程序，為看門狗定時器復(fù)位.接著掃描健盤狀態(tài)，看是否有鍵盤操作，如右鍵盤操作則進(jìn)入鍵盤操作顯示模式。接著進(jìn)入運算模塊，根據(jù)采集的電壓信號、電涼信號、相角倍號計算電網(wǎng)的電壓和無功?接右程序進(jìn)入控制算法模塊，控制算法模塊根站基于模糊控制算法的投切判據(jù)進(jìn)行比較判斷，然坊把比較結(jié)果傳送給電容器組投切模塊，進(jìn)行相應(yīng)的投切動作。5.2各功能模塊設(shè)計5.2.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計數(shù)據(jù)采樣是整個控制器系統(tǒng)工作的的提，能否很好的進(jìn)行采樣，釆集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),對于系統(tǒng)的計算和正常運行起若決定性的作用。首先為保證采樣時間的準(zhǔn)確性，使采集到的值盡可能的接近電網(wǎng)的實際值，軟件采用定時中斷的方式來進(jìn)行釆樣處理。利用單片機(jī)的定時器0中斷.每hns定時器0中斷?次.進(jìn)入定時器中斷程序。在定時器中斷中，A、B、C三相循環(huán)采集,每次中斷中進(jìn)行一相電壓和電潦的采樣工作.然后,并且在采樣Z后咒按進(jìn)行累加運算，最后求岀累加結(jié)果的均值.通過六位LED數(shù)碼管顯示出來。其中顯示子程序也杲在中斷中完成，顯示子程序采用動態(tài)掃描方式W程序的流程圖如圖5.2所示。中斷服務(wù)程序：首光通過控制4051的八路選通通道來采集三相電壓?電流值。這6個信號對應(yīng)405】的04通道，順序分別為A相電壓，A相電流，B相電壓，B相電流,C相電壓，Clfl電海對應(yīng)的4051控制位ABC為000401.第一次進(jìn)入1ms定時器中斷程序，首先通過串口A/D釆集A相電壓、A相電流信號，并且把采集的數(shù)抵累加到指定崙存器。第二次進(jìn)入1ms定時器中斷程序時，通過串口AQ采集B相電壓、B相電流信號，并且把采集的數(shù)據(jù)累加到抬定寄存器.第三次進(jìn)入1ms定時器中斷程序時，通過.$UA/D采集C相電壓、C相電涼信號.并且把采集的數(shù)攜累加到指定寄存器.當(dāng)累加計數(shù)到?定數(shù)值時進(jìn)行求均值計糞得出三相電壓，電流值。接若再通過LED顯示模塊把得出的結(jié)果顯示出來。系統(tǒng)默認(rèn)的是顯示三相平均電壓值，如果想看三相分別的電壓值或者電流值需要進(jìn)行鍵盤操作。為保證得出的平均值是在同一個周期內(nèi)采樣的結(jié)果。因此采樣時累加的次數(shù)就必須要覆孟整個采樣周期■N=%。其中Tg娃市電的電壓周期.7^￡=%o"O2￡?7?采=呢，池002%加20?因此，本系統(tǒng)設(shè)定每采集100次信號，即采集5個周期的電網(wǎng)信號，做一個均值運算，認(rèn)定為此時的電壓值。

ft]5.2采集程序流程圖Fig.5.2Acquisitionprocessflowchart5.2.2鍵盤操作模塊本系統(tǒng)的鍵盤操作模塊設(shè)計的比絞復(fù)雜?考便到控制的方便、簡單性以及線略板的布局布線等方面的原因，只設(shè)計了四位按鈕式鍵盤?來完成A、B、C三相電壓值，電網(wǎng)即時運行電圧值，電網(wǎng)即時運行電流值的查看以及投切電容器組的閥值、模期控制算法中電壓系數(shù).投切間隔等預(yù)設(shè)數(shù)的修改設(shè)置等一系列的工作?以上錠盤模塊的功能都是在系統(tǒng)的軟件中實現(xiàn)的。軼件的流程圖如圖5.3所示.在設(shè)計鍵盤操作的軟件時，主要由控制器的功能上的兩方面入手：1?可以顯示A、B.C三相電壓值.電網(wǎng)即時運行電壓值和電網(wǎng)即時運行電流值?2?電容器組投切閥值,投切時間間隔，模糊算法中的電壓權(quán)系數(shù)等預(yù)設(shè)數(shù)的修改設(shè)置。因此，任編寫軟件時從時條線入手.即，按F“功能6T就是要修改徴設(shè)數(shù)的掾作.按下鍵就是査看電網(wǎng)即時電壓值的操作。LED數(shù)碼管通常能示的是龜網(wǎng)即時的平均電壓值，每按一下”德漩胡一頁.紐示下一頁所呈現(xiàn)的電壓值。依次為：A相電壓值、8相電壓值、C相電

