單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制功能應(yīng)用分析

作者/紀(jì)聲楠，清遠(yuǎn)市技師學(xué)院汽車(chē)工程系

單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制功能應(yīng)用分析

作者/紀(jì)聲楠，清遠(yuǎn)市技師學(xué)院汽車(chē)工程系

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，在我國(guó)社會(huì)中，單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的自動(dòng)控制功能被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，大幅度提升了我國(guó)現(xiàn)代化生產(chǎn)效率，減少了人了資源的使用，節(jié)約了生產(chǎn)力。在電力系統(tǒng)中，單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器被廣泛應(yīng)用，是保護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行最基本的調(diào)節(jié)器之一，也是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定，促進(jìn)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方法和措施。而隨著社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)于電力系統(tǒng)有著越來(lái)越高的要求，導(dǎo)致單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器必須要不斷的更新，以適應(yīng)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器之所以能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)越來(lái)越高的需求，主要是具有勵(lì)磁容量充足、可靠性高和動(dòng)態(tài)特性良好等特點(diǎn)。本文主要對(duì)單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；試驗(yàn)裝置；單片機(jī)；同步鎖相觸發(fā)

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，在我國(guó)社會(huì)中對(duì)單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求不斷提升，這就要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置不斷更新?lián)Q代，推出新的、適應(yīng)生產(chǎn)需求的裝置。而在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在投入使用之前，首先就必須要做好試驗(yàn)工作，通常采用的試驗(yàn)方法主要是在生產(chǎn)制造廠家做好靜態(tài)測(cè)試工作，然后做好非實(shí)際參數(shù)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，然后完成實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最終整定，這種實(shí)驗(yàn)方法，雖然實(shí)驗(yàn)效果非常好，實(shí)時(shí)性非常高，但是實(shí)驗(yàn)所消耗的費(fèi)用也是費(fèi)用巨大的，許多在多人的協(xié)同下共同完成。而單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置因?yàn)榫哂泻?jiǎn)單可靠、功能齊全等特點(diǎn)，所以將中小容量的勵(lì)磁機(jī)替換下來(lái)，換成單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制裝置，大幅度的提升了生產(chǎn)效率，減少了人力、財(cái)力的浪費(fèi)。

1. 單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主回路

單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)主回路主要由可控硅的整流橋?yàn)榘l(fā)電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁供電，而單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部系統(tǒng)也隨著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況的改變將可控硅整流橋的控制角轉(zhuǎn)變，達(dá)到調(diào)節(jié)單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，改善發(fā)電機(jī)內(nèi)部勵(lì)磁電流的目的，保證發(fā)電機(jī)能夠正常運(yùn)行，輸出穩(wěn)定的負(fù)載電壓。單片機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)部系統(tǒng)采用靜態(tài)連接方式連接，提升勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置自身的反應(yīng)速度和精度，達(dá)到單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置自身保護(hù)和完善的目的。

2. 單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的工作原理

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)不斷提升，在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的使用前，首先就要對(duì)裝置整體有一定的了解，能夠熟練地掌握工作原理，如圖二所示，該單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的核心就是MCS—51的單片機(jī)，并且配備一些通用接口，如信號(hào)變換器、開(kāi)關(guān)量的輸入輸出信號(hào)、鼠標(biāo)鍵盤(pán)等，再將單片機(jī)與通用接口與同步鎖相電路、通訊接口等做成兩個(gè)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)的通道，然后將這兩個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)通道進(jìn)行電隔離，保證這兩條通訊通道能夠相互獨(dú)立的進(jìn)行工作，第二條調(diào)節(jié)通道采用自動(dòng)跟蹤的備用工作形式，當(dāng)?shù)谝粭l調(diào)節(jié)通道發(fā)生故障時(shí)，第二條通道進(jìn)入使用狀態(tài)，保證單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置能夠正產(chǎn)運(yùn)行。

單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置在運(yùn)行過(guò)程中將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況反映出四個(gè)模擬信號(hào)，就是發(fā)電機(jī)的端電壓、發(fā)電機(jī)內(nèi)在的定子電流、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流，然后將這四種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化而為電流信號(hào)傳輸出來(lái)，進(jìn)入到MCS—51單片機(jī)，然后由單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而A/D轉(zhuǎn)換的方式一般采用逐次逼近式。

3. 單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路

圖1 單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

在單片機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置中，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要是將輸入電路中產(chǎn)生的四種模擬信號(hào)進(jìn)行加工處理，將這四種信號(hào)變成能夠讓MCS—51單片機(jī)能夠接受和處理的信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)接收到經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化電路進(jìn)行加工后的信號(hào)后，一是供給程序使用，還有一種及時(shí)存入發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)中，進(jìn)行行程量的轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)化出具體的大小需要通過(guò)顯示器線顯示出來(lái)。經(jīng)過(guò)輸入輸出電路中輸出的模擬信號(hào)主要有以下四種，第一種就是PT電壓變換器，測(cè)量發(fā)電機(jī)的兩端的端電壓；第二種就是定子電流的接口電路，可以測(cè)量發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子電流；第三種就是電壓的霍爾傳感器，能夠測(cè)量出發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓；最后一種就是電流的霍爾傳感器，他能夠測(cè)量出發(fā)電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁電流。

