周志榮

(怒江州水利局,云南怒江 673100)

AT89C2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)沖擊繼電器功能的實(shí)驗(yàn)

周志榮

(怒江州水利局,云南怒江 673100)

針對(duì)早期修建的某小水電站中央信號(hào)裝置設(shè)計(jì)上存在的缺陷,以及后來(lái)運(yùn)行中出現(xiàn)的動(dòng)作不可靠等問(wèn)題。本著不增加電站運(yùn)行成本和不過(guò)度改變?cè)薪泳€的原則,使用89C2O51單片機(jī)最小系統(tǒng)和少量元器件構(gòu)成的電路,進(jìn)行單片機(jī)編程后實(shí)現(xiàn)沖擊繼電器的基本功能,替代原電路電磁式元件改造中央信號(hào)裝置。達(dá)到通過(guò)低成本改造提高電站運(yùn)行可靠性及延長(zhǎng)使用壽命的目的。

小水電站 中央信號(hào) 單片機(jī) 沖擊繼電器

1　前言

在發(fā)電廠和變電站中為了及時(shí)掌握電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，須用信號(hào)顯示當(dāng)時(shí)的情況。若發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)發(fā)出各種燈光信號(hào)及音響信號(hào)，提醒運(yùn)行人員迅速判明事故性質(zhì)、范圍和地點(diǎn)，以便作出相應(yīng)處理。[2]

中央信號(hào)裝置，是對(duì)全廠主要電氣設(shè)備的信號(hào)起先集中時(shí)監(jiān)控的裝置。常規(guī)的電磁式中央信號(hào)裝置的基本工作原理是:當(dāng)發(fā)生事故或異常情況時(shí)，相應(yīng)的輔助觸點(diǎn)或信號(hào)繼電器觸點(diǎn)閉合，使相應(yīng)光字牌點(diǎn)亮，并使事故音響母線(以下用SYM)或預(yù)告信號(hào)母線(以下用YBM)上電，沖擊繼電器檢測(cè)到SYM或YBM上電壓的瞬時(shí)變化(即電平跳變)啟動(dòng)電笛或警鈴發(fā)出音響報(bào)警。[2]

某小水電站建于1985年，裝機(jī)容量3750kW(3×1250kW)?；诋?dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件繼電保護(hù)采用電磁型。但中央信號(hào)裝置設(shè)計(jì)時(shí)音響信號(hào)啟動(dòng)沒(méi)有采用常規(guī)的沖擊繼電器，采用幾只繼電器構(gòu)成簡(jiǎn)單音響信號(hào)啟動(dòng)電路，只有手動(dòng)解除音響。實(shí)際運(yùn)行中的表現(xiàn)是:發(fā)生事故或異常情況時(shí)，不按解除按鈕電笛響不停。但有時(shí)按下解除按鈕后放開(kāi)電笛又響起來(lái)，此時(shí)并沒(méi)有發(fā)生新的事故和異常情況，屬于誤動(dòng)作。分析電路后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種情況的原因是:這種采用電壓繼電器的電路只能檢測(cè)SYM和YBM上有無(wú)電壓而不能檢測(cè)電壓的瞬時(shí)變化。由于磁滯現(xiàn)象電壓繼電器返回電壓低于啟動(dòng)電壓，只要相關(guān)輔助觸點(diǎn)不復(fù)位，SYM和YBM上都有電壓且電壓值可能高于電壓繼電器的返回電壓，音響信號(hào)啟動(dòng)電路就不能復(fù)位。加上原設(shè)計(jì)音響信號(hào)只用一個(gè)電笛，電笛聲停了又起很煩人，直接影響到運(yùn)行人員正在進(jìn)行的處理工作。

2　電路硬件設(shè)計(jì)

圖1　

基于上述運(yùn)行狀況，用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)小裝置，替代原設(shè)計(jì)中的信號(hào)啟動(dòng)裝置。

電路構(gòu)成:脈沖變壓器T1、T2原邊端接SYM、YBM和-MX，同時(shí)又起到強(qiáng)電弱電隔離的作用，副邊端接NPN型三極管Q1、Q2的基極;單片機(jī)和輸入端接Q1、Q2的集電極，集電極電阻同時(shí)是和提供上拉電阻。按鈕AN1和AN2為試驗(yàn)按鈕，按鈕AN3為復(fù)位按鈕，復(fù)位單片機(jī)和手動(dòng)解除報(bào)警音響，K為音響持續(xù)時(shí)間設(shè)定開(kāi)關(guān)，設(shè)定時(shí)間為2s、4s、8s。端口P1.0、P1.1、P1.2作為輸出口分別接3只發(fā)光二極管LED1～LED3、PNP型三極管Q3、Q4和2只繼電器J1、J2，作為狀態(tài)指示和啟動(dòng)電笛、警鈴發(fā)出聲響。電路見(jiàn)圖1。

3　軟件設(shè)計(jì)流程

(1)初始化(設(shè)置堆棧、外部中斷及中斷請(qǐng)求方式)。設(shè)P1.0低電平，延時(shí)0.5s，設(shè)P1.0高電平，延時(shí)0.5s，無(wú)條件循環(huán)。

(2)中斷，判斷設(shè)定時(shí)間，P1.1或P1.2低電平，延時(shí)，P1.1或P1.2高電平，中斷返回。

單片機(jī)源程序:

