电能专用计量芯片ATT7026及其在电网监控中的应用设计

1、电能专用计量芯片ATT7026及其在电网监控中的应用设计电气开关M2005.No.4)15文章编号:loo4-289X(2005)O4一O015一O3电能专用计量芯片ATT7026及其在电网监控中的应用设计吴功祥张培铭(福州大学电气工程与自动化学院,福州350002)摘要:ATT7026是一种高精度的电能专用计量芯片.详细介绍了ATT7026的内部结构及功能,并介绍了以ATT7026为核心的电网监控系统及其系统软,硬件设计.关键词:ATT7026;监控;设计中图分类号:TP277文献标识码:AApplicationandDesignofElectricEnergyMeasureChipATT7

2、026inMonitorandControlSystemofElectricNetworkGong-xiang,ZHANGPei一772g(InstituteofElectricalEngineeringAutomation,FuzhouUniversity,Fuzhou350002,China)Abstract:ATT7026isakindofhighaccuracychipusedintheelectricenergymeasure.ThispaperintroducesthestructureandfunctionofATT7026,andthedesignhardwareandsoft

3、wareinthemonitorandcontrolsystemofelectricnetworkusingATT026.Keywords:ATT7026,monitorandcontrol,design2.1ATT7O26的内部结构1前言ATT7026是由珠海炬力集成电路设计有限公司生产的高精度三相电能专用计量芯片,适用于三相三线及三相四线场合.其内部集成了16位A/D转换器及DSP数字信号处理器,对电网电量测量具有较高的测量精度及实时性.ATT7026通过SPI接口非常方便与MCu通信.MCU可直接利用ATT7026的测量参数对电网进行监控.该芯片是一款功能较全,所需外围元件较少,抗干扰能

4、力强,非常实用的芯片.其应用范围较广,可用于三相三线和三相四线复费率电能表,电网参数监测,智能化仪表等场合.2ATT7026的内部结构与功能图1为ATT7026的内部结构框图.(1)前端6通道2阶一的ADC模数转换电路对输入信号进行采样;(2)三相复费率电能计量参数的运算是通过内部高性能的24位DSP数字信号处理来完成;(3)通过内置的串行SPI接口与外部MCU之间进行数据传递;(4)内部电能一频率转换器提供F1,F2,F3,F4共4个脉冲输出,可直接驱动步进电机,分别显示有功电能和无功电能;(5)校验脉冲CFI,CF2分别输出瞬时有功功率,无功功率信息.脉冲输出可直接接到标准表,进行误差校正

5、;(6)内置电压监测电路.2.2ATT7026的主要功能(1)有功测量满足1级,0.5s,支持IEC687/1036,GB/T172151998;16电气开关(2005.No.4)图1ATT7026内构框图(2)无功测量满足2级,3级,支持IEC1268,GB/T178821999;(3)适用三相三线,三相四线;(4)瞬时有功,无功,视在功率,有功,无功能量测量;(5)功率因数,相位,频率,电压和电流有效值测量;(6)同时提供分相以及合相参数;(7)提供相序以及断相检测功能;(8)提供有功,无功电能脉冲输出;(9)直接驱动步进电机,可同时输出有功,无功两路驱动信号;(1O)电表常数可调;(11

6、)起动电流可调;(12)反向有功指示功能;(13)支持电阻网络或者软件调试电表;(14)软件校表支持增益和相位补偿,使小电流非线性得到补偿;(15)可测量到21次以上谐波的有功和无功功率;(16)具有SPI接口,方便与外部MCU通信;(17)电源监测电路保证芯片正常工作.3ATT7026在电网监控中的应用设计3.1硬件设计如图2所示,电网电压,电流信号通过输入通道输入ATT7026芯片,ATT7026对电网参数进行实时采样及计算,单片机PIC16F877又通过SPI接口获取ATT7026的计算结果,实时显示并对保护进行计算.微机通过RS485与单片机进行通信,从而对电网运行状态进行监控.(1)

7、输入通道输入通道由电流输入通道和电压输入通道组成.为了保证输入精度,电流输入配5A/20mA,0.1级的电流互感器,电压通道采用精密电阻直接分压输入;图2ATT7026在电网监控中的应用硬件框图(2)电量参数转换电量参数的测量主要由ATT7O26完成.由于ATT7O26采用16位A/D转换器及24位DSP数字信号处理器,因而实现了对电网参数的高精度和实时性测量;(3)中央处理单元本文采用单片机PIC16F877作为中央处理单元.PIC16F877是美国微芯公司生产的采用14位RISC指令集的中级产品,内部拥8Kbyte的FLASH程序存储器,256byte的EEPROM,SPI接口,异步串行通

8、信(USART)接口等功能.该芯片是一款易学易用,功能较强的单片机;(4)输出通道输出通道主要由保护输出及显示构成.显示通过串行转并行芯片74HC595实现静态显示,保护输出采用继电器输出方式;(5)上下位机通信微机通过RS485与监控单元进行远程通信,从而在微机上实现对电网实时监控.3.2软件设计电网实时监控软件设计由模块化结构的主程序和中断程序构成,其框图见图3,图4所示.主程序主程序包括初始化程序,软件校表子程序,读取ATT7026子程序,保护子程序,显示子程序.初始化子程序主要有对I/O管脚设置,SPI口初始化,异步串行通信(USART)接口初始化,读取EEPROM预置参数等功能.软件

9、校表子程序完成对ATT7026的校正及参数设置.校正主要包括对电流互感器的比差及相差(下转第2O页)20电气开关(2oo5.N0.4)I塑jf臣国.J.一可控硅控制字装入二二可控硅控制字输出二二二触发时间常数装入二二二自发时间常数校正输一触发计数加1T一,数据总数?/Y二指针数据重新装入NT恢复现场图3触发程序框图分频下是否完成了一个触发周期;5)指针的重新载入:完成各种触发数据的重新初始化,包括时间常数指针,晶闸管控制字指针和触发计数.采用先离线计算常数,以此为基础进行触发控制的方法,确定触发时间常数的过程和发触发脉冲的过程是相互独立的,而在线实时计算法,则是统一的过程.采用分离的方式,可以

10、使主控微机从繁重的计算中解脱,从而更好的完成控制功能.由于功能分离,编写程序也往往比较方便.由前可知,余弦交截法存在缺陷,计算出的触发时常往往还需要进一步的调整,采用离线方法,数据存在触发时间表格中,比较容易调整.所以通常触发精度比在线计算方式高.但其缺点也很明显,往往在每一分频下都要编制不同的触发表格.4小结通过实际应用发现,两种方式各有千秋,在使用过程中,要从系统硬件及系统对控制的实时性和对速度的连续性要求等方面来确定具体采用何种方法.收稿日期:200503-21(上接第16页)校正,参数设置主要对起动电流设置,断相阈值设置,合相能量累加模式(代数和/绝对值)设置等.保护子程序对实时电网参数与预置EEPROM的参数进行比较,确定是否保护输出.显示子程序主要显示实时参数,显示故障信息,显示保护参数等.中断程序上位机与下位机通信是通过中断子程序完成.中断子程序由数据交换程序,保护参数设置程序等构成.通信是利用中断程序来完成,这样可使通信反应更迅速.数据交换程序主要完成下位机对上位机的发送电网实时参数.保护参数设置程序