中心議題:
- 微機電源提高可靠性措施
- 模擬量通道提高可靠性措施
- 開關(guān)量通道提高可靠性措施
- 通訊口提高可靠性措施
- 中央控制器提高可靠性措施
直流操作電源(直流屏)設(shè)備是發(fā)電廠和變電站的二次電源,用于斷路器分合閘及二次回路的儀器儀表、繼電保護、控制、應(yīng)急燈照明等。
隨著科技的發(fā)展及用戶要求的提高,近年來電力操作電源的主電路已逐步由原來的晶閘管相控型發(fā)展為高頻開關(guān)型,而控制部分則由原來的模擬控制方式發(fā)展為由微機控制的數(shù)字控制方式,微機控制的應(yīng)用使電力操作電源的運行自動化程度大大提高,并可實現(xiàn)四遙聯(lián)網(wǎng)功能以滿足電站無人值守的需要。但電力系統(tǒng)首要的要求是安全性、可靠性,因此微機控制器的可靠性及抗干擾能力就顯得十分重要,現(xiàn)就這一問題作一闡述。
1微機電源
電源是微機控制系統(tǒng)的能量供給源泉,電源的優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性,同時電源也是外部干擾引入系統(tǒng)的主要途徑,所以對電源處理的好壞是系統(tǒng)可靠運行的前提條件。控制器電源采用寬電壓輸入的直流進線開關(guān)電源,這樣可由蓄電池直接供電,保證系統(tǒng)供電的不間斷性。為抑制外部各類干擾由電源引入系統(tǒng)采取了如下多項措施。
(1)TVP器件主要用于吸收電源網(wǎng)絡(luò)中的瞬時浪涌電壓,該器件在承受一個高能量的浪涌電壓時,其阻抗立即降至很低,允許大電流通過,同時把電壓鉗位到預(yù)定水平,其承受瞬時浪涌電流的峰值可達數(shù)百安培,能吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率。
(2)EMI濾波器主要用于抑制系統(tǒng)中的高頻干擾,對于共模噪聲,濾波器在電源線與地線間構(gòu)成通路,可以把噪聲電流引入大地。對于常模噪聲,濾波器在線間構(gòu)成通路,把噪聲電流在線間短路,使其不影響電路工作。
(3)鐵氧體磁珠濾波器鐵氧體對低頻電流幾乎沒有什么阻抗,而對于較高頻率的電流會產(chǎn)生較高的衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)。
(4)自恢復(fù)保險自恢復(fù)保險與常規(guī)保險的區(qū)別在于當線路電流過大時,自恢復(fù)保險的阻抗會大大提高,從而實現(xiàn)線路保護功能,而當線路電流正常時,又會恢復(fù)正常阻抗值,從而對瞬時干擾造成的線路過流具有很好的保護效果。
2模擬量通道
(1)現(xiàn)場模擬量輸入對于電力操作電源,現(xiàn)場模擬量主要包括:交流進線和充電器的電壓、電流,直流母線電壓、電流,電池電壓,各點溫度以及對地絕緣等參數(shù),由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性,這些信號往往疊加有各種干擾成分,如將這些信號直接引入系統(tǒng),將對系統(tǒng)帶來嚴重影響,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行,故這些信號在輸入系統(tǒng)前均通過隔離變送器,隔離變送器一方面將各種干擾成分隔離于系統(tǒng)之外,另一方面將這些信號調(diào)理成A/D轉(zhuǎn)換輸入的標準信號。另外為防止變送器對系統(tǒng)電源的影響,變送器均選擇為前端無源型變送器。
(2)模擬量輸出直接控制充電器的工作參數(shù),一旦出現(xiàn)故障,系統(tǒng)將無法正常運行,為保證其可靠性,采用隔離放大器輸出,同時對于D/A轉(zhuǎn)換寫入端加有硬件保護措施,保證只有當CPU正常運行時方可對D/A進行改寫,當CPU出現(xiàn)故障時不會對輸出造成影響,保證裝置輸出不至于出現(xiàn)混亂。
3開關(guān)量通道
現(xiàn)場開關(guān)量輸入、輸出與模擬量相似,也疊加有各種干擾成分,為消除這些干擾對系統(tǒng)的影響,必須采取隔離措施,開關(guān)量輸入輸出隔離一般采用光電隔離器件就可以取得很好的隔離效果。
4通訊口