壓值、電網(wǎng)運行即時電流值。修改預(yù)設(shè)數(shù)的操作是：每按下一次"功能鍵”即顯示一位預(yù)設(shè)數(shù)的設(shè)定值，依次為：投電容閥值、切電容閥值.模榊算法中電壓權(quán)系數(shù)、投切時間預(yù)設(shè)數(shù)。再進(jìn)入預(yù)設(shè)數(shù)操作時，按化廣健為當(dāng)前預(yù)設(shè)數(shù)的修改移位操作，磚按一狀光標(biāo)移動一位，修改當(dāng)時位上的數(shù)值。按鍵為當(dāng)時位置的加一操作，也就是光標(biāo)所在位的加一操作.這樣設(shè)計雖然操作時有些麻煩，但是在礫作次數(shù)少設(shè)計按鍵不需耍5.2.3控制算法模塊控制舜法模塊是控制箕法的具休體現(xiàn)，是單片機(jī)控制電容器紐投切的關(guān)鍵步球。木模塊完全按照第三章中本系統(tǒng)設(shè)計的基于模稲算法的控制策略來完成?把采集到的電尿值和無功功率模糊化處理，然后通過推理規(guī)則對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后判斷各數(shù)據(jù)的具體情況.仗后通過對電壓和無功功率的加權(quán)處理，得出最后的輸出值。輸出值與設(shè)定的投切電容的閥值進(jìn)行比絞，得到最后的投切命令給輸出模塊.控制算法中設(shè)置了電壓的上下極限，當(dāng)采集岀的電壓值超過上、下極限時多數(shù)為網(wǎng)絡(luò)故障或者供電系統(tǒng)出現(xiàn)事故?因此這時裝迓立刻發(fā)岀跳閘信號。若輸出值大丁?切電容閥值時，逐級切除電容器，以降低電壓，且毎切除-?級的同時不斷地臉測電壓值和無功值。若得出的輸出值恢復(fù)到正常值，說明這時電壓.無功已經(jīng)穩(wěn)定，則不再切除電容器，若仍離于閥值.則繼續(xù)逐級切除，若電容藩已全部切完而輸出值仍高于閥值，則返回主程序，繼續(xù)檢測電網(wǎng)電壓，等待電網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常范is內(nèi).若輸出值在投電容閥值之下，逐級投入電容器,以升高電壓，且每投入一組的同時不斷地檢測電壓值和無功值.片得出的輸岀值恢復(fù)到正需值.說明這時電壓、無功已經(jīng)穩(wěn)定，則不再投入電客器.若仍低于閥值，則繼續(xù)逐級投入.若電容器已全部投完而輸出值低于閥值，則返回主程序，繼續(xù)檢測電網(wǎng)電壓，等待電網(wǎng)電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。Fig.5.4Fuzzycontrolalgonthmflowchart為防止瞬対干擾和投切跟蕩，電容器的投切和挑閘信號的發(fā)出并不以當(dāng)時單片機(jī)計算出的結(jié)果立即動作.而是累計若干組之后，逬行比較運算，把這若F組信號嘟與第-5.2.4存儲器模塊設(shè)計5.2.4.1X5045存儲器相關(guān)資料本控制器系統(tǒng)要求對投入電容器、切除電容器閥值，電流極限值，電容器投切時何間隔，模槻控制算法中電壓權(quán)系數(shù)等用戶可以通過犍盤修改的數(shù)值進(jìn)行保存?