基于87C196CB双微机励磁调节器的研究与开发
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摘要
随着自动控制理论和微电子技术的发展，计算机控制技术逐渐在水电厂普及应用，并取得了良好的效果，积累了丰富的经验，使得水电厂综合自动化水平得到很大提高，在发电机励磁控制方面涌现了许多类型的微机励磁调节器。然而，现有的微机励磁调节器大多只是在闭环控制方面利用微机取代了常规模拟式励磁调节器，在可靠性、通讯能力和人机界面等方面都远不能满足水电厂的要求。
本文在总结和借鉴水电厂已有微机励磁调节器的基础之上，研究开发了一种基于87C196CB的双微机励磁调节器。在简要介绍了励磁系统的整体结构和工作原理的基础上，给出了以87C196CB高性能16位单片机为核心的调节器硬件和软件具体的设计和实现方法，最后对励磁调节器的可靠性进行了分析与设计。
在通讯方面，用87C196CB内部集成CAN2.0和SJA1000 CAN总线控制器，构成可靠性极高的串行通讯总线，确保了系统的监控功能的可靠实现；在交流采样方面，采用高速同步并行A／D转换器ADS7864，避免了由于非同步采样及转换速率太低所导致的同相电压与电流之间的相角差；在脉冲形成方面，用可编程逻辑器件PLSI1032使硬件结构紧凑，可靠性高；在人机界面方面，用触摸屏代替传统按键，参数设置方便、操作直观，易维护。
软件采用高效率的C-196语言与ASM-196汇编语言混合编程，程序代码少，执行时间短。多个中断的嵌套调用，为程序的设计带来了极大方便，使各种服务程序的执行时间满足快速发电机励磁控制系统对信号响应时间的要求。
With the development of cybernetics and micro-electron technique, the technique of computer control has been popularized and applied gradually in hydro-power plants, while gaining good effect and accumulating a plenty of experience, the level of automation has been boosted largely in hydro-power plants, a lot types of excitation regulators based on microprocessor appear in excitation control of the generator. However, the microprocessor excitation regulators applied in power plants replace the general integration circuit with microcomputer only in closed loop control mostly. Its reliability, communication ability and interface can't meet the need of hydro-power plants.
This paper researches and develops a type of double microprocessor-controlled excitation regulator with 87C196CB based on the present microprocessor-based excitation regulator applied in power plant. First, the whole structure and the working principle of the excitation system are introduced briefly. Second the specific design and realization ways of regulator's software and hardware based on 87C196CB are suggested. Lastly, the analysis and design of set's reliability is conducted.
In communication, the use of the CAN serial communications controller of 87C196CB's and SJA1000 composes high reliability serial bus communications in order to ensure the reality of system's supervision and control reliably. In Alternating Current sampling, the adoption of high speed, synchronous and parallel A/D device ADS7864 avoids the phase error between voltage and current of the same phase which results from asynchronous sampling and low conversion speed of A/D device. In pulse forming, the utilization of the programmable logic device PLSI1032 makes the structure of the
regulator's hardware become more compact and obtains higher reliability. In interface, the replacement of general keys with touch screen makes it convenient to set parameter, direct to operate and easy to maintain.
The software adopts the C-196 with high efficiency, and combined with asm-196, so the code of program is simple and the processing time is short. The application of multi-interrupt brings much convenience to design program and makes the processing time of program meet the requirement of the fast excitation control system of generator's responding to signal.
本文在总结和借鉴水电厂已有微机励磁调节器的基础之上，研究开发了一种基于87C196CB的双微机励磁调节器。在简要介绍了励磁系统的整体结构和工作原理的基础上，给出了以87C196CB高性能16位单片机为核心的调节器硬件和软件具体的设计和实现方法，最后对励磁调节器的可靠性进行了分析与设计。
在通讯方面，用87C196CB内部集成CAN2.0和SJA1000 CAN总线控制器，构成可靠性极高的串行通讯总线，确保了系统的监控功能的可靠实现；在交流采样方面，采用高速同步并行A／D转换器ADS7864，避免了由于非同步采样及转换速率太低所导致的同相电压与电流之间的相角差；在脉冲形成方面，用可编程逻辑器件PLSI1032使硬件结构紧凑，可靠性高；在人机界面方面，用触摸屏代替传统按键，参数设置方便、操作直观，易维护。
软件采用高效率的C-196语言与ASM-196汇编语言混合编程，程序代码少，执行时间短。多个中断的嵌套调用，为程序的设计带来了极大方便，使各种服务程序的执行时间满足快速发电机励磁控制系统对信号响应时间的要求。
With the development of cybernetics and micro-electron technique, the technique of computer control has been popularized and applied gradually in hydro-power plants, while gaining good effect and accumulating a plenty of experience, the level of automation has been boosted largely in hydro-power plants, a lot types of excitation regulators based on microprocessor appear in excitation control of the generator. However, the microprocessor excitation regulators applied in power plants replace the general integration circuit with microcomputer only in closed loop control mostly. Its reliability, communication ability and interface can't meet the need of hydro-power plants.
