周志榮

(怒江州水利局,云南怒江 673100)

AT89C2051單片機實現(xiàn)沖擊繼電器功能的實驗

周志榮

(怒江州水利局,云南怒江 673100)

針對早期修建的某小水電站中央信號裝置設計上存在的缺陷,以及后來運行中出現(xiàn)的動作不可靠等問題。本著不增加電站運行成本和不過度改變原有接線的原則,使用89C2O51單片機最小系統(tǒng)和少量元器件構(gòu)成的電路,進行單片機編程后實現(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裝置。達到通過低成本改造提高電站運行可靠性及延長使用壽命的目的。

小水電站 中央信號 單片機 沖擊繼電器

1　前言

在發(fā)電廠和變電站中為了及時掌握電氣設備的工作狀態(tài)，須用信號顯示當時的情況。若發(fā)生事故時，應發(fā)出各種燈光信號及音響信號，提醒運行人員迅速判明事故性質(zhì)、范圍和地點，以便作出相應處理。[2]

中央信號裝置，是對全廠主要電氣設備的信號起先集中時監(jiān)控的裝置。常規(guī)的電磁式中央信號裝置的基本工作原理是:當發(fā)生事故或異常情況時，相應的輔助觸點或信號繼電器觸點閉合，使相應光字牌點亮，并使事故音響母線(以下用SYM)或預告信號母線(以下用YBM)上電，沖擊繼電器檢測到SYM或YBM上電壓的瞬時變化(即電平跳變)啟動電笛或警鈴發(fā)出音響報警。[2]

某小水電站建于1985年，裝機容量3750kW(3×1250kW)?；诋敃r的經(jīng)濟、技術(shù)條件繼電保護采用電磁型。但中央信號裝置設計時音響信號啟動沒有采用常規(guī)的沖擊繼電器，采用幾只繼電器構(gòu)成簡單音響信號啟動電路，只有手動解除音響。實際運行中的表現(xiàn)是:發(fā)生事故或異常情況時，不按解除按鈕電笛響不停。但有時按下解除按鈕后放開電笛又響起來，此時并沒有發(fā)生新的事故和異常情況，屬于誤動作。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SYM和YBM上有無電壓而不能檢測電壓的瞬時變化。由于磁滯現(xiàn)象電壓繼電器返回電壓低于啟動電壓，只要相關(guān)輔助觸點不復位，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，音響信號啟動電路就不能復位。加上原設計音響信號只用一個電笛，電笛聲停了又起很煩人，直接影響到運行人員正在進行的處理工作。

2　電路硬件設計

圖1　

基于上述運行狀況，用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機設計一個小裝置，替代原設計中的信號啟動裝置。

電路構(gòu)成:脈沖變壓器T1、T2原邊端接SYM、YBM和-MX，同時又起到強電弱電隔離的作用，副邊端接NPN型三極管Q1、Q2的基極;單片機和輸入端接Q1、Q2的集電極，集電極電阻同時是和提供上拉電阻。按鈕AN1和AN2為試驗按鈕，按鈕AN3為復位按鈕，復位單片機和手動解除報警音響，K為音響持續(xù)時間設定開關(guān)，設定時間為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)指示和啟動電笛、警鈴發(fā)出聲響。電路見圖1。

3　軟件設計流程

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

(2)中斷，判斷設定時間，P1.1或P1.2低電平，延時，P1.1或P1.2高電平，中斷返回。

單片機源程序:

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0003H

AJMP SGYX

ORG 0013H

AJMP YGYX

ORG 0100H

MAIN: MOV SP，#7BH ;設置堆棧

MOV IE，#85H

SETB IT0

SETB IT1

SETB PX0

SD: CLR P1.0 ;P1.0低電平

ACALL DELT ;延時0.5s

SETB P1.0 ;P1.0高電平

ACALL DELT ;延時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2s

ACALL DELN

SETB P1.1

RET

4S: CLR P1.1 ;延時4s

ACALL DELN

ACALL DELN

SETB P1.1

RET

8S: CLR P1.1 ;延時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，單片機運行主程序。正常運行時，P1.0口的綠色LED1以0.5s的間隔閃爍，作為單片機電源及準備就緒指示。此時SYM或YBM上無論有無電壓，只要電壓值沒有起伏變化，脈沖變壓器T1、T2原邊線中沒有電流或流過恒定不變電流，次級端無互感電壓輸出，Q1、Q2截止，和輸入端高電平，單片機電路保持原狀。如果發(fā)生事故或異常情況時，相應的觸點閉合，SYM或YBM瞬間上電，脈沖變壓器T1、T2原邊線有電流瞬間流過，次級端有互感電勢，在電勢作用下Q1或Q2導通，集電極高電平變低電平，相應的和輸入端由高電平變低電平負跳變，從和向單片機CPU發(fā)中斷請求，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點亮，同時Q3或Q4導通驅(qū)動繼電器J1或J2啟動電笛或警鈴，單片機讀取I/O端口P1.4、P1.5、P1.6電平，運行相應的延時循環(huán)程序，經(jīng)過延時，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，電笛或警鈴停止，從而實現(xiàn)音響信號的延時自動復歸(此前按AN3能手動復歸)，單片機回到中斷前狀態(tài)，綠色LED1繼續(xù)以0.5s的間隔閃爍，準備再一次的啟動。正常運行時如按下AN1或AN2時，或輸入端由高電平變低電平負跳變，單片機電路同樣動作，達到實驗的目的。由于本電路使用一片AT89C2051單片機執(zhí)行SYM和YBM兩路信號檢測，且受單片機硬件性能的限制，SYM和YBM同一時刻出現(xiàn)電壓變化時單片機只能響應其中一個信號。考慮到事故信號比預告信號緊急，事故信號應優(yōu)先響應。所以設定最優(yōu)先級，只要輸入端有負跳變，CPU優(yōu)先處理，優(yōu)先發(fā)事故音響信號。

本電路通過Proteus仿真實驗，證明思路可行。應用延伸:充分利用單片機資源，比如RX、TX接口加裝通信模塊可實現(xiàn)和上位機的互聯(lián)等。

4　結(jié)語

通過用AT89C2051單片機電路替代小水電站中央信號裝置中的沖擊繼電器試驗，可以看到單片機的應用范圍很大的，只要通過編程和外部的少量連線就可以實現(xiàn)以前電磁式繼電保護用多個元件才能實現(xiàn)的邏輯功能。用單片機技術(shù)以及單片機低廉的價格在改造老舊設備、實現(xiàn)自動控制方面有很好的現(xiàn)實意義。用較小的投入最大限度的延長小水電站使用壽命。

[1]朱定華,戴汝平.單片微機原理與應用[M].北京:清華大學出版社,北方交通大學出版社,2003.

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