這樣，就需要把這些數(shù)據(jù)保存到存儲器中。以便任下次垂啟時單片機(jī)可以宜接調(diào)用這些修改后的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的存儲器采用帝有看門狗功能的串行EEPROM的X5O45芯片.可擦寫周期1000000次，并且保存時間達(dá)到100年.X5O45的控制指令被組織成一個8bit字節(jié)，這些命令中有兩條只耍丘接將指令代碼寫入芯片即可，有兩條讀指令用干初始化輸出數(shù)據(jù)，其它的捋令，還需要一個8位的地址以及相關(guān)的數(shù)據(jù)。首先定義各命令控制字見表5?1。他們都是通過ISP串行總線來寫入器件的，所有抽令、地址、數(shù)據(jù)都是MSB先寫.表5.1X5045指令格式及其按作Table5.1X5O45commandanditsoperationformat指令名稱播令格式完成的操作WREN00000110寫允許WRD100000100WMitRSDR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001弓狀態(tài)奇存器：看門狗和塊檢定READ(XXX)Aj011從選定的開始地址單元中讀數(shù)據(jù)WRITE0000a4oh向選定的開始地址單元寫入數(shù)搖~JC5045的狀態(tài)寄存器由4個非斷電不會丟失的控制位和2個斷電即消失的狀態(tài)位藥成，控制位用于設(shè)賈看門狗定時器的溢岀時何和存儲器塊保護(hù)區(qū)。狀態(tài)寄存器的格式見表5.2?^5.2X5045狀態(tài)斉存器洛式Table5.2X5O45StatusRegisterformal765 4321000WD1WD0BL1BL0WELWIPWIP是一個易失性的只讀位，在片內(nèi)編程時，它指示出器件“忙3這一位可以用RDSR指令讀出,當(dāng)讀出的這一位是T,則表示內(nèi)部正在進(jìn)行寫葆作.如果是“0”，表示內(nèi)部沒有逬行寫操作.WEL是一個易失性位.當(dāng)該位為時表示芯片處于寫允許狀態(tài)，而該位繪“OS則代表該片處于寫禁止?fàn)顟B(tài)，WEL也是一個只讀位，指令WREN將使WEL變?yōu)椤?寫而指令WRDS則俗這位變?yōu)椤?”。塊鎖定為BL0和BL1用于設(shè)置塊保護(hù)的層次，這個非易失性的位通過WRSR折令來編程，通過這兩位的設(shè)賢，町以使存儲器的1/4、1/2、全部都處于寫保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)然也可以全部都不處于寫保護(hù)狀態(tài)，具體的設(shè)宙看表5.4?看門狗定時器控制位:WDO和WD1.用于選擇看門狗的定時溢出時間.具體的情況看表5.3,這兩個非易失位通過WRSR指令逬行編程〔均。衣5.3X5045看門豹定時器控制対間Table5.3DogtimercontroltimeactingasdoorkeeperofX5O45狀態(tài)寄存器位看門狗定時器溢111時間WD1WD0X5O45001.4S01600ms10200ms1I禁止表5.4X5CM5塊保護(hù)控制iablc5.4ProtectioncontrolNockofX5(M5狀態(tài)寄存器位保滬的地址空間BLIBL0X504500不保護(hù)015I80H-S1FFH10$100H-$1FFH11$0001卜S1FFH5.2.4.2單片機(jī)對X5O45的編程步曝首先對寫使能鎖存器置位.然后發(fā)送寫操作指令，緊接著由CLK信號蝕發(fā)發(fā)送EEPROM的地址和需寫入的數(shù)據(jù)，在輸入數(shù)據(jù)之后將置高，一般經(jīng)2ms的延時，則數(shù)丸被寫入EEPROM中：也可以通過檢測狀態(tài)寄存器的WIP位來判斷寫操作是否完成，若W1P位為離，表示寫操作正在進(jìn)行，需繼續(xù)檢測，一玄到W1P位變低為止.