通訊口為裝置與上位機聯(lián)絡(luò)的通道,是保證信息上傳與上位機控制的關(guān)鍵,是實現(xiàn)無人值守的保證。一般工作現(xiàn)場裝置與上位機都有一定的距離,為保證信息正確,硬件采用隔離防靜電的標準接口(接口硬件協(xié)議RS-485/RS-422),通訊軟件協(xié)議采用目前國內(nèi)電力系統(tǒng)常用的標準站控協(xié)議,具有完備的校驗措施及明確的信息格式。
5中央控制器
中央控制器是整個控制系統(tǒng)的核心,系統(tǒng)的所有功能都通過中央控制器及相關(guān)外圍電路完成,一旦出現(xiàn)故障整個控制器將無法工作,其可靠性是保證系統(tǒng)可靠性的決定因素,為此采取了如下多項技術(shù)措施。
(1)硬件看門狗技術(shù):為防止CPU因外界強干擾的影響,造成程序跑飛導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖。系統(tǒng)中為CPU專門設(shè)計有硬件看門狗電路,當程序正常運行時,看門狗電路進行周期性復(fù)位,當出現(xiàn)程序跑飛而軟件陷阱未能及時捕捉并處理而造成系統(tǒng)死鎖,則看門狗電路無法得到復(fù)位信號,看門狗電路會產(chǎn)生CPU硬件復(fù)位信號,使系統(tǒng)復(fù)位重新起動,恢復(fù)運行。
(2)采用PSD、ISP器件:中央系統(tǒng)的基本構(gòu)成是由CPU、地址鎖存器、譯碼器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等構(gòu)成。常規(guī)硬件電路往往由多片 TTL電路及EPROM、RAM構(gòu)成,器件數(shù)量較多,增加了系統(tǒng)的故障點。而PSD器件將地址鎖存器、譯碼器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器集成于一個芯片中,使器件數(shù)量成倍減少,增加了系統(tǒng)的可靠性。因直流操作電源控制相應(yīng)輸入輸出通道較多,如采用常規(guī)TTL或其它常規(guī)接口器件(如8155、8255),則使器件數(shù)量增多,為此采用了大規(guī)模可編程邏輯器件(ISP),可大大降低器件數(shù)量,一片ISP(如ISP2064)可包含2000個門電路、64個寄存器。原用4片8D鎖存器(74LS373)、4片8位緩沖器完成32路輸入、輸出功能,現(xiàn)在只用一片ISP2064即可。另外ISP為可編程邏輯器件,也便于線路的修改、調(diào)試。
(3)軟件陷阱:當CPU因外界強干擾的影響,造成程序跑飛時,在程序區(qū)中各地址區(qū)域設(shè)有軟件陷阱,當程序未按正常順序執(zhí)行,軟件陷阱將錯誤程序指令捕捉并自動恢復(fù)正常運行。
(4)重要數(shù)據(jù)多地址備份:程序運行出現(xiàn)錯誤時有可能使數(shù)據(jù)存儲器誤寫,為防止程序重新起動運行時的錯誤,對于系統(tǒng)運行至關(guān)重要的數(shù)據(jù)均在數(shù)據(jù)存儲器不同區(qū)域有多個數(shù)據(jù)備份,當程序運行時會自動比較各數(shù)據(jù)的同一性,如有錯誤可自動取出正確數(shù)據(jù)使用。
(5)系統(tǒng)自恢復(fù):對于操作電源控制器而言,其設(shè)備運行必須保證其連續(xù)性,要求當中央控制器非正常復(fù)位(如硬件看門狗動作、人為誤操作、軟件陷阱重新起動程序等)時,系統(tǒng)重新起動后應(yīng)保持原有運行狀態(tài)。針對這一要求在程序起動時通過判斷數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)特定的特征碼,可判斷是正常復(fù)位還是非正常復(fù)位,如為非正常復(fù)位可通過數(shù)據(jù)備份恢復(fù)系統(tǒng)運行,保證工作的連續(xù)性。
(6)系統(tǒng)自診斷:對于中央控制器的關(guān)鍵器件,如程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、CPU等,程序運行中均定時對其狀態(tài)進行檢查,可及時發(fā)現(xiàn)故障,并作出相應(yīng)處理。
以上所述各項提高可靠性的措施,已成功運用于MC-3型直流操作電源微機控制器中,均已在工業(yè)現(xiàn)場長期運行,取得了良好的效果。