摘要：闡述了以單片機(jī)為基礎(chǔ)的交流接觸器的智能控制方案和原理。把單片機(jī)的邏輯判斷及通訊功能和交流接觸器組合，可實(shí)現(xiàn)智能化控制。其功能主要表現(xiàn)在確保交流接觸器吸合后，會(huì)自動(dòng)執(zhí)行低壓直流吸持子程序，監(jiān)測(cè)設(shè)備的過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、三相不平衡及漏電情況，在過(guò)零檢測(cè)的基礎(chǔ)上，使觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)的火花能量最小。和上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以組成簡(jiǎn)單DCS系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：交流接觸器 智能控制 設(shè)計(jì)應(yīng)用

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)诮涣鹘佑|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(kāi)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。它具有設(shè)置簡(jiǎn)單、使用可靠、節(jié)能控制、在線更改設(shè)置和顯示等功能。單片機(jī)在接到閉合或分?jǐn)嘀噶顣r(shí)，可以根據(jù)最佳分?jǐn)唷㈤]合相角輪流控制三個(gè)觸點(diǎn)進(jìn)行過(guò)零分?jǐn)嗯c閉合，減小了火花能量。利用它與中央控制計(jì)算機(jī)的雙向通訊，可以形成局域控制網(wǎng)絡(luò)和簡(jiǎn)單DCS系統(tǒng)。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160V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15V，就可以穩(wěn)定地保持吸合狀態(tài)。分?jǐn)噙^(guò)程一旦發(fā)生，必然伴隨有電弧產(chǎn)生。確定分?jǐn)噙^(guò)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(guò)零之時(shí)，而對(duì)于三相電磁電路來(lái)說(shuō)，如果分?jǐn)噙^(guò)程發(fā)生在某一相電流過(guò)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(guò)零分?jǐn)?，可以使它們有相同的使用壽命?/p>

視控制對(duì)象和要求，本方案采用繼電器或可控硅作為控制接觸器線包通斷的元件。在單片機(jī)的控制下，系統(tǒng)按設(shè)置要求運(yùn)行并顯示。整個(gè)電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，高壓自行撤除，續(xù)流電路維持吸合狀態(tài)?？傮w控制原理如圖1所示。

3 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。程序的總體框圖如圖2所示。

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30%，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(guò)以后，單片機(jī)根據(jù)相位同步信號(hào)和上次吸合、分?jǐn)噙^(guò)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)。

4 實(shí)驗(yàn)研究

可行性實(shí)驗(yàn)是在開(kāi)發(fā)裝置上進(jìn)行的?？紤]到系統(tǒng)的抗干擾能力和操作方便，選擇擦寫(xiě)方便的89C52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。

(1)吸合及分?jǐn)噙^(guò)程

接觸器繞組的工作電壓為380V，在交流220V的條件下無(wú)法完成吸合。和智能裝置進(jìn)行組合，同樣在220V的情況下，吸合一次完成。用示波器觀察，吸合指令和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間誤差最大不超過(guò)40ms，76%以上在20ms以?xún)?nèi)。在不產(chǎn)生一、二次彈跳的前提下，吸合電流為0.12A，而吸持電流僅為6mA，效果相當(dāng)理想。當(dāng)外電壓降到160V，觸點(diǎn)自動(dòng)斷開(kāi)，單片機(jī)處于采樣、待機(jī)狀態(tài)。

大量的實(shí)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于同一類(lèi)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^(guò)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(guò)程取樣技術(shù)，完善過(guò)零分?jǐn)嗟拈]環(huán)控制，通過(guò)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。

(2)吸持過(guò)程

啟動(dòng)過(guò)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(guò)30%或者電網(wǎng)電壓低于160V及啟動(dòng)運(yùn)行電流超過(guò)設(shè)定值，控制回路立刻按過(guò)零要求進(jìn)入分?jǐn)嘧映绦蜻M(jìn)行失電分?jǐn)啵瑥亩Ｗo(hù)設(shè)備的安全。

(3)通信聯(lián)網(wǎng)

通過(guò)單片機(jī)的串行口與微機(jī)RS232相聯(lián)，從微機(jī)鍵盤(pán)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。

5 結(jié) 論

選擇不同的單片機(jī)，可以組成具有較強(qiáng)抗干擾能力和運(yùn)行可靠性的產(chǎn)品，其抗干擾能力雖然不如PLC，但其較高的性能價(jià)格比，運(yùn)行效果仍然令人滿(mǎn)意。和新的傳感技術(shù)相結(jié)合，可以增加包括監(jiān)測(cè)觸點(diǎn)溫度在內(nèi)的具有學(xué)習(xí)功能的智能化產(chǎn)品，和我國(guó)大量的接觸器、斷路器相組合，將是我國(guó)低壓電器擺脫落后局面、走出低谷的有利契機(jī)，必將為提高我國(guó)低壓電器的檔次作出貢獻(xiàn)。

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