這時對X5045的編程工作即告完成。本存儲器模塊中是山幾部分穆序組成，其中包括：寫允許子程序、寫禁止子程序、寫一個字節(jié)子程序、讀一個字節(jié)子程序.讀狀態(tài)寄心器子程序、寫狀態(tài)寄存器子程序、寫存儲器子程序、讀存儲器子程序等，（1）寫存儲器子棉序要往存儲器里寫數(shù)據(jù)。首先要通過WREN指令賈WEI位為411w.先將CS拉低，將WREN指令送入器件，然后將CS拉高.再次將CS拉低.隨后寫入WRITE指令并嫁隨8位的地址，可以連續(xù)寫入16個字節(jié)的數(shù)據(jù)?WRITE指令的位3用于選擇存儲器的上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)。如果CS沒有在WREN和WRITE指令之間變?yōu)楦唠娖?，則WRITE指令被忽略.流程圖如圖5.5。寫操作至少需耍24個時鐘周期，CS必須拉低井在操作期何保持低電平，主控機(jī)可以連續(xù)寫入16個字節(jié)的數(shù)據(jù)，但是這16個字節(jié)必須寫入同-頁.一頁的地址開始J：地

址（XXXXXOOOO）結(jié)束于地址【XXXXX1111】。如果待寫入的字節(jié)地址已到達(dá)一頁的最后，而時禪還繼續(xù)存在.由計數(shù)器將回繞到該頁的第一個地址并覆蓋前面所寫的內(nèi)容?（2）讀存儲器子程序要讀存儲器的內(nèi)容，首先將CS拉低選中該器件，然后將8位的讀指令送到器件中去.跟著送8位的地址，讀抬令的位3用于選擇存儲器的上半?yún)^(qū)或下半?yún)^(qū)，在讀操作碼和地址發(fā)送完畢后?所選中的地址單元的數(shù)據(jù)通過SDO線送出.在讀克這一字節(jié)后，如果維續(xù)提供時鐘脈沖，則這?地址單元的F—個單元的數(shù)據(jù)將會被額序讀出，地址將會自動地增加。當(dāng)?shù)竭_(dá)最髙地址之厲，地址將會回繞到Y(jié)OOOH單元，讀周期在CS變?yōu)轶{電平后中止。程序流程圖如圖5.6。Fig.5.5FlowchartofwritememoryofX5045圖5.6X5045it存儲器框圖Fig.5.6ReadingmemorydiagramofX5O45Fig.5.5FlowchartofwritememoryofX5045圖5.6X5045it存儲器框圖Fig.5.6ReadingmemorydiagramofX5O455.3軟件抗干擾設(shè)計53.1指令冗余技術(shù)（1）NOP的使用在雙字節(jié)指令和3字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)NOP描令，可保證其后的指令不彼拆因為“亂飛"的程序即使落在操作數(shù)上，由于兩個空操作數(shù)捋令NQP的存在,不會將其后的指令肖操作數(shù)執(zhí)行，從而使程序納入正軌.C-51語言程序中，NOP指令由」op_函數(shù)產(chǎn)生【切.對程序流向起決定作用的指令和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令之前插入兩條NOP指令，可保證亂飛程序迅速納入軌道，確保這些指令正確執(zhí)行。（2）重娶指令冗余程序指令在執(zhí)行過程中或者保持（鎖存〉之垢，都河可能被噪丙修改而導(dǎo)致控制失效乃至引發(fā)爭故?為此，對干程序流向起決定作用的指令和某些對系統(tǒng)工作狀譽起垂要作用的捋令.在它們的后面重復(fù)寫上這些指令，以確保這些指令的正確快行。5.3.2數(shù)字濾波對計算機(jī)捋制系統(tǒng)中的常態(tài)干擾.