PIC单片机在电站故障保护模块中的应用技术发展

1、PIC单片机在电站故障保护模块中的应用技术发展随着电子技术的发展，以单片机为控制核心故障保护模块以其优良的安全性、平稳性、可靠性全面取代了传统模拟式保护系统，在电站故障保护中的到了全面应用，本研究基于PIC单片机设计并实现了电机故障保护模块，现将相关设计理念及实现过程介绍如下。一、故障保护模块的功能要求电站故障保护按照电站故障保护类型通常可以重故障保护和轻故障保护两类。其中重故障保护包括超速、油压低、水温高等。轻故障保护包括过电压、过频率、过电流、欠电压、欠频率等。依据不同的故障类型，故障保护模块会有相应的保护动作，一般情况下发生轻故障时，故障保护模块会切断电源实现对设备的保护，而一旦设备发生

2、重故障，故障保护模块则会在第一时间断电停机，以保证发电设备不会受到损害。二、故障保护模块的模块组成本研究故障保护模块由机组电源检测、频率检测、转速检测、温度控制、压力检测、PIC16F877A单片机控制等部分组成。分布于电站的电源设备、转速控制设备、频率变送设备、温度传感设备、压力传感设备等位置，用于收集和处理电站的各项工作数据，经过处理后输入中央处理器，在中央处理器内部完成内部比较，以判断是否存在故障，如果运行平稳无障碍，在进行持续循环监控，一旦发展出现故障会第一时间进入故障处理进程，对故障进行保护。三、故障保护模块的硬件设计该电站故障保护模块的核心器件采用PIC16F877单片机。总线结构

3、采用哈佛总线，其指令系统采用通用的RISC系统，在程序编写方面比较简单，易于实现。在故障模块内部设有8路模拟量输入通道，通过I/O能够驱动LED管、继电器及光电耦合器，控制电路简单有效。（一）电源及频率检测单元本模块采用三相电源和频率变送器完成信号转换成工作，信号被转化为电压为5V的直流信号后，以该直流电压作为PIC16F877单片机输入信号，通过变送器完成线性光电隔离工作，该模块具有精度较高、体积较小、能耗较低、频率较宽等诸多优势。（二）转速采集单元通过数字测速系统转速采集单元完成采样工作，具体转速测定是通过安装在发动机飞轮壳上的磁性传感器完成的。发动机飞轮齿顶部位置距离磁性传感器的距离在应

4、在1mm以内，经过整形后，传感器输出交流信号被输入到PIC16F877单片机的TMR1端口中，由TMR1完成信号的脉冲计数工作，并以此实现转速实际监测工作。TRM1作为16bit的计数寄存器，其中包含有低频时基振荡器和3bit可编程预分频器，其测速的精确度较高，分辨度较高，且通常不会受到其他器件的影响。（三）压力及温度检测单元电站的压力及稳步检验工作是依托于安装在油压传感器以及水箱散热器上的传感器实现和完成的，压力及温度传感信号全部采用开关量，在实施光电隔离之后，输入到PIC16F877单片机的I/O端口。（四）输出回路电站故障保护模块的系统的输出主要包括停机和断电两个开关量，经过光电隔离后，

5、由PIC16F877单片机的输出口驱动停机继电器和停电继电器完成停机和断电动作。四、故障保护模块的软件设计该电站故障保护模块软件由汇编语言进行编写，主要包括有初始化程序、A/D转换程序、TMR1计数程序、故障保护程序等。（一）初始化程序电站故障保护模块中的初始化程序中包括数据方向控制、中断控制、IN-TCON、ADCON0等多个寄存器。（二）A/D转换程序单片机内部嵌有ADC模块，其数字量精度为10bit，有8个模拟通道，并设有AD-CON0、ADCON1、ADRESH、ADRESL等四个专用寄存器。使用了PIC16F877单片机的三个模拟量通道。ADCON0寄存器设置为11000001，AD

6、CON1存器设置为00000100，模拟输入为AN0、AN1、AN3，A/D转换结果在ADRESH和AD-RESL中存放。（三）TMR1计数程序TMR1计数程序由16bit的定时器/计数器构成，分为三种工作模式，采用异步计数器，T1CON设置为00000110。由于TMR1由TMR1H和TMR1L组成，在读数时应注意分次读取。（四）故障保护程序故障保护程序重点完成A/D采样、定时器/计数器TMR1及I/O口压力及温度监控数据比较判别，并输出相应动作。五、故障保护模块的抗干扰设计在具体实施过程中系统的抗干扰设计同样是一项十分重要的工作，本研究主要实施了七项抗干扰设计举措。一是依托在相关供电/断电

7、的交流接触器线圈侧加装RC瞬变噪声抑制网络，来实现抗干扰功能。二是通过加装控制继电器线圈两侧续流二极管，来实现抗干扰功能。三是采用屏蔽线装备转速磁性传感器传输线实现抗干扰。四是在模拟量输入通道中加装线性光电隔离变送器，并设置T型低通滤波器实现抗干扰。五是通过DC/DC变换器供电实现抗干扰。六是在开关量输入/输出通道中增加光电隔离器实现抗干扰。七是在PCB板入口处电源与底线间加装的电容器，并采取线条垂直交叉走线实现抗干扰。本电站故障保护模块设计经过实际应用，经过实际验证可完全满足电站故障保护要求，模块运行安全稳定，对于确保电站安全具有重要作用。参考文献：【1】王军宁，何迪.TI DSP/BIOS用户手册与驱动开发.北京：清华大学出版社，2007