文档介绍：基于DS80C320的主从逆变电源监控系统的设计与实现
智英建,侯振义
(空军工程大学电讯工程学院,陕西    西安    710077)
摘要:介绍了基于DS80C320的主从逆变电源监控系统的设计方案,从硬件结构,软件编制和抗干扰措施三方面进行了详细讨论,并对单片机锁相技术进行了介绍。实际运行表明,本监控系统完全满足实际需要,性能良好。
关键词:单片机;逆变电源;锁相;抗干扰
0    引言
    本监控系统是为铁路用4kVA/25Hz主从热备份逆变电源系统设计的。
    4kVA/25Hz主从逆变电源是电气化铁路区段信号系统的关键设备,有两相输出:110V/(A相);220V/(B相);两相均为25Hz,且要求A相恒超前B相90°。由于逆变器是给重要负载供电,且负载不允许断电,故采用双机热备份系统,一旦主机发生故障,要求在规定时间内实现切换,因此,备份逆变器一直处于开机状态。由于逆变器经过了整流,逆变两级能量变换,功率较大,且指标要求较高,必须要采用先进的控制技术;同时为了安全实现主从切换,也必须要有完善的监控系统来实现锁相,保证整机的安全。
1    监控系统总体设计要求
    根据实际情况,本系统主要完成以下功能:
    1)主从切换功能    主从控制之间实现准确无误的切换,具有自动和手动两种功能,保证切换时电压同频率,同相位,同幅值;
    2)锁相功能    主从机组局部电压同频同相,同一机组内A相恒超前B相90°;
    3)完善的保护功能    具有软起动功能,以避免启动瞬间电压过冲对逆变器及负载的冲击,以及输出过压、过流保护,频率、相位超差保护,桥臂直通保护,过热保护等;
    4)显示功能    实时显示运行参数及工作状态并具有声光报警功能,以提示值班人员及时排除故障;
    5)通信功能    具有主从机组之间通信,与监控中心(上位机)通信等功能;
    6)抗干扰功能    系统具有良好的抗干扰能力。
2    系统硬件电路设计
    DS80C320单片机简介
    DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位单片机。它与80C31/80C32兼容,使用标准8051指令集。与普通单片机相比有以下新特点:
    1)为P1口定义了第二功能,从而共有13个中断源(其中外部中断6个),3个16位定时/计数器,两个全双工硬串行口;
    2)高速性能,4个时钟周期/机器周期,最高振荡频率可达33MHz,双数据指针DPTR;
    3)内置可编程看门狗定时器,掉电复位电路;
    4)提供DIP,和TQFP三种封装。
    基于DS80C320的监控系统硬件电路设计
    按照上述系统设计要求,设计了如图1所示的监控系统。监控系统采用模块化的设计思想,分为微处理器及外设模块,模拟量采集模块,开关量采集模块,频率及相差测量模块,控制量输出模块,人机接口模块,同步信号模块以及通信模块。
图1    监控系统硬件框图
    1)微处理器及外设模块    微处理器采用DS80C320,非常适合于监控。本系统充分利用前面已提及的特点,简化了硬件设计与编程,从而提高