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1、电气蜜全低逐电器2 懈；现代建筑电气篇基于P I C 单片机的电站故障保护模块设计与应用孙晓静懈，谭景文1，刘正铭，曹文娟1(1 兰燃电源搴辆研究所有隈公司，甘肃兰州7 3 0 0 5 0；2 兰州理工大学，甘肃兰州7 3 0 0 5 0)摘要：提出了一种基于P I C 单片机的电站故障保护模块设计方案。介绍了电站孙晓静(1 9 6 4-)，故障傈护的类蘩，论述了系统酶结擒及其一豫霖蘧，绘出了系统酶软硬件漫诗浚程及实女高级，f 程烯，在现方法。该模块已得到了大域应用，实践证明，该模块使用方便，可靠性离，能够满足现读博土研究生，从场使用甏求。事电站控制系统的关键词：P I C 单片机；故障保护；
2、电站囱动化；检测研究、设计工作。中隧分类警：T U 8 5 5：T P 2 7 3文献标谖码：B文章编号：1 0 0 1-5 5 3 l(2 0 0 8)2 0-n n q m 3D e s i g na n dA p p l i c a t i o no fP o w e rS t a t i o nF a u l tP r o t e c t i v eM o d u l eB a s e do nP I C1 i c r o c o n t r o U e rS U NX i a o j i n 9 1”，T A N 五n 删e n l，肼UZ h e n g m i n g，C A O
3、W e n j u a n l(1。k 杰o nP o w e rS t a t i o n&V e h i c l eI n s t i t u t e，L a n z h o u7 3 5 0。C h i n a；2 L a n z h o uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y，L a n z h o u7 3 0 0 5 0，C h i n a)A b s t r a c t：T h ed e s i g ns c h e m eo ff a u l tp r o t e c t i o nm o d u l ef o rp o w e r
4、s t a t i o nb a s e dO i lt h eP I Cm i c r o c o n t r o l l e rw a s,p r o p o s e d。a n dt h ef a u l tp r o t e c t i o nt y p eo fp o w e rs t a t i o nW a si n t r o d u c e d T h es y s t e ms t r u c t u r e，w o r k i n gp r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o nm e t h o do fh a r d w a r
5、 ea n ds o f t w a r ef l o wc h a r tw e r ed i s c u s s e d T h i su n i th a sb e e na p p l i e dw i d e l y T h ep r a c t i c ep r o v e dt h a ti tw a se a s yo p e r a t i o n，h i g h 豫l i a b i l i t y，a n di tc o u l dm e e tt h el o e ,du s i n gr e q u i r e m e n t s。K e yw o r d s：P I
6、 Cm i c r o c o n t r o l l e r；f a u l tp r o t e c t i v e；p o w e rs t a t i o n；a o u t o m a t i o n；t e s t i n g0引言1功能要求在自备电站供电系统中，故障保护系统是电站不可缺少的重要组成部分。当发电设备发生故障或故障造成危害时，故障保护系统能自动地迅速切除发生故障的没备，以保护设备安全、霹靠迪运行1 1。目前，以单片柄为控制核心的电站故障保护系统(或称电站故障保护模块)以其优异的性能难在全砸取代传统的模拟式保护系统，并已在产靛中褥到广泛应罴。本文将具体分绍基于P I C
7、 单片机的电机故障保护模块的设计与应用。电站故障保护主要分为两种类氆：(1)轻故障。如过电压、欠电压、过频率、欠频率和过电流。(2)重故障。魏超速、油鹾低、承瀑高。根据故障类型自动完成相应的保护动作，轻敌障时应断电，保护错电设备；重故障应断电停机，保护发电及用电设备。2模块组成电站故障保护模块主要由机组电压、电流、频谭聚文(1 9 7 0 一)，男，高级工程师。从事电站控制系统的研究、设汁工作。刘正铭(1 9 7 4 一)，男，r 程师，研究方向为电站控制系统。曹文娟(1 9 8 0 一)，女，助理工程师。研究方向为电站控制系统。一3 9 万方数据堡曩塞豢蟹罂岔2 0。电气安全。凌伐建筑电气簇
