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【廈門莫格電氣自動化有限公司】
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摘 要： 提出了一種以PIC16F884單片機為控制單元，以兩臺塑殼斷路器雙電源開關(guān)為控制對象的智能控制器的設(shè)計方330106-05-30-10-02-00案。介紹了控制器的工作原理和工作模式，并給出了硬件方案和軟件設(shè)計思想以及抗干擾的方法。
隨著科技的進步和社會的發(fā)展，人們的生活水平不斷地提高，各行業(yè)對供電的可靠性、安全性、連續(xù)性提出了越來越高的要求，很多場合需要采用兩路電源來保證供電的可靠性和連續(xù)性。例如商場、銀行、醫(yī)院、通信部門、*門以及國防軍事等部門都要求能連續(xù)不間斷地安全供電。而智能型雙電源開關(guān)控制器能夠很好地解決上述問題，為可靠、連續(xù)地供電提供強有力的保證。目前在很多企業(yè)和領(lǐng)域都使用了智能型雙電源開關(guān)控制器，它有著廣闊的市場前景和應(yīng)用價值。本文介紹的智能型雙電源開關(guān)控制器主要由控制單元(PIC16F884單片機)和執(zhí)行機構(gòu)(兩臺三極或四極塑殼斷路器)組成?？刂茊卧饕?fù)責(zé)各種信號的辨識檢測、運算處理和控制輸出。執(zhí)行機構(gòu)則快速準(zhǔn)確地響應(yīng)控制單元的各種控制命令，從而構(gòu)成一個功能強大、工作穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)。
1 工作原理
智能型雙電源開關(guān)控制器以單片機PIC16F884為核心，對兩路供電電源(常用電源和備用電源)的電壓、頻率和相位進行實時檢測。當(dāng)其中一路電源(常用電源或備用電源)的電壓發(fā)生過壓、欠壓或是缺相時，控制器就會發(fā)出電機切換命令，使供電電源自動切換到另一路電源(備用電源或常用電源)上，以此來保障供電的連續(xù)性。控制器的工作方式主要有自動方式和手動方式兩種?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，組成模塊如圖2所示。
1.1 自動工作模式
自動工作模式可分為：自投自復(fù)、自投不自復(fù)和電網(wǎng)-發(fā)電機三種方式。其中，前兩種主要應(yīng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)供電模式，而第三種則是應(yīng)用于電網(wǎng)和發(fā)電機供電模式。
(1)自投自復(fù)模式：控制器對兩路電源進行監(jiān)控，當(dāng)兩路電源都正常工作時，則負(fù)載由常用電源供電；當(dāng)常用電源發(fā)生故障(過壓、欠壓或缺相)時，控制器發(fā)出電機切換命令使電源自動切換到備用電源，此時負(fù)載由備用電源供電；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常時，控制器再次發(fā)出電機切換命令使負(fù)載供電由備用電源返回到常用電源。
(2)自投不自復(fù)模式：其工作方式和自投自復(fù)類似，但只有當(dāng)備用電源也出現(xiàn)故障時才自動返回到常用電源，否則將一直由備用電源給負(fù)載供電。
(3)電網(wǎng)-發(fā)電機模式：當(dāng)常用電源發(fā)生故障時，控制器輸出發(fā)電機啟動命令，經(jīng)短暫延時后斷開常用電源，此時負(fù)載由發(fā)電機供電；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常時，控制器輸出發(fā)電機停機命令同時電源自動切換到常用電源上，負(fù)載返回到由常用電源供電模式。
1.2 手動模式
在手動模式下，電源不能自動切換而需要人為操作，主要有常用電源供電、備用電源供電和斷電再扣方式。
常用電源供電：強制常用斷路器閉合，備用斷路器斷開。
備用電源供電：強制備用斷路器閉合，常用斷路器斷開。
斷電再扣：同時強制斷開常用斷路器和備用斷路器或是閉合因故障而斷開的所有斷路器。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
2.1 單片機的選擇
控制器要求對交流電壓、頻率和相位進行檢測，有多路控制信號的輸入和輸出，為了節(jié)約成本和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇自帶A/D轉(zhuǎn)換器和輸入捕捉功能且有較豐富I/O的單片機。此外，控制器里的強電信號和繼電器等元件會對單片機產(chǎn)生很大的干擾，這就要求單片機能夠有較好的抗*力。綜上考慮，本設(shè)計選擇了PIC16F884單片機。它是Microchip公司目前主推的產(chǎn)品，采用精簡指令集(RISC)機構(gòu)和一次性可編程(OTP)技術(shù)使得PIC16F884單片機具有高速的穩(wěn)定性和非常強的抗*力；8 KB的閃存、256 B的EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器和*輸入捕捉，*可以滿足本控制器的設(shè)計要求。
2.2 頻率檢測
單片機對常用和備用電源進行頻率檢測，根據(jù)檢測的結(jié)果來判斷電源是否發(fā)生故障，然后進行相應(yīng)的控制操作。頻率檢測電路主要以光耦TLP521-1和施密特觸發(fā)器CD40106為主要器件構(gòu)成。頻率檢測的硬件電路如圖3所示。電網(wǎng)中的交流電經(jīng)變壓器后變換為電壓較低的交流信號U1，U1經(jīng)過光耦TLP521-1后就變成了同頻率的方波信號。為了防止光耦內(nèi)部的二極管被反向電流擊穿，在光耦外部反向接了1個二極管。為了使光耦輸出的方波信號更加規(guī)整，為單片機測量頻率做好準(zhǔn)備，在光耦的輸出級加了施密特觸發(fā)器CD40106。利用PIC16F884單片機的輸入捕捉(*)功能記錄*個上升沿的時間t1和下一個上升沿的時間t2，則信號的周期T=(t2-t1) μs。為了提高測量的精度，采用多次測量取平均值的方法來實現(xiàn)。
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