基于微型计算机控制技术的检测设备方案设计

2012-11-09 17:05:31来源: 互联网

1 概述

  发电厂、变电站中的直流系统正常情况下给控制、保护电路供电,事故情况下,在交流电源全停时,要保证1~2h的供电时间,而且要求提供给直流母线的电压不低于额定值的90%。该备用容量由蓄电池组提供,蓄电池组的使用寿命和有效容量取决于充电机的技术指标(稳压精度、稳流精度、纹波系数)。在充电机长达10~20年的使用中,技术指标不可避免地会发生变化,严重时会造成蓄电池组充电容量不足,在变电站交流停电时,蓄电池组不能可靠地供电,而导致全站保护及开关拒动,造成主设备损坏、电网瓦解等重大事故。

  目前电力系统中运行的直流充电设备达到的技术指标,都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段,难以确认设备的技术指标是否满足要求。而且随着运行时间的推移,设备的技术指标会发生偏移,典型的后果是因充电机指标下降,稳压、稳流、纹波系数超标,造成蓄电池失效,直接威胁电网的安全运行。

  因此,有必要研制一种采用微型计算机控制技术检测设备,通过对充电机等被测设备的交流输入电压、输出负载按标准规定的设定值进行调节,同时检测装置自动进行采样计算,组成一个可移动的自动化检测系统,以便对直流电源设备的技术指标进行现场的全面测试。

2 总体方案

  2.1 系统结构

  系统结构图如图1所示。


图一:系统结构图

  2.2 技术指标

  三相交流输入电压 380V,50Hz;

  三相交流输出电压 342V、380V、418V;

  直流输出稳压时电流 0~50A;

  直流输出稳流时电压 180~300V;

  纹波峰峰值范围为 1.5~5.5V;

  测量精度

  测量稳压精度时,直流电压测量精度≤±0.5%,纹波电压精度≤±0.5%;

  测量稳流精度时,直流电流测量精度≤±0.5%。

  3 主要技术问题及解决

  3.1 采集精度

  3.1.1 采集精度的要求

  电压、电流信号采集是本系统一切控制、测量及计算的基础,对充电机输出直流电压波形进行高速采集,且采集精度高,是该系统能否研制成功的关键。

  3.1.2 保证采集精度的措施

  1)电流、电压采样元件选用高质量霍尔传感器,具有高波形保真率、快速响应,良好的电气隔离等特点。

  2)来自传感器的电压,电流信号经同相放大、有源滤波等模拟信号电路处理后,送至A/D转换器,转换后的数字量由数据总线送入中央处理器。由于A/D的时钟为工频整倍数,所以能抑制工频干扰。模拟信号处理电路选用高精度、低温度漂移系数、耐干扰性能好的器件组成。

  3)纹波电压信号经带通滤波、峰值保持等处理后,到高速A/DTLC2543进行模数转换,转换时间《10μs,转换后的数字量由数据总线送入中央处理器,进行处理。

  3.2 抗干扰

  由于该监控系统工作于强电磁辐射环境,很容易受到各种干扰的影响。干扰一旦串入系统,轻则会引起误报,严重时就会导致整个系统瘫痪,甚至造成重大事故。为此,本系统从硬件和软件两方面考虑抗干扰措施,以保证监控系统的可靠运行。

  3.2.1 硬件抗干扰措施

  1)光电隔离在输入和输出通道上,采用光电耦合器件进行信号隔离传输,这样一来可以较好地防止串模干扰,干扰单片机的正常工作。

  2)去耦电路在电源进线端加去耦电路,消除各类高频干扰。

  3)合理布置地线系统中的数字地与模拟地分开,最后在一点相连,避免了模拟信号对数字信号的干扰。

  3.2.2 软件抗干扰措施

  1)利用可编程逻辑看门狗将单片机从死循环和跑飞状态中拉出,使单片机复位。

  2)对模拟量的采样和处理,采用数字滤波技术。

  3)采用指令冗余和软件陷阱,防止程序跑飞。

  3.3 模块化结构

  为方便运输与搬运,交流调压装置及负载调整装置均设计为模块化组装结构。该系统由以下几个模块组成:

  1)交流调压模块;

  2)负载调整模块;

  3)检测(系统主机)模块。

  4 直流监测系统主机

  该部分是整体设备的测量控制中心,其主要是以串行口控制电动调压器以及负载调整装置,使充电机达到测试所需的状态;测量被测充电机的有关输出量并对结果实施分析计算,最终得出稳压精度、稳流精度、纹波系数三大参数。采用触摸液晶显示器、微型打印机作为人机界面,用于参数的设定、调整及结果的显示。

  4.1 数据采集

  4.1.1 充电电压

  采集电压通过共扼线圈滤除杂波后,经由CPU控制的模拟开关到达运放,由精密四运算放大器TL052构成精密运放器,输入到TC7109CPL进行A/D变换。

  4.1.2 充电电流

  采集电压通过共扼线圈滤除杂波后,经由CPU控制的模拟开关到达运放器,输入到TC7109CPL,进行A/D变换。

  4.1.3 纹波系数

  取直流输出的交流分量,首先通过共扼线圈,滤除干扰信号,再通过由精密运放TL052构成的带通滤波器(只允许接近工频范围的信号通过)同步跟随后,到达精密全桥整流电路,将峰峰值相叠加后,输入到TLC2543进行A/D变换。

  4.2 串口通信电路

  主机采用模拟开关CD4052扩展通信口,实现主机CPU与辅机交流电压调整装置、直流输出负载调整装置的交互式通信及触摸屏通信。

  通信电路扩展如图2所示。

 
图二:通信电路示意图

  4.3 人机界面
 

  本系统采用YD?612,8色/6英寸(15.24cm)触摸液晶屏做为系统显示输入部件。它具有显示信息量大(中文15行×20列,图形点阵320×240)、画面丰富(32K)的特点,它的使用使系统大量的数据输入变得简单易行,呈现给用户的画面更加友好,操作变得简单快捷。用户只要翻阅储存在系统中的简要使用说明,就可操作本系统,方便易学。

  4.4 微型打印机

  本系统采用TPUP-40微型打字机做为系统的打印输出设备,它与单片机89C55通过74HC574相连,接口简单。只要测得P3.5(BUSY)为低电平,即可向打印机发送命令和数据。它能够打印中文字体,使得计算出的稳压精度、稳流精度、纹波系数以表格形式,方便地输出给用户。

5 结语

  本检测设备的研制成功,解决了目前国内各变电站直流系统现场使用、维护单位不能进行直流电源现场检测的难题,对保障电网安全运行具有重要意义。检测系统采用微型单片计算机控制及测量技术,通过对被测设备的交流输入电压、直流输出负载按标准进行调节,同时自动进行采样计算,实现直流充电设备技术指标的现场标准检测。在技术上主要采用磁补偿原理、IGBT技术、触摸屏技术、多机通信技术、高速采样技术,使检测设备达到可移动式,且具备检测精度高的特点。

关键字:微型计算机  控制技术  检测设备

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1109/article_17606.html
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