基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)趙書(shū)強(qiáng)哈爾濱九洲電氣股份有限公司，哈爾濱，150081摘要：本文屬于一種自動(dòng)控制技術(shù)，具體的說(shuō)就是在電力系統(tǒng)中，為滿足電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置及信號(hào)回路等設(shè)備的正常供電，所研發(fā)的自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)。本文分為原理應(yīng)用，單片機(jī)核心部分描述，采集原理描述、控制部分描述幾部分，分別說(shuō)明了其思想和實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：合閘母線控制母線硅鏈Single-chipAutomaticVoltageRegulatorTechnologyAbstract：Thisarticlebelongstoonekindofautomaticcontroltechnology,concretesaidisintheelectricalpowersystem,forsatisfiesequipmentandsoonelectricalpowersystemrelayprotectioninstallmentandsignalchannelnormalpowersupplies,researchesanddevelopstheautomaticaccentpressesthetechnology.Thisarticledividesintotheprincipleapplication,themonolithicintegratedcircuitcorepartdescription,thegatheringprincipledescription,thecontrolsectiondescribesseveralparts,explaineditsthoughtandtherealizationplanseparately.Keywords:ReclosingBusControlBusSiliconchain1、引言在電力系統(tǒng)中，我們所需的直流電源，都是由直流電源系統(tǒng)提供的，而直流電源系統(tǒng)的輸出是由合閘母線和控制母線兩部分組成。合閘母線的電壓即為充電機(jī)輸出電壓值，其輸出電壓要高于控制母線電壓，要滿足控制母線能正常地給電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置及信號(hào)回路等供電。必須把合閘母線電壓降至一定范圍，形成控制母線。本文介紹的自動(dòng)調(diào)壓裝置正是為實(shí)現(xiàn)這一功能而設(shè)計(jì)的。2、技術(shù)方案：本自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是由三部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)核心處理部分，采集部分、控制部分。本自動(dòng)調(diào)壓技術(shù)的原理框圖如下所示：圖1和圖2充電機(jī)合閘母線控制母線蓄電池J調(diào)壓裝置

圖（1）圖（2）3、硬件設(shè)計(jì)3.1、單片機(jī)系統(tǒng)的組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)是由單片機(jī)77E58為核心，W77E58是一個(gè)快速8051兼容微控制器；它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)以后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051要快許多。一般來(lái)說(shuō)，按照指令的類(lèi)型，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.5-3倍。整體來(lái)看，W77E58的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。W77E58內(nèi)含32KBFlashEPROM，工作電壓為4.5v-5.5v,具有1KB片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上SRAM代替外部SRAM，可節(jié)省更多I/O口。以及2個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口和較低的價(jià)格，是一款高性能、功能豐富、高集成度的8位微控制器。它非常適合要求高速、雙串口、外圍簡(jiǎn)潔、低成本系統(tǒng)應(yīng)用的高性能單片機(jī)。它通過(guò)采集入口進(jìn)行采集電池組電壓、電流，合母電壓、電流和控母電壓、電流。把采集到的合母電壓和繼電保護(hù)裝置及信號(hào)回路所需電壓值比較，進(jìn)行精確的運(yùn)算和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂埔?guī)律，由單片機(jī)對(duì)應(yīng)的P0口輸出高低電平，R2、R3、R4、R5、R6為上拉電阻，有效的保證了P0口輸出高低電平，經(jīng)過(guò)同向驅(qū)動(dòng)器7407使信號(hào)加強(qiáng)，在經(jīng)過(guò)光耦隔離發(fā)出控制信號(hào)。使相應(yīng)的繼電器閉合或斷開(kāi)。來(lái)滿足繼電保護(hù)裝置及信號(hào)回路所需控母電壓值。