3.2 MCS一51單片機(jī)系統(tǒng)

在文中提到這種單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置中使用的單片機(jī)為MCS—51的單片機(jī)，這種單片機(jī)包含有8KB ROM、232個(gè)字節(jié)RAM、譯碼電路和地址鎖存器等結(jié)構(gòu)。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換中斷程序

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)，如果需要在單片機(jī)MCS—51進(jìn)行轉(zhuǎn)換后停止，首先就必須要將轉(zhuǎn)換結(jié)果取出，然后將取出的結(jié)果存入到制定的單元之中，然后讓工作指針切換到下一個(gè)模擬信號(hào)通道，再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

3.4 鼠標(biāo)鍵盤(pán)出現(xiàn)故障中斷程序

在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置正常運(yùn)行狀態(tài)中，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等輸入裝置出現(xiàn)故障后，需要將中斷申請(qǐng)進(jìn)行綜合整理送到MCS—51單片機(jī)中，而且因?yàn)檩敵龆丝谑且粋€(gè)多功能的中斷端口，所以依靠一些特定的查詢(xún)方式才能夠直接查詢(xún)出造成中斷的源信號(hào)，并且將出現(xiàn)故障的位置和電路進(jìn)行標(biāo)注，便于查詢(xún)后的檢修工作。一般情況下，復(fù)用的中斷信號(hào)主要有因鼠標(biāo)鍵盤(pán)出現(xiàn)故障引起的中斷、強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作引起的中斷和過(guò)勵(lì)延遲引起的中斷等多種。

3.5 PID中斷處理程序

在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的使用過(guò)程中，因?yàn)閯?lì)磁裝置自身具有慣性和工作滯后性的控制對(duì)象，同時(shí)還要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置必須要滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需求，所以要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置自身的反應(yīng)速度快，控制精度高，所以針對(duì)于不同的情況，需要采用不同的PID調(diào)節(jié)裝置，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的具體需求。還有一些比較特殊的情況，需要將原有的PID裝置進(jìn)行改進(jìn)更新，消除積分飽和效應(yīng)，減少超調(diào)量，而且因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)裝置自身具有比例放大作用，所以能夠在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中減少變?cè)鲆妫瑥亩鴾p小誤差，使單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置能夠更加理想化的進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)。

3.6 糾錯(cuò)切換電路

圖2 同步鎖相電路原理圖

在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行電路中，糾錯(cuò)切換電路是電路中必不可少的，糾錯(cuò)切換電路一般都是由一些備用的調(diào)節(jié)裝置組成，當(dāng)單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行電路出現(xiàn)運(yùn)行故障或者錯(cuò)誤時(shí)，糾錯(cuò)電路就可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且將電路切斷，由備用裝置替代，保證單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的正常運(yùn)行。在糾錯(cuò)切換電路的切換時(shí)，必須要滿(mǎn)足兩個(gè)條件，第一就是保證備用調(diào)節(jié)裝置與運(yùn)行工作調(diào)節(jié)裝置之間的電路保證暢通，怎樣能夠及時(shí)判斷出電路是否存在故障或措施，及時(shí)作出的反應(yīng)，避免造成設(shè)備停產(chǎn)甚至出現(xiàn)安全事故。第二就是備用調(diào)節(jié)裝置對(duì)工作運(yùn)行調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行跟蹤監(jiān)視，隨時(shí)關(guān)注單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

3.7 同步鎖相電路

在單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置中，可控硅整流電路能夠控制電路中相位的轉(zhuǎn)換，將交流電的相位進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，向可控硅輸出一段脈沖，這樣才能夠保證整流電路中可控硅的導(dǎo)通和換相工作，其原理如圖2所示，同步鎖相電路一般采用CIM046的鎖相環(huán)，然后與外圍的分頻電路之間相互配合，共同組成同步鎖相電路。同步中斷信號(hào)經(jīng)過(guò)產(chǎn)生綜合后，送入單片機(jī)MCS—51的一個(gè)中斷入口端，然后將該信號(hào)最為交流電源的同步中斷信號(hào)，等距觸發(fā)，這樣能夠極大程度的減少電路中諧波的含量，減少運(yùn)行中出現(xiàn)的誤差。

＊ [1]劉植楨. 計(jì)算機(jī)控制. 清華大學(xué)出版社，2016.3.

＊ [2]周明強(qiáng). 微型計(jì)算機(jī)硬件及軟件及其應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社，2015.11.

＊ [3]王鑒泉. 微型計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì). 高等教育出版社，2014.8.

＊ [4]段獻(xiàn)忠. 電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的快速判斷. 華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015.3.