單片機(jī)在變壓器三備一系統(tǒng)中的應(yīng)用

汪 濤

（國(guó)家新聞出版廣電總局724臺(tái)，陜西 岐山 722400）

0 引 言

DX600發(fā)射機(jī)原機(jī)使用三臺(tái)美國(guó)OLSUN公司10 kV/205 V干式變電器，對(duì)3個(gè)PB分別提供獨(dú)立功率電源.美國(guó)公司生產(chǎn)的主用變壓器引進(jìn)已運(yùn)行近15年，當(dāng)夏季高溫氣候時(shí)，鐵芯最高溫度可達(dá)170 ℃，如果出現(xiàn)故障，可能無(wú)法在短期內(nèi)正常給PB單元提供電源。經(jīng)過(guò)參數(shù)參考對(duì)比后，選擇增加一臺(tái)昆明賽格邁的10 kV/205 V容量500 kVA干式變壓器做為備份主用變壓器電源，設(shè)計(jì)安裝成一套三備一切換裝置，可對(duì)將原3臺(tái)美國(guó)干式變電器中任意某一臺(tái)故障時(shí)進(jìn)行快速切換使用。

1 備用變壓器與刀開關(guān)的安裝

獨(dú)立設(shè)計(jì)制作三套HS13-1500V/31BX刀開關(guān)。該刀開關(guān)屬于刀形轉(zhuǎn)換開關(guān)，采取中央杠桿操作機(jī)構(gòu)式，配備有滅弧裝置，額定工作電壓為380 VAC，額定工作電流達(dá)到1 500 A。在PB1、PB2、PB3變壓器的頂部平行安裝固定好三套HS13-1500V/31BX刀開關(guān)，一個(gè)變壓器對(duì)應(yīng)一套刀開關(guān)。每套刀開關(guān)有左右各一組三端接口，將每一組的三端接口分為A、B、C三端，將三套刀開關(guān)相同一側(cè)定為公共側(cè)，將三套刀開關(guān)的公共側(cè)的A端用銅排串聯(lián)，同理將B、C端用銅排串聯(lián)（三根銅排套上高壓絕緣熱縮管）。串聯(lián)好的A、B、C三根銅排依次用大電流電纜接在備用變壓器的次級(jí)輸出端A、B、C三相上。三套刀開關(guān)的另外一側(cè)的三端分別用大電流電纜與對(duì)應(yīng)的變壓器的次級(jí)A、B、C三相連接。PB1、PB2、PB3輸出的125 VDC電源，通過(guò)三個(gè)單相雙擲開關(guān)KA、KB、KC與備用變壓器進(jìn)行切換；PB1、PB2、PB3輸出的三相205 VAC電源，通過(guò)三套三相雙擲開關(guān)K1、K2、K3與備用變壓器進(jìn)行切換，如圖1所示。

該安裝設(shè)計(jì)方案很好地解決了用一臺(tái)備用變壓器對(duì)任意三臺(tái)主用變壓器進(jìn)行備份切換，實(shí)現(xiàn)了快速切換的目的，但存在隱患，即有可能有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的主用變壓器都切換到備用變壓器上工作，會(huì)就對(duì)備用變壓器造成極大負(fù)荷，損壞備用變壓器。

2 譯碼電路告警與控制

告警電路可以采用數(shù)字電路74LS138組成一個(gè)3線8線譯碼，通過(guò)地址端接三個(gè)觸動(dòng)開關(guān)進(jìn)行模式篩選，原理如圖2所示。當(dāng)S1、S2或S3中有合上的開關(guān)時(shí)，說(shuō)明有對(duì)應(yīng)的變壓器切換到了備用變壓器工作。當(dāng)出現(xiàn)非正常工作模式時(shí)，如S1與S2同時(shí)切換到合的位置，說(shuō)明PB1與PB2同時(shí)使用了備用變壓器，則Y5（10腳）輸出低電平，使U2的10腳輸出高電平，觸發(fā)告警器報(bào)警，同時(shí)DS1與DS3都亮起紅燈，指示報(bào)警的位置。

此電路原理簡(jiǎn)單，制作方便，可以采用單片機(jī)方式設(shè)計(jì)告警控制電路，同樣可以起到告警的作用，還可以對(duì)告警有所升級(jí)。

3 單片機(jī)告警控制電路

控制芯片采用89C52，是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的基本產(chǎn)品。它采用ATMEL公司可靠的CMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)以及CMOS的低功耗特征，基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等更多功能。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、512字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）、32個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信口和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式?？臻e模式下，凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其他功能[1]。根據(jù)單片機(jī)特性，設(shè)計(jì)時(shí)序控制原理圖如圖3所示。