可以用數(shù)字渡波的方法加以抑制或者濾除W所謂數(shù)字濾波，就是通過i定的軟件程序降低「擾在有用信號中的比垂，故實質(zhì)上是一種程序濾波。數(shù)字濾波是用軟件實現(xiàn)的，不需増加換件.故可隸性島，且無阻抗匹配問題。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，對電壓、電流均值的求取就采用了防脈沖干擾平均值數(shù)字濾波法。該方法是先去掉N個數(shù)據(jù)中的最大債和最小值，嬪后計算N?2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值.這種方法適合干脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合.在這種場合若采用-?般的平均值法，則干擾將會“平均”到結(jié)果中去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的謀差a】。5.3.3按鍵去抖從鍍按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)奄杪的抖動，鍵松開時也存在同樣的問題.這會引起一次按健多次讀書問題，為保證健識別的準(zhǔn)確，需要進(jìn)行去抖處理。程序設(shè)計中采用軟件延時10ms的方法躲過抖動，即當(dāng)槍査出某鍵閉合（或斷開）后，執(zhí)行一個10ms延時子程序.讓抖動消失后，再檢驗一下鍵的狀態(tài).這樣可以避免因按鍵抖而造成的巫復(fù)讀鍵何題?5.3.4軟件陷阱技術(shù)在程序中設(shè)計軟件陷阱，引導(dǎo)程序進(jìn)入指定的指令操作■并最終回到程序的入口處,使系統(tǒng)復(fù)位.避免密個系統(tǒng)癱瘓。此外，可在未使用的中斷向量區(qū)存放系統(tǒng)初始化的入口指令.假如系統(tǒng)受到干擾，俏謀的產(chǎn)生這些中斷.系統(tǒng)即被車新復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作正常時，單片機(jī)的CPI；不會執(zhí)行軟件陷阱程序段；但是，當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)受到干擾而程序跑飛后，由于程用計數(shù)器pc值錯謀，玻壞的指令格式?導(dǎo)致執(zhí)行非正常抬令，從而執(zhí)行軟件陷阱程序段，落入軟件陷阱，將跑飛的程序引導(dǎo)到復(fù)位入口地址OOOOH。軟件陷阱程序段中的連續(xù)2條NOP指令是為了増強(qiáng)“UMPOOOOH”披捕嵌的能力.即"UMPOOOOH"不會被沖散，當(dāng)程序跑E后會得到完整地執(zhí)行，從而使覽E的程序納入正常軌道，軟件看門狗技術(shù)就是軟件陷阱的一個應(yīng)用實例。在51單片機(jī)中，系統(tǒng)初始化時將MCU內(nèi)部的定時器/計數(shù)器TO設(shè)置為定時器，并將TO定時溢出中斷設(shè)置為髙級中斷，利用程序使TO定時約為130ms來形成軟件看門狗。針對選礦廠供電線路過長，線路阻抗過人，現(xiàn)有的供電線路遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了10KV輸電線路的經(jīng)濟(jì)供電半徑。造成該廠的兩臺大功率球磨機(jī)試車無法起動，需孌穩(wěn)定末端電壓,減少線路耗損，需要無功補償這一何題.本文通過對電網(wǎng)無功補償原理的分析，以及目前無功補償裝置的發(fā)展情況的了解.設(shè)計了在高壓母線上分相檢測婪中補償?shù)闹悄軣o功補償系統(tǒng)。針對該廠內(nèi)功率設(shè)備過多，頻繁啟動的實際倩況，提出了基于模柵控制的智能控制方法，并