8、。屯。_ 贸笙=J,一II=!=寡率、转速、溢度、压力稔测单元、P I C l 6 F 8 7 7 A 单片机控制单元组成。其结构框图如图1 所示。IL机组I 乜雁l I 机豺i 频率l 变送器l-l 光墨妻躏粥整形I变送器l l 褒送器l 圭鼯|v v ll 掰v lll|R A 0 A N 0R A l A N lR A 3 A N 3R BJR B 2R C 0 f l I C K I鞭C 1 6 F 8 7 7晒哪萤蚕誉鳙誊委壶兜|赶蕊褰致嚣谚电路龟旗毅薄保秽，镞块执行蜩路断电，终桃)敝障鞋承电路图1 系统结构框图该模块将分布在电站各个部位的电压、电流、频率变送器、转速、温度、压力传感
9、器等采集来的电靖工作参数，经过一定的处理后输入C P U 中，在C P U 中各参数经过内部软件的比较、处理，判凝跫否有故障发生，秃故障发复剐继续循环造执行监控软件，保持监挖状态，若判断出有故障，则进入敖障处理程序进行摆应的故障处理。模块在电站运行中的工作过程如图2 所示。3硬件设计该模块的核心器件采用美国微芯公圈的P I C l 6 t 8 7 7 单片橇拉，3。该单片橇采用哈佛总线结构以及R I S C 指令系统，用户很容易掌握，编程也非常篱单。潮时蠢器8 路模掇釜输入逶道，I O可直接驱动发光二极管L E D、光电耦合器和小型继电器，可使挎制电路大大筛纯。3 1 电压、电流及频率检测单元
10、采用三裙电压、三榍电流及频率变送器将各信号转换为5V 的直流电压，这些直流电压值再作为单片机的模拟量输入信号。变送器采用线性光电隔离，具有频率宽、精度离、体积小、功耗低的特点。3 2 转速采集单元电站转速的采样是一数字测速系统，通过安装在发动撬飞轮壳上与飞轮巍露垂直的磁性传感器测得。磁性传感器离发动机飞轮齿顶O 5。lm m，传感器输出一交流脉动信号，经整形籍进-4 0，望上电、越位=二机组起动、升速霉敬酶虢溯丽溺磊而丽可丽垂重碗f 严重故障2 一 N磊荔i 轻故障监测蚕蕊蕊孩司菊甬蕊吾轻故秽，爵一丽蕊矛继电器动作il 声党报警轻故障I 落敝障断电l 垮桃=r T，府图2 系统工作过程入单片橇
11、的定时器计数器T M R l(R C 0 隧)，由T M R l 对该信号进行脉冲计数，从而实现对电站转速的监测。T R M l 是一个1 6b i l 的计数寄存器，带有一个3b i t 的可编程预分频器和一个内置的低功耗、低频时基振荡器。数字测速系统的优点是测遵精度高，分辨熊力强，受器件影响小。转速与交流脉动信号频率的对应关系为j=Z 矗式中户一转速与交漉脉动信号频率卜发动机飞轮齿数站发动机转速3 3 机油压力、冷却水机油)温度检测单元电站机油压力和冷却水(或机油)温度通过分别安装在机油滤清器底座上的机油压力传感器和安装在水箱(或机油)散热器本体卜的水(油)温传感器测褥。这两个信号都为开关
12、量，可经先电隔离后进入单片机I O 口。3 4 输宙尽路电站故障保护系统的输出为断电和停机两个开关量，由单跨视的输出曩经光电隔离后，驱动断万方数据电气安全低压电器(2 舯8 2 0)现代建筑电气篇电和侉机继电器实瑰。4软件设计模块软件采用汇编语言编程，主要有初始化程序、A D 转换及中断子程痔、轻故障及重故障保护子程序。主程序如网3 所示。调|A I)转换r 程序调用嘏救障f 程序调f I 轻敝障r 程序图3 奎程净框匿4 1 初始化程序在初始化程序中需要设置的寄存器包括各端曩的数攮方向控制寄存器、中断控制整存器l N T C O N 及A D 转换控翩寄存器A D C O N O。4 2A
13、D 转换及r I M R l 计数子程序(1)A D 转换。P I C l 6 F 8 7 7 单片机内部嵌入的A D C 模块其有l Ob i 数字量精度，共有8 个摸攒通道，A D C 模块设鸯霹个专用寄存器：A D C O N O、A D C O N l、A D R E S H 和A D R E S L 4 J。该模块共使用了单片机的3 个模拟量通道，其寄存器分别设置为：A D C O N O：l1 0 0 0 0 0 1，即选择内部R C 振荡器，襄用A D C 模块；A D C O N I：0 0 0 0 0 1 0 0，即A N O、A N l、A N 3 为模拟输入；A D R
14、E S H 和A D-R E S L：存放A D 转换结果。(2)T M R I 计数。T M R I 为1 个1 6b i t 的定时器计数器，它的工偿模式有3 静。该模块采用的是异步计数器方式，段p 控制寄存器T IC O N 设置为0 0 0 0 0 11 0。在读数据时需注意的是，由于T M R I 由2 个8b i t 的T M R IH 和T M R I L 寄存器组成，因此读取计数值时要分两次读取。4 3 轻故障、重故障保护子程序在故障保护程序巾将对A D 采样、定时器计数器T M R l 及I O 阴(油压和水温)得到的数据进行跑较、判别，然后输惠襁荧的标志。5 抗干扰设计J在