圖1 三備一刀開關(guān)安裝原理圖

圖2 74LS138告警控制原理圖

圖3 單片機(jī)告警控制原理圖

89C52的P0端口設(shè)置為狀態(tài)輸入口，把S1、S2、S3的開關(guān)信息轉(zhuǎn)換成P0.0、P0.1、P0.2的高低電平信號(hào)；P1.0到P1.5做為狀態(tài)輸入信號(hào)，控制6只發(fā)光二極管，其中3只紅色3只綠色，紅色代表工作在備份變壓器狀態(tài)，綠色代表工作在主用變壓器狀態(tài)；P3.3做為非正常工作模式告警信號(hào)；S4作為單片機(jī)復(fù)位按鈕，通過(guò)編程實(shí)時(shí)讀取P0.0～P0.2的狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)三個(gè)電平為全高電平時(shí)，DS1、DS3、DS5三只綠色二極管亮起，表示三個(gè)PB都工作在主用變壓器狀態(tài)；當(dāng)只有PB1啟用備用變壓器時(shí)，S1被合上，P0.0端口監(jiān)測(cè)到低電平，使P1.0低電平DS1滅，使P1.1輸出高電平，則DS2（紅）指示燈亮，同時(shí)在P3.3端口輸出1.5 s的1 kHz頻率的信號(hào)，推動(dòng)無(wú)源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個(gè)特定的聲音持續(xù)1.5 s的時(shí)間；當(dāng)只有PB2啟用備用變壓器時(shí)，S2被合上，P0.1端口監(jiān)測(cè)到低電平，使P1.2低電平DS3滅，使P1.3輸出高電平，則DS4（紅）指示燈亮，同時(shí)在P3.3端口輸出1.5 s的2 kHz頻率的信號(hào)，推動(dòng)無(wú)源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個(gè)特定的聲音持續(xù)1.5 s的時(shí)間；當(dāng)只有PB3啟用備用變壓器時(shí)，S3被合上，P0.2端口監(jiān)測(cè)到低電平，使P1.4低電平DS5滅，使P1.5輸出高電平，則DS6（紅）指示燈亮，同時(shí)在P3.3端口輸出1.5 s的3 kHz頻率的信號(hào)，推動(dòng)無(wú)源峰嗚器DEEP產(chǎn)生一個(gè)特定的聲音持續(xù)1.5 s的時(shí)間。

當(dāng)有兩個(gè)PB或兩個(gè)以上PB都切換到了備用變壓器時(shí)，監(jiān)測(cè)到P0.0到P0.2端口上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示電路如圖3不變。在P3.3端口產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)特定聲音后，會(huì)緊接著增加一個(gè)持續(xù)的1.5 kHz頻率的聲音信號(hào)，用以提示工作在錯(cuò)誤模式下。直到切換到允許的工作模式時(shí)，持續(xù)的1.5 kHz頻率的聲音信號(hào)才會(huì)被中斷。

4 單片機(jī)電路與譯碼電路的比較

采用89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的告警電路與采用74LS138譯碼器設(shè)計(jì)的告警電路同時(shí)滿足變壓器三備一告警電路的設(shè)計(jì)要求。74LS138譯碼電路設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單清晰，電路制片簡(jiǎn)單；單片機(jī)電路設(shè)計(jì)也很簡(jiǎn)單，同時(shí)豐富了電路功能，加入了生動(dòng)的聲音識(shí)別，用戶不僅可以直觀從指示上知道操作的位置，而且可以通過(guò)聲音進(jìn)行識(shí)別；采用單片機(jī)電路設(shè)計(jì)還可增加簡(jiǎn)單的通信電路，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接，擴(kuò)展遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，方便值班人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的工作。

5 結(jié) 論

單片機(jī)在現(xiàn)代生活中不斷應(yīng)用與加強(qiáng)，不僅解決了許多技術(shù)問(wèn)題，還提升了應(yīng)用，減輕了人們的工作強(qiáng)度。充分應(yīng)用單片機(jī)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器三備一告警電路，解決了現(xiàn)階段電路工作非正常模式下的告警功能，也為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了最好的解決方案，使DX-600發(fā)射機(jī)主變壓器系統(tǒng)在突發(fā)故障時(shí)能采用最快、最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)備設(shè)備份切換，同時(shí)完善告警保護(hù)電路，避免切換過(guò)程中忙中出錯(cuò)而發(fā)生事故，有利地保障了發(fā)射機(jī)的安全有效輸出。

[1] 百 度 文 庫(kù) .89C52 介 紹 [EB/OL].（2012-12-01）[2017-12-09].https://wenku.baidu.com/view/f57dac67b84ae45c3b358c77.html.