單片機(jī)原理圖如下所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)核心部分CII7ZETIJ-L.L1P2.3P0.0P2.4P0.1P2.5P0.2P2.6P0.3P2.7P0.4RSTP1.5CII7ZETIJ-L.L1P2.3P0.0P2.4P0.1P2.5P0.2P2.6P0.3P2.7P0.4RSTP1.5P1.6P3.0P1.7W77E58P3.1P1.0X1P1.1P1.2X2P1.3GNDGNDVCCVCCICDr5C■15_C1C2CCGN?—VCC7407VCC7407驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)7407-74077407圖（3）3.2、采集部分是由直流電壓變送器，運(yùn)算放大器，AD轉(zhuǎn)換芯片組成。在這一部分是將直流電0~300VDC的合母電壓和控母電壓經(jīng)由直流電壓變送器，線性輸出0~5VDC的直流電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器把模擬量做放大處理，再由12位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片TLC2543把采集到0~5VDC的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量°TLC2543C是12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端：片選（CS）,輸入/輸出時(shí)鐘（I/OCLOCK）以及地址輸入端（DATAINPUT）。它還可以通過(guò)一個(gè)串行的3態(tài)輸出端（DATAOUT）與主處理器或其外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。本器件可以從主機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，本器件有一個(gè)片內(nèi)的14通道多路器可以在11個(gè)輸入通道或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)試（self-test）電壓中任意選擇一個(gè)。采樣-保持是自動(dòng)的。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，“轉(zhuǎn)換結(jié)束”（EOC）輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。本器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準(zhǔn)電壓，具有簡(jiǎn)化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電容的設(shè)計(jì)可以使在整個(gè)溫度范圍內(nèi)有較小的轉(zhuǎn)換誤差，把采集到的信號(hào)送給單片機(jī)77E58,單片機(jī)77E58進(jìn)行內(nèi)部程序運(yùn)算處理。由于單片機(jī)W77E58有雙串口功能，我們將采集到的電壓，電流通過(guò)RS485上傳給后臺(tái)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。3.3、控制部分為保證可靠性，調(diào)壓裝置分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在這里手動(dòng)控制方式是應(yīng)用萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，強(qiáng)制調(diào)節(jié)硅鏈的投入與退出。當(dāng)自動(dòng)控制失靈的時(shí)候啟用手動(dòng)控制，否則手動(dòng)控制的手柄擋位應(yīng)該在圖（4）的-30。位置。30。、60。、90。、120。、150。分別控制硅鏈二極管組D1-D5（圖5）的接入和切出。這種方式可以增加產(chǎn)品的可靠性。-30°-30°自動(dòng)0°停止30°手動(dòng)I60°手動(dòng)II90°手動(dòng)III120°手動(dòng)IV150°手動(dòng)V圖（4）自動(dòng)控制是將采集到的+HM（合閘母線）電壓與所需+KM（控制母線）電壓固定值范圍相比較，使單片機(jī)P0口輸出相應(yīng)的高低點(diǎn)平，通過(guò)光耦隔離（保護(hù)信號(hào)的有效性），再將控制信號(hào)送入圖（5）K1,K2?K5中，再由Q1、Q2、。。。Q5大功率驅(qū)動(dòng)三極管2SC2383驅(qū)動(dòng)后級(jí)繼電器，三極管2SC2383IC電流可以達(dá)到1A。這樣可以有效地保證驅(qū)動(dòng)后級(jí)的繼電器，這個(gè)繼電器的觸點(diǎn)可以通過(guò)0-40A的電流。通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)的分合，來(lái)控制硅鏈二極管組D1-D5的接入和切出。使得+KM電壓值達(dá)到繼電保護(hù)裝置及信號(hào)回路所需用電。達(dá)到理想的供電方案。

412—12丿-0']-Q2412—12丿-0']-Q2_Q3j4J2VGIV；+12V12VGND圖（5）4、軟件設(shè)計(jì)在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)思路是由單片機(jī)精確地檢測(cè)到合母電壓V1（充電機(jī)輸出的電壓）并與設(shè)定值V2（即控制母線電壓設(shè)定值）比較，當(dāng)采集到的合母電壓高于（低于）設(shè)定值的上限（下限）時(shí)，控制器（單片機(jī)）發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)大功率繼電器，通過(guò)執(zhí)行繼電器的分?jǐn)嗷蜷]合來(lái)改變硅鏈的降壓值，從而確?？刂颇妇€電壓值在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍之內(nèi)。軟件流程圖如圖6所示：開(kāi)始初始化定時(shí)器初始化采集的合母電壓VINV1＞設(shè)定值（控母電壓）V2比較V1-V2二V由電壓'制信號(hào)/確定控的輸出定時(shí)器時(shí)間到END圖（6）在這里由于每組硅鏈組的壓降不同，經(jīng)過(guò)每一個(gè)硅片組的壓降也不同，V1-V2所得的電壓V值，經(jīng)過(guò)軟件辨別運(yùn)算，控制器（單片機(jī)）發(fā)出控制信號(hào)，分別給控制部分中的K1,K2?K5,分別斷開(kāi)和閉合繼電器J1,J2?J5.經(jīng)過(guò)循環(huán)采集和調(diào)節(jié)，確?？刂颇妇€電壓值在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍之內(nèi)。達(dá)到給用戶設(shè)備的供電需求。5結(jié)束語(yǔ)此設(shè)計(jì)采用51系列單片機(jī)作為主CPU,成本低，通訊可靠性好，實(shí)時(shí)性高，

已經(jīng)完成樣機(jī)試制，通過(guò)相關(guān)測(cè)試，并投入生產(chǎn)。本產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)直

流監(jiān)控系統(tǒng)中，并上傳給后臺(tái)。運(yùn)行穩(wěn)定，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益