1 引言

　　隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的大幅度提高,把計(jì)算機(jī)和微處理器技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制特別是增加低壓電器智能化功能, 具有較大的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)潛力。我們?cè)?FONT color=#0000ff>交流接觸器智能控制方案和具體實(shí)施中做了大量的研究和可行性分析, 開發(fā)了一種具有智能化功能的裝置。把該裝置和交流接觸器相組合, 就可以增加交流接觸器的智能化功能。它在工業(yè)、油田、煤礦、農(nóng)村( 灌溉系統(tǒng)) 和城市等領(lǐng)域和地區(qū)有廣泛的應(yīng)用前景。

　　2 接觸器智能化內(nèi)容和工作原理

　　我國(guó)目前使用的接觸器、斷路器和保護(hù)器( 例如熱繼電器) 均為機(jī)械非智能型的。一般為交流吸合、交流吸持和隨機(jī)分?jǐn)? 且線包電壓有220V 和380V 之分。實(shí)驗(yàn)告訴我們,不論是220V 還是380V 的線包,只要加上不低于1 6 0 V 的直流電壓, 接觸器均能可靠吸合,并且不會(huì)產(chǎn)生一、二次彈跳。此時(shí), 只要維持吸持電壓不低于直流1 5 V , 就可以穩(wěn)定地保持吸合狀態(tài)。分?jǐn)噙^程一旦發(fā)生, 必然伴隨有電弧產(chǎn)生。確定分?jǐn)噙^程何時(shí)發(fā)生的唯一原則就是在時(shí)間允許的前提下使電弧總能量最小。對(duì)于單相電磁電路, 觸點(diǎn)合斷的最佳時(shí)刻應(yīng)該是主電路電流過零之時(shí), 而對(duì)于三相電磁電路來說, 如果分?jǐn)噙^程發(fā)生在某一相電流過零時(shí)刻, 此時(shí)三相電弧的總能量應(yīng)該為最小。輪流控制三個(gè)觸點(diǎn)的過零分?jǐn)? 可以使它們有相同的使用壽命。

　　接通電源以后, 整流回路、穩(wěn)壓電源回路及單片機(jī)系統(tǒng)得電。相電流設(shè)置完成后,單片機(jī)就開始采樣并與設(shè)定值進(jìn)行比較, 啟動(dòng)回路和續(xù)流回路系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)。單片機(jī)在對(duì)電源電壓和相位的不斷采樣、比較、記錄的同時(shí), 等待啟動(dòng)信號(hào)。如果得到信號(hào),就會(huì)在不大于2 0 m s 的時(shí)間內(nèi)適時(shí)通過啟動(dòng)回路給線包加上一個(gè)相應(yīng)的高電壓, 動(dòng)觸點(diǎn)在強(qiáng)激磁產(chǎn)生的吸力作用下, 克服彈簧推力和慣性, 迅速向靜觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。單片機(jī)可以通過傳感器判斷觸點(diǎn)的吸合情況并控制續(xù)流回路, 及時(shí)提供合適的吸持電壓。一旦發(fā)現(xiàn)電源電壓小于釋放電壓, 單片機(jī)立刻選擇合適的相位, 停止向線包供電, 觸點(diǎn)在彈簧的作用下復(fù)位。顯然在啟動(dòng)過程中, 相電流會(huì)激增甚至超過設(shè)定值, 電流激增的程度和激增持續(xù)的時(shí)間與電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)荷有關(guān)。這可以根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)要求, 增加相關(guān)程序, 就可以很好地區(qū)分不同的負(fù)荷情況甚至短路而自動(dòng)選擇相應(yīng)的啟動(dòng)保護(hù)時(shí)間, 使電動(dòng)機(jī)可以帶載啟動(dòng)。

　　3 單片機(jī)的選用和基本硬件的設(shè)計(jì)

　　為了安裝與使用的方便,輸入電壓可以設(shè)計(jì)成自適應(yīng)型的。傳感器是在磁環(huán)或矽鋼片上繞一個(gè)繞組并通過整流裝置送入單片機(jī)。單片機(jī)通過傳感器取樣比較后,最終輸出的是一個(gè)電平信號(hào)或某一頻率的脈寬信號(hào), 用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而強(qiáng)電強(qiáng)磁的干擾往往使之產(chǎn)生誤動(dòng)作。為此,需要采取多項(xiàng)措施抗干擾,除了屏蔽、光電隔離等傳統(tǒng)措施以外,還可以通過帶通濾波和采樣算法來抑制干擾。單片機(jī)分別選用美國(guó)Motorola 公司的M68HC 系列和Microchip 公司的PIC 系列單片機(jī)。Motorola 公司的單片機(jī)在汽車上的應(yīng)用非常普遍,有很強(qiáng)的抗干擾性能,而Microchip公司的PIC系列單片機(jī)由于內(nèi)部有A/D,其外圍電路就相對(duì)簡(jiǎn)單了。由于這些單片機(jī)的內(nèi)部資源比較豐富,采用分時(shí)動(dòng)態(tài)掃描模式進(jìn)行顯示,其外部元件非常少,不但降低了成本,而且使可靠性大大提高。

