提高直流操作電源系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施 2011-05-07 05:58:19來源:互聯(lián)網(wǎng)
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(hù)、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(jī)控制的數(shù)字控制方式，微機(jī)控制的應(yīng)用使電力操作電源的運(yùn)行自動化程度大大提高，并可實(shí)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(jī)控制器的可靠性及抗干擾能力就顯得十分重要，筆者近年來一直從事電力操作電源微機(jī)控制器及其它微機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)研究工作，現(xiàn)就這一問題作一闡述。

　　1微機(jī)電源

　　電源是微機(jī)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(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)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(yùn)行的前提條件。控制器電源采用寬電壓輸入的直流進(jìn)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(xiàng)措施。

　　(1)TVP器件主要用于吸收電源網(wǎng)絡(luò)中的瞬時(shí)浪涌電壓，該器件在承受一個(gè)高能量的浪涌電壓時(shí)，其阻抗立即降至很低，允許大電流通過，同時(shí)把電壓鉗位到預(yù)定水平，其承受瞬時(shí)浪涌電流的峰值可達(dá)數(shù)百安培，能吸收高達(dá)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(xiǎn)自恢復(fù)保險(xiǎn)與常規(guī)保險(xiǎn)的區(qū)別在于當(dāng)線路電流過大時(shí)，自恢復(fù)保險(xiǎn)的阻抗會大大提高，從而實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)功能，而當(dāng)線路電流正常時(shí)，又會恢復(fù)正常阻抗值，從而對瞬時(shí)干擾造成的線路過流具有很好的保護(hù)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(jìn)線和充電器的電壓、電流，直流母線電壓、電流，電池電壓，各點(diǎn)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(yán)重影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行，為保證其可靠性，采用隔離放大器輸出，同時(shí)對于D/A轉(zhuǎn)換寫入端加有硬件保護(hù)措施，保證只有當(dāng)CPU正常運(yùn)行時(shí)方可對D/A進(jìn)行改寫，當(dāng)CPU出現(xiàn)故障時(shí)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(jī)聯(lián)絡(luò)的通道，是保證信息上傳與上位機(jī)控制的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)無人值守的保證。一般工作現(xiàn)場裝置與上位機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)站控協(xié)議，具有完備的校驗(yàn)措施及明確的信息格式。

　　5中央控制器

　　中央控制器是整個(gè)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(gè)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(xiàng)技術(shù)措施。

　　(1)硬件看門狗技術(shù)：為防止CPU因外界強(qiáng)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(jì)有硬件看門狗電路，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，看門狗電路進(jìn)行周期性復(fù)位，當(dāng)出現(xiàn)程序跑飛而軟件陷阱未能及時(shí)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(yùn)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(diǎn)。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(gè)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(gè)門電路、64個(gè)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(dāng)CPU因外界強(qiáng)干擾的影響，造成程序跑飛時(shí)，在程序區(qū)中各地址區(qū)域設(shè)有軟件陷阱，當(dāng)程序未按正常順序執(zhí)行，軟件陷阱將錯(cuò)誤程序指令捕捉并自動恢復(fù)正常運(yùn)行。

　　(4)重要數(shù)據(jù)多地址備份：程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)有可能使數(shù)據(jù)存儲器誤寫，為防止程序重新起動運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤，對于系統(tǒng)運(yùn)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(gè)數(shù)據(jù)備份，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)會自動比較各數(shù)據(jù)的同一性，如有錯(cuò)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(yùn)行必須保證其連續(xù)性，要求當(dāng)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(shí)，系統(tǒng)重新起動后應(yīng)保持原有運(yùn)行狀態(tài)。針對這一要求在程序起動時(shí)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(yùn)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(yùn)行中均定時(shí)對其狀態(tài)進(jìn)行檢查，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并作出相應(yīng)處理。

　　以上所述各項(xiàng)提高可靠性的措施，已成功運(yùn)用于我所MC－3型直流操作電源微機(jī)控制器中，均已在工業(yè)現(xiàn)場長期運(yùn)行，取得了良好的效果。