15、工程设计中系统的抗于扰设计是非常重要的，主要采取了以下凡释抗予挽措施。(1)在控制继电器线圈两端加续流二极赞。(2)在相关供电断电的交流接触器线圈两端增加R C 瞬变噪声抑制网络。(3)对转速磁性传感器传输线采用屏蔽线。(4)整个模块供电方式采耀D C D C 变换器供电。(5)在模拟量输入通道中采用线性光电隔离变送器系统，并在其进线端设鼹T 型低通滤波器。(6)在开荚鬟输输高邋遂中，在硬件上为防止现场强电磁干扰或下频电旋通过输出通遂反串到测控系统，采用了光电隔离器，因为光信号的传送不受电场、磁场的干扰，可以有效地隔离电信号。在软件上，对开关量输入输出信号采用软件熏复检测斡方法达到“去伪存囊”
16、的目的。(7)对印刷电路板，在P C B 板入口处的电源和地线之间并接去耦电容，对每个集成电路芯片，在其电源与地之闻加一个O O lI s,F 陶瓷电容器，对于P C B 板酶嚣西，采用了线条垂直交叉走线等抗干扰设计。6结语该模块已在兰州电源车辆研究所有限公羽生产的2 5 0k W 低噪声汽车嚷戆、7 5k W 低嗓声汽车电站、4 0k W 电源车等多个批量产品中得到了7 应用，并经过了两年多的产品验证。实践证明，该模块完全满足现场使用要求，运行可靠。【参考文献】1 赖广显新镩J 柴油发电机组 M 北京：人民邮电出版社，1 9 9 9【2】刘和平，黄歼长。P I C l 6 1,8 7 X 数
17、摇手册【M3 她意：l 艺京航空航天大学窭叛事圭，2 1 3】M i c r o c h i pT e c h n o l o g yl n c P I C l 6 F 8 7 X 数据手册 M 北京：北京航空航天火学出版社，2 0 0 1 4 刘启中，李荣正，王力生，等P I C 单片机原理及应耀 M】j|：寒：憩京航空航天大学出舨社，2 0 0 3【5】刘光斌，髑冬，姚志或。单冀撬系统实用挽卡貔授零 M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 3 收稿日期：2 0 0 8-0 3 0 64 1 万方数据基于PIC单片机的电站故障保护模块设计与应用基于PIC单片机的电站故障保护模块设计与应
18、用作者：孙晓静，谭景文，刘正铭，曹文娟，SUN Xiaojing，TAN Jingwen，LIU Zhengming，CAO Wenjuan作者单位：孙晓静,SUN Xiaojing(兰州电源车辆研究所有限公司,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃,兰州,730050)，谭景文,刘正铭,曹文娟,TAN Jingwen,LIU Zhengming,CAO Wenjuan(兰州电源车辆研究所有限公司,甘肃,兰州,730050)刊名：低压电器英文刊名：LOW VOLTAGE APPARATUS年，卷(期)：2008，(20)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.赖广显 新型柴
19、油发电机组 19992.刘和平.黄开长 PICl6F87X数据手册 20013.Microchip Technology Inc PICl6F87X数据手册 20014.刘启中.李荣正.王力生 PIC单片机原理及应用 20035.刘光斌.刘冬.姚志成 单片机系统实用抗十扰技术 2003 相似文献(4条)相似文献(4条)1.学位论文 林琳 PIC单片机在低压永磁真空断路器监控中的应用 2007 低压断路器是电力系统中低压配电网中的主要电器开关之一，它不仅可以接通和分断正常负载电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。主要在频繁操作的低压配电线路或开关柜中作为电源开关使用，并对线路、电器设备等实
20、行保护，当它们发生严重过流、过载、短路、断相、漏电等故障时，能自动切断线路，起保护作用，应用十分广泛。智能控制器是断路器上的保护装置，也是断路器的核心控制装置。20世纪90年代，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，断路器的保护装置己由传统的电磁式过流脱扣器发展成采用集成电路的电子式脱扣器，直至目前出现了带高性能微处理器的智能控制器。新一代的智能控制器采用了模块化结构设计，集测量、监视、控制、通信、保护等功能于一体，在低压系统中得到了广泛的应用。在本课题中，该智能控制器在硬件上以美国Microchip公司推出的公司生产的PIC148F448为核心处理器，主要进行数据的实
