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C8015F041在智能功率柜中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 摘要:简要介绍智能励磁功率柜的概念及C8051F041单片机的特点;详细论述基于C8051F041的智能励磁功率柜的结构、原理及CAN总线通信的实现方法。该控制方案系统集成度高、硬件简单、工作可靠,具有良好的推广价值。

    关键词:C8051F041 CAN 现场总线 励磁

随着发电机容量的不断增大,对励磁系统的要求越来越高。某省12年的统计表明,励磁系统故障仍是发电机故障停机和非计划停运的主要原因,占发电机的非计划停运比大于50%。励磁系统出现故障,将影响发电系统整体可靠性,可见励磁系统的可靠性非常重要。国内目前使用的各类励磁调节器非常先进,但功率柜的制造水平还不尽如人意,这势必影响励磁系统整体性能的提高,进而妨碍升发电系统的性能。

目前,国产的励磁功率柜普遍存在检测功能不全,信息传送、控制和检测技术落后等问题。本文介绍的基于C8051F041的智能励磁功率柜具有完备的检测、控制、通信功能。
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1 C8051F041单片机特点

C8051FXX系列单片机是美国Cygnal公司新推出的一种兼容51内核的单片机。其结构较复杂,限于篇幅,在这里不再详述。以下仅就笔者对C8051F041的使用介绍一下其新特点。

①内核采用流水线结构,速度可达25MIPS(25MHz晶振),比普通的51快10倍;指令与标准51系列兼容,掌握开发过程非常容易;JTAG调试方式,支持在系统、全速、非插入调试和编程,不占用片内资源。

②片上集成64KB Flash,4352B内部RAM(256+4KB,可外扩至64KB),32个I/O口,12通道12位100ksps可编程增益ADC,8通道8位500ksps可编程增益ADC,2路12位DAC,3路模拟比较器,内部电压基准,片内电源监视、降压检测、看门狗。由于C8051F041的高集成度,避免了外扩ROM、RAM、A/D、D/A、Watchdog、可编程I/O口、EEPROM(用片内Flash实现),大大简化了硬件电路,为形成以C8051F041为核心的单片系统创造了条件,从而可提高系统的可靠性。

③片内集成2个UART,1个SM(兼容I2C),1个SPI。最为便利的是,C8051F041集成了CAN总线控制器。CAN总线具有开发费用低、抗干扰性强、适用于工业现场应用等特点,其在干扰非常严重各种工业现场测控领域得到广泛应用。C8051F041只需加上CAN总线收发电路就可挂接到CAN通信网络上,大大简化了通信系统的设计,同时可减少通信节点受到干扰的概率。

④可编程的16位计数器阵列(PCA),有6个捕捉/比较模块,5个通用16位计数器/定时器。这为需求定时器/计数器较多的测控节点提供了方便。

⑤C8051F041能够满足绝大多数工业测控节点的要求,能够形成以C8051F041为核心的单片系统;配以外围测量单元,可以形成完整的测控节点,提高系统的可靠性。

2 智能励磁功率柜的系统结构

智能功率柜系统原理框图如图1所示。C8015F041在智能功率柜中的应用在功率柜中最关键的部件是三相全控桥。控制此桥的核心参数触发角度经CAN总线由调节器送出,同时送达本地柜应发的电流值。经检测得到的输出电流值与调节器的应发给定电流值进行比较,完成PI运算后产生新的微调触角度。该触发角度经PCA形成触发脉冲继而驱动三相全控桥,从而在电子级实现柜间均流。与此同时,通过信号检测模块将柜内温度、晶闸管通断状态、输出电流值送入微控制器,对各参数进行计算分析,与设定阀值比较,实时显示测量结果并可进行报警。

2.1 基于PCA模块实现的数字移相触发

三相晶闸管全控桥工作原理及6个晶闸管的触发脉冲相序关系如图2所示。

PCA包含6个基于同一16位计数器作为时基的捕捉/比较模块,每个模块可构成正沿捕捉、负沿捕捉、正负沿捕捉、软件定时器、高速输出、脉冲宽度调制器6种方式。在本系统中,其被构造成高速输出模式,每当PCA计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器相匹配,相应模块的CEX引脚的逻辑电平发生变化,并引起相应中断。

触发信号从同步信号过零点

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