遠(yuǎn)程通信功能接觸器的研究

　　1 概述

　　直流接觸器是一種用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)嘀绷髦麟娐泛痛笕萘靠刂齐娐返碾娖�，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、船舶、地鐵、化工、電力牽引等部門的直流電路中。其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制其它電力負(fù)載如電熱器、照明燈、電焊機(jī)、電容器組等，是一種應(yīng)用十分廣泛的電器設(shè)備。傳統(tǒng)的直流接觸器在應(yīng)用中的主要問題是：分?jǐn)嘀绷麟娏鲿r(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，滅弧比較困難，臨界電流難分?jǐn)�。這些都大大地降低了接觸器的電壽命，產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的電磁干擾，降低了電器設(shè)備的安全性和可靠性。由于不得不采用各種滅弧措施，因而造成耗材、耗銀，體積龐大，傳統(tǒng)的直流接觸器已不能滿足國民經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的需要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子開關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，我們?cè)O(shè)計(jì)出了智能直流接觸器，它既實(shí)現(xiàn)了直流電路的無弧分?jǐn)啵�而且大幅度�?jié)材、節(jié)能，具有很高的性價(jià)比。

　　2 智能直流接觸器的原理

　　智能直流接觸器是在傳統(tǒng)直流接觸器的基礎(chǔ)上，將可控電力電子器件與直流接觸器的觸頭進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，從而實(shí)現(xiàn)無弧通斷。其原理框圖如圖1所示。圖中，S1，S2為開關(guān)，I管和M管為可控電力電子器件。

在接通負(fù)載時(shí)，通過單片機(jī)先控制M管導(dǎo)通，線圈得電，然后控制I管導(dǎo)通接通負(fù)載電路，之后接觸器觸頭閉合，此后I管退出運(yùn)行，整個(gè)配合實(shí)現(xiàn)接觸器無弧接通，在斷開負(fù)載電路時(shí)，也由單片機(jī)先控制M管斷開，線圈失電，然后控制I管導(dǎo)通，電流在瞬間轉(zhuǎn)移到I管中，之后接觸器觸頭實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)�。在�?shí)現(xiàn)直流接觸器無弧分?jǐn)嗟幕�礎(chǔ)上，我們對(duì)接觸器本體進(jìn)行了一系列的結(jié)構(gòu)改革，從而使該智能直流接觸器大幅度節(jié)材、節(jié)能。已有論文對(duì)此進(jìn)行專門闡述，此處不再贅述。

　　3 遠(yuǎn)程通信功能的實(shí)現(xiàn)

　　隨著科技的發(fā)展與生產(chǎn)水平的提高，帶有通信功能的電器產(chǎn)品已經(jīng)成為國內(nèi)外電器廠家研究與開發(fā)的重點(diǎn)。本文將微處理器和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)應(yīng)用于智能直流接觸器，使之實(shí)現(xiàn)與控制計(jì)算機(jī)之間的雙向通信。

[$page]　　 3.1 通信功能簡(jiǎn)介通信的目的在于數(shù)據(jù)的交換，因?yàn)閿?shù)據(jù)只有經(jīng)過交換才能從傳送的一端到達(dá)另一個(gè)設(shè)備。傳送端所使用的方法就是把數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的程序與線路傳送出去，接收端則根據(jù)協(xié)議好的方式將數(shù)據(jù)收集起來保存或顯示在畫面上。常用的通信形式有并行傳輸式和串行傳輸式兩種。串行傳輸式通信又分為異步通信和同步通信兩種方式，在單片機(jī)中主要使用異步通信方式。目前，在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串行通信來交換數(shù)據(jù)和信息。常用的串行通信接口電氣標(biāo)準(zhǔn)為RS—232標(biāo)準(zhǔn)，它在使用中存在著抗干擾能力差、傳輸距離短、傳送速率低等缺點(diǎn)，因而本文采用抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離長的RS—485標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.2 硬件實(shí)現(xiàn)本文使用異步串行通信方式，實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)(單片機(jī))與主控計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程雙向通信功能，即：主控計(jì)算機(jī)可以顯示智能直流接觸器的工作狀態(tài)信息，該信息包括智能直流接觸器目前所處接通或斷開的狀態(tài)、電源電壓等。主控計(jì)算機(jī)還可以遠(yuǎn)程控制接觸器的接通和分?jǐn)�。圖2為下位機(jī)與PC機(jī)之間通信的硬件原理示意圖。圖中，MAX1487為RS485總線接口電平轉(zhuǎn)換芯片，它與單片機(jī)芯片的供電電源相互獨(dú)立。智能直流接觸器采用單端反激式功率變換器對(duì)其控制電路供電，反激式功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單高效，適合多路輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。圖3是反激式功率變換器的電路原理圖，T為變壓器，該變壓器起著直流隔離、能量存儲(chǔ)和電壓轉(zhuǎn)換的功能。在原設(shè)計(jì)中，該變壓器有兩路獨(dú)立的輸出：一路對(duì)單片機(jī)芯片供電，一路對(duì)功率器件供電。在對(duì)智能直流接觸器增設(shè)通信功能時(shí)，出于安全性的考慮，采用獨(dú)立的電源對(duì)MAX1487芯片供電，因此對(duì)原反激變換器進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷�，重新設(shè)計(jì)變壓器的技術(shù)參數(shù)，在原兩路輸出的基礎(chǔ)上增設(shè)一路獨(dú)立輸出。

　　3.3 軟件實(shí)現(xiàn)圖4為下位機(jī)的程序框圖，其中單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送信息采用查詢方式，單片機(jī)接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)采用中斷方式。

　　3.4 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果圖5為上下位機(jī)實(shí)時(shí)通信時(shí)的上位機(jī)運(yùn)行界面。從該界面我們可以直觀的得知遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)接觸器的工作電壓和工作狀態(tài)。從圖5可以看出，此時(shí)接觸器的工作電壓為190V，接觸器處于吸合狀態(tài)。

　　4 結(jié)語

　　本文在智能直流接觸器的基礎(chǔ)上，成功研制出了具有通信功能的智能直流接觸器。它是把微處理器和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與電器技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能直流接觸器與遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)之間的雙向通信，具有現(xiàn)場(chǎng)控制與遠(yuǎn)程控制的功能，為智能電器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。