21、时采集处理和断路器的故障保护，实时显示线路运行时电流或故障信息等。利用带有CAN接口的高性能的PIC18F448单片机设计了CAN总线接口，给出了CAN接口的硬件电路、软件流程。该电路具有硬件设计简单、可靠性高、实时性强等特点。实现了智能控制器与PC机的双向通信功能，通过总线系统达到遥调、遥控的目的，使得智能控制器的性能得到增强，符合配电系统的要求，达到了本课题研究要求。2.学位论文 李松泽 可通信智能型双电源转换开关的研究 2007 随着我国电力工业的发展，自动转换开关（ATSE）作为一类重要的低压电器产品，在配电和保护线路中起着日益重要的作用。随着市场需求不断提高，要求自动转换开关（ATS
22、E）不仅具备智能化功能，还要求具备可通信功能便于实现网络化。本文首先论述了装置的硬件框架结构，确定单片机及其外围功能单元的设计原理，通过系统的硬件和软件综合设计，实现了对自动转换开关的智能控制。其中详细论述了主要功能模块的工作原理和设计方案，对装置的实现方法进行详细的论述。本设计控制器单元以PIC 单片机为核心处理器，主要进行数据实时采集处理和自动转换开关的故障保护，以实现自动转换开关的自动控制。软件程序部分采用模块化的设计方法，采用C 语言编程，大大提高了编程效率又能很好的兼顾程序的执行效率。其次，本文对自动转换开关的可通信技术进行了研究，并以Modbus RTU通信协议为基础，设计并实现了
23、上位机和自动转换开关之间的通信。最后对自动转换开关系统的抗干扰性进行了研究，详细介绍了自动转换开关的电磁兼容（EMC）试验，给出了一些可行的软硬件抗干扰措施。在数据处理时采用两次判断确定故障电压的方法，很好的滤除了干扰，使得设计成功通过EMC 试验，并超过了国家标准的要求。实验结果表明，本文研制的智能型自动转换开关基本上达到了预期的设计效果，对以后开发自动转换开关具有一定的参考价值。3.期刊论文 李松涛.李俊.林锦国.LI Songtao.LI Jun.LIN Jinguo 基于PIC单片机为内核的电机保护器的研制-机床与液压2009,37(6)介绍以单片机PIC18F4515控制模块为核心的
24、电动机保护器的设计.分析了电机常见故障的特征以及采样算法;设计了硬件电路,编写了相应的软件程序;保护器实现了过载、堵转、短路、相失衡、缺相等电机故障保护;该保护器能最大限度地保证设备的可靠性和安全性,且具有体积小、结构紧凑和安装方便的优点.4.学位论文 李军华 双离合器变速器控制系统的设计与研究 2009 双离合器变速器(Double Clutch Transmission，DCT)作为一种新型的变速器传递方式，是变速器行业研究的热点。它既具有手动变速器(Mechanical Transmission，MT)和电控机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmissi
25、on，AMT)传动效率高、结构简单、制造成本低等优点，又克服了MT和AMT换档动力中断的缺陷，可实现无动力中断换档，具有良好的舒适性。因此，DCT是汽车自动变速器发展的新方向。目前许多国家都在花大力气研究DCT技术，但拥有DCT技术的只有美国和德国的少数几家企业。我国部分企业和高校也开始了DCT技术的研究，但大多数只是进行软件仿真。由于DCT技术起步较晚，还没有形成较完整的DCT自动操纵理论，特别是在控制目标和控制策略方面，缺乏系统研究。因此，有必要对DCT的关键技术双离合器控制系统，进行设计与试验研究，为开发具有自主知识产权的DCT控制系统，打破国外的技术垄断，掌握核心技术打下基础。本文在分
26、析国内外DCT技术的研究现状，借鉴现有DCT控制系统的基础上，开发了以TMS320F2812 DSP为主控芯片、以PIC单片机为辅助芯片的双离合器变速器控制系统。控制系统采集并处理DCT控制系统的多个传感器信号，按照相应的换档策略，实现对DCT换档过程中各控制对象(发动机、双离合器、选换档机构)的准确控制，使DCT在换档策略的控制下正确无误的换档，尽量减少换档时间、减少双离合器的磨损和相互干涉以及换档冲击。同时，该控制系统也具有一定的故障处理能力和友好的人机界面，并具有与汽车上其他部分(如：发动机控制单元、变速箱控制单元等)进行通信的功能。另外，该系统能保证电机高达40A的瞬时驱动电流，并解决了大电流下的发热和干扰问题。系统硬件包括：模拟量和数字量输入部分、DSP控制部分、液晶显示部分、CAN总线通讯和SCI串口通信部分以及电机驱动部分。软件设计完成了DSP和PIC数据采集处理设计及电机故障保护设计。试验表明：该DCT控制系统能够对输入模拟量和数字量进行快速、高精度地采集，并实现SCI和CAN通信；电机驱动部分通过对四个电机(选档执行电机、换档执行电机和两个离合器电机)的正确控制，实现正确无误的换档操作，能正确识别电机故障并进行相应的保护。本文链接：http:/