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP SGYX

ORG 0013H

AJMP YGYX

ORG 0100H

MAIN: MOV SP，#7BH ;設(shè)置堆棧

MOV IE，#85H

SETB IT0

SETB IT1

SETB PX0

SD: CLR P1.0 ;P1.0低電平

ACALL DELT ;延時(shí)0.5s

SETB P1.0 ;P1.0高電平

ACALL DELT ;延時(shí)0.5s

AJMP SD

SGYX: JNB P1.4， 2S

JNB P1.5， 4S

JNB P1.6， 8S

RETI

YGYX: JNB P1.4， 2S

JNB P1.5， 4S

JNB P1.6， 8S

RETI

2S: CLR P1.1 ;延時(shí)2s

ACALL DELN

SETB P1.1

RET

4S: CLR P1.1 ;延時(shí)4s

ACALL DELN

ACALL DELN

SETB P1.1

RET

8S: CLR P1.1 ;延時(shí)8s

ACALL DELN

ACALL DELN

ACALL DELN

ACALL DELN

SETB P1.1

RET

DELT: MOV R5，#04H ;0.5s子程序

DELT1: MOV R6， #0FFH

DELT2: MOV R7， #0FFH

DELT3: DJNZ R7， DELT3

DJNZ R6， DELT2

DJNZ R5， DELT1

RET

DELN: MOV R5，#28H ;2s子程序

DELN1: MOV R6， #09EH

DELN2: MOV R7， #09EH

DELN3: DJNZ R7， DELN3

DJNZ R6， DELN2

DJNZ R5， DELN1

RET

END

工作原理:上電后，單片機(jī)運(yùn)行主程序。正常運(yùn)行時(shí)，P1.0口的綠色LED1以0.5s的間隔閃爍，作為單片機(jī)電源及準(zhǔn)備就緒指示。此時(shí)SYM或YBM上無(wú)論有無(wú)電壓，只要電壓值沒(méi)有起伏變化，脈沖變壓器T1、T2原邊線中沒(méi)有電流或流過(guò)恒定不變電流，次級(jí)端無(wú)互感電壓輸出，Q1、Q2截止，和輸入端高電平，單片機(jī)電路保持原狀。如果發(fā)生事故或異常情況時(shí)，相應(yīng)的觸點(diǎn)閉合，SYM或YBM瞬間上電，脈沖變壓器T1、T2原邊線有電流瞬間流過(guò)，次級(jí)端有互感電勢(shì)，在電勢(shì)作用下Q1或Q2導(dǎo)通，集電極高電平變低電平，相應(yīng)的和輸入端由高電平變低電平負(fù)跳變，從和向單片機(jī)CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，CPU立即中斷正在執(zhí)行的綠色LED1閃爍并熄滅， P1.1或P1.2口輸出低電平，紅色LED2或黃色LED3點(diǎn)亮，同時(shí)Q3或Q4導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器J1或J2啟動(dòng)電笛或警鈴，單片機(jī)讀取I/O端口P1.4、P1.5、P1.6電平，運(yùn)行相應(yīng)的延時(shí)循環(huán)程序，經(jīng)過(guò)延時(shí)，P1.1或P1.2口輸出高電平，紅色LED2或黃色LED3熄滅、繼電器J1或J2釋放，電笛或警鈴?fù)Ｖ梗瑥亩鴮?shí)現(xiàn)音響信號(hào)的延時(shí)自動(dòng)復(fù)歸(此前按AN3能手動(dòng)復(fù)歸)，單片機(jī)回到中斷前狀態(tài)，綠色LED1繼續(xù)以0.5s的間隔閃爍，準(zhǔn)備再一次的啟動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)如按下AN1或AN2時(shí)，或輸入端由高電平變低電平負(fù)跳變，單片機(jī)電路同樣動(dòng)作，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。由于本電路使用一片AT89C2051單片機(jī)執(zhí)行SYM和YBM兩路信號(hào)檢測(cè)，且受單片機(jī)硬件性能的限制，SYM和YBM同一時(shí)刻出現(xiàn)電壓變化時(shí)單片機(jī)只能響應(yīng)其中一個(gè)信號(hào)?？紤]到事故信號(hào)比預(yù)告信號(hào)緊急，事故信號(hào)應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)。所以設(shè)定最優(yōu)先級(jí)，只要輸入端有負(fù)跳變，CPU優(yōu)先處理，優(yōu)先發(fā)事故音響信號(hào)。

本電路通過(guò)Proteus仿真實(shí)驗(yàn)，證明思路可行。應(yīng)用延伸:充分利用單片機(jī)資源，比如RX、TX接口加裝通信模塊可實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的互聯(lián)等。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)用AT89C2051單片機(jī)電路替代小水電站中央信號(hào)裝置中的沖擊繼電器試驗(yàn)，可以看到單片機(jī)的應(yīng)用范圍很大的，只要通過(guò)編程和外部的少量連線就可以實(shí)現(xiàn)以前電磁式繼電保護(hù)用多個(gè)元件才能實(shí)現(xiàn)的邏輯功能。用單片機(jī)技術(shù)以及單片機(jī)低廉的價(jià)格在改造老舊設(shè)備、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制方面有很好的現(xiàn)實(shí)意義。用較小的投入最大限度的延長(zhǎng)小水電站使用壽命。

[1]朱定華,戴汝平.單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,北方交通大學(xué)出版社,2003.

[2]范錫普.發(fā)電廠電氣部分[M].北京:中國(guó)電力出版社,1995.