　　4 單片機(jī)主程序框圖

　　交流接觸器智能化程度的高低,主要取決于控制方案的選取和軟件的編制(見圖1)。

　　程序在執(zhí)行時(shí), 首先要對(duì)電網(wǎng)電壓取樣,若電網(wǎng)電壓的不平衡度大于3 0 % , 程序拒絕繼續(xù)執(zhí)行, 并用發(fā)光二極管對(duì)此項(xiàng)進(jìn)行顯示。此項(xiàng)檢測(cè)通過以后, 單片機(jī)根據(jù)相位同步信號(hào)和上次吸合、分?jǐn)噙^零觸點(diǎn)的記錄, 選擇下一個(gè)觸點(diǎn)作為目標(biāo)觸點(diǎn), 同時(shí)根據(jù)采樣電壓的數(shù)值, 選擇合適的吸合相角, 進(jìn)入控制待機(jī)狀態(tài)。吸合命令一到, 單片機(jī)立刻執(zhí)行吸合子程序。吸合結(jié)束, 單片機(jī)便使主控器件截止, 系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入吸持階段, 線包以低電壓、小電流維持勵(lì)磁吸合狀態(tài)。

　　5 實(shí)驗(yàn)研究

　　[$page]　　可行性實(shí)驗(yàn)是在開發(fā)裝置上進(jìn)行的。考慮到系統(tǒng)的抗干擾能力和操作方便, 選擇擦寫方便的8 9 C 5 2 單片機(jī), 和蘇州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的JZ7 型號(hào)中間繼電器(380V,5A)組合,進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn), 基本情況如下。

　　5.1 吸合及分?jǐn)噙^程

　　接觸器繞組的工作電壓為3 8 0 V , 在交流220V 的條件下無法完成吸合。和智能裝置進(jìn)行組合, 大量的實(shí)驗(yàn)告訴我們, 對(duì)于同一類型的接觸器和斷路器, 它們彈簧彈力和動(dòng)點(diǎn)質(zhì)量基本相同, 因而具有相同的慣性。電網(wǎng)電壓的波動(dòng)使磁力克服慣性移動(dòng)相同距離的時(shí)間是不同的, 因而導(dǎo)通相角和導(dǎo)通時(shí)間也應(yīng)該不同。把不同型號(hào)的接觸器和斷路器在不同電壓下的最佳吸合相角和吸合時(shí)間制成表格, 單片機(jī)以查表的方式進(jìn)行控制, 可以使接觸器工作在最佳狀態(tài)下。

　　分?jǐn)噙^程有相似的結(jié)論。這里單片機(jī)要做兩項(xiàng)工作: 更換取樣觸點(diǎn)和確定分?jǐn)鄷r(shí)刻。后一項(xiàng)工作也是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上查表完成的。目前正在利用新的傳感技術(shù)和過程取樣技術(shù), 完善過零分?jǐn)嗟拈]環(huán)控制, 通過自學(xué)習(xí)功能自動(dòng)更新表格中的相關(guān)數(shù)據(jù), 提高模塊的智能化程度。

　　5.2 吸持過程

　　啟動(dòng)過程結(jié)束以后, 線包就在低電壓、小電流狀態(tài)下工作。單片機(jī)在維持這種狀態(tài)的同時(shí), 對(duì)吸合電壓及電網(wǎng)不平衡度進(jìn)行監(jiān)視, 一旦有短路、斷相、電網(wǎng)電壓不平衡度超過30% 或者電網(wǎng)電壓低于1 6 0 V 及啟動(dòng)運(yùn)行電流超過設(shè)定值, 控制回路立刻按過零要求進(jìn)入分?jǐn)嘧映绦蜻M(jìn)行失電分?jǐn)? 從而保護(hù)設(shè)備的安全。

　　5.3 通信聯(lián)網(wǎng)

　　通過單片機(jī)的串行口與微機(jī)R S 2 3 2 相聯(lián), 從微機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)修改單片機(jī)的控制參數(shù), 同時(shí)將單 片機(jī)的各路電流采集值讀回微機(jī)顯示。這樣聯(lián)網(wǎng)后可對(duì)各被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控, 易于操作。

　　6 結(jié)語

　　選擇不同的單片機(jī), 可以組成具有較強(qiáng)抗干擾能力