This paper researches and develops a type of double microprocessor-controlled excitation regulator with 87C196CB based on the present microprocessor-based excitation regulator applied in power plant. First, the whole structure and the working principle of the excitation system are introduced briefly. Second the specific design and realization ways of regulator's software and hardware based on 87C196CB are suggested. Lastly, the analysis and design of set's reliability is conducted.
In communication, the use of the CAN serial communications controller of 87C196CB's and SJA1000 composes high reliability serial bus communications in order to ensure the reality of system's supervision and control reliably. In Alternating Current sampling, the adoption of high speed, synchronous and parallel A/D device ADS7864 avoids the phase error between voltage and current of the same phase which results from asynchronous sampling and low conversion speed of A/D device. In pulse forming, the utilization of the programmable logic device PLSI1032 makes the structure of the
regulator's hardware become more compact and obtains higher reliability. In interface, the replacement of general keys with touch screen makes it convenient to set parameter, direct to operate and easy to maintain.
The software adopts the C-196 with high efficiency, and combined with asm-196, so the code of program is simple and the processing time is short. The application of multi-interrupt brings much convenience to design program and makes the processing time of program meet the requirement of the fast excitation control system of generator's responding to signal.
引文
[1]刘忠源，徐睦书．水电站自动化(第三版)．北京：中国水利水电出版社，1997．
[2]韩英铎，王仲鸿，陈淮金．电力系统最优分散协调控制．北京：清华大学出版社，1997．
[3]何丙茂．对同步发电机励磁系统若干问题的思考．电网技术，Vol．23，No．3，Mar．1999，p．27-30．
[4]阳宪惠，徐用懋，魏庆福．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999．
[5]扩充微机型继电保护的功能．电力系统自动化，Vol．22，No．4，1998，p．61-63
[6]马丽英．微机励磁调节器的故障诊断功能研究．电站系统工程，1999(9)．
[7]刘忠源．华北水利水电学院．同步电机可控硅励磁系统．北京：水利电力出版社，1990．
[8]樊俊，陈忠，涂光瑜．同步发电机半导体励磁原理及应用．北京：电力工业出版社，1981．
[9]潘新民，王燕芳．单片微型计算机使用系统设计．北京：人民邮电出版社，1993．
[10]孙涵芳．INTEL16位单片机．北京：北京航天航空大学出版社，1995．
[11]卢强，孙元章．电力系统非线性控制．北京：科学出版社，1993．
[12]北京清华南自控制技术有限公司，GEC系列全数字式非线性励磁装置原理说明书，2000．
[13]杨冠城．电力系统自动装置原理．北京：中国电力出版社，1995．
[14]于宁国．大型汽轮发电机失磁保护与低励限制的配合计算．大电机技术，No．5，1999，p．42-43．
[15]Intel, 87C196CB Supplement to 8xC196NT User Manual, 1998.
[16]纪宗南．单片机外围器件使用手册(输入通道器件分册)．北京：北京航空航天大学出版社，2000．
[17]ADS7864 500kHz,12-Bit, 6-Channel Simultaneous Sampling ANALOG TO DIGITAL CONVERTER,Burr-Brown Products from Texas Instruments,Printed in U.S.A,Sep 2000.
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[19]万新平，张厥盛．集成锁相环路．北京：人民邮电出版社，1990．
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[21]ispLSI and PLSI 1032E, High-Density Programable Logic,Lattice Semiconductor Corp.,1997.
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[23]清华篷远有限责任公司，SED1330F系列液晶显示控制器，1998．
[24]李秉操，张登举，付寿英等．单片机接口技术及其在工业控制中的应用．西安：陕西电子编辑部，1991．
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[26]SJA1000 stand-alone CAN controller product specification, Philips semiconductor company,2000 Sep 04.
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[28]X5043/X5045, CPU Supervisor with 4K SPI EEPROM, Xicor,Inc.1994,1995, 1996 Patents Pending 9900-3005-6.1 10/7/99 CM.
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[30]Application Note 58, Crystal Consideration with Dallas Real Time Clocks, DALLAS semiconductor company.
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[58]MTC-WL型双微机大功率发电机励磁系统．长沙华能自动化控制有限公司．
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[61]LTW6200型微机励磁调节器用户手册．广州电器科学研究所，1997．
[62]DLT6000型励磁调节器使用说明书．机械部广州电器科学研究所，1996．
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[71]佟力，王芳．用一片CD4098B组成的脉冲丢失检测电路．大电机技术，No．3，2001，p．62-63．
[72]王幸之，王雷，王闪等．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2000．
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