提高直流操作電源系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施

1、提高直流操作電源系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施        摘要：為保證直流操作電源微機(jī)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行,對(duì)電源、輸入輸出通道、中央控制單元軟硬件等采取相應(yīng)措施。關(guān)鍵詞：可靠性瞬態(tài)抑制器濾波器看門狗軟件陷阱可編程邏輯器件Technical Measures to Realize High reliability of MPU Controller for the DC Operating Power Supply Abstract: The method taken on the power supply, input a

2、nd output channel, software and hardware of the central controller unit, to ensure the reliable operation of the microcomputer control system for the DC operating power supply Keywords: Rreliability TSV Filter Watchdog Software trap ISP 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

3、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(dòng)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

4、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(duì)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(duì)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(duì)低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對(duì)于較高頻率的電流會(huì)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(huì)大大提高，從而

5、實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)功能，而當(dāng)線路電流正常時(shí)，又會(huì)恢復(fù)正常阻抗值，從而對(duì)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(chǎng)模擬量輸入對(duì)于電力操作電源，現(xiàn)場(chǎng)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(duì)地絕緣等參數(shù)，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，這些信號(hào)往往疊加有各種干擾成分，如將這些信號(hào)直接引入系統(tǒng)，將對(duì)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(hào)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(hào)調(diào)理成A/D轉(zhuǎn)換輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。另外為防止變送器對(duì)系統(tǒng)電源的影響，變送器均選擇為前端無源型變送器。(2)

6、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(duì)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(duì)D/A進(jìn)行改寫，當(dāng)CPU出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)對(duì)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)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

7、隔離防靜電的標(biāo)準(zhǔn)接口（接口硬件協(xié)議RS485/RS422），通訊軟件協(xié)議采用目前國(guó)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(hào)，看門狗電

8、路會(huì)產(chǎn)生CPU硬件復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位重新起動(dòng)，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(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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)?？删幊踢壿嬈骷↖SP），可大大降低器件數(shù)量，一片ISP（如ISP2064）可包含2000個(gè)

9、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(dòng)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(chǔ)器誤寫，為防止程序重新起動(dòng)運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤，對(duì)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(chǔ)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(huì)自動(dòng)比較各數(shù)據(jù)的同一性，如有錯(cuò)誤可自動(dòng)取出正確數(shù)據(jù)使用。(5)系統(tǒng)自恢復(fù)：

10、對(duì)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(dòng)作、人為誤操作、軟件陷阱重新起動(dòng)程序等）時(shí)，系統(tǒng)重新起動(dòng)后應(yīng)保持原有運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)這一要求在程序起動(dòng)時(shí)通過判斷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)于中央控制器的關(guān)鍵器件，如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、CPU等，程序運(yùn)行中均定時(shí)對(duì)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MC3型直流操作電源微機(jī)控制器中，均已在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行，取得了良好的效果。作者簡(jiǎn)介苗愛農(nóng)男1969年生，1992年畢業(yè)于西安理工大學(xué)電力電子技術(shù)專業(yè)，本科?，F(xiàn)工作于西電公司計(jì)算所，工程師。主要從事計(jì)算機(jī)