智能型双电源自动切换控制器的设计

《工业控制计算机／２００９年２２卷第８期

智能型双电源自动切换控制器的设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＤｕａｌ——ｓｏｕｒｃｅｓＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｆｅｒＳｗｉｔｃｈｅｓＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

王

飞

吴

茂（佛山科学技术学院，广东佛山５２８０００）

摘要

提出一种以单片机ＰＩＣ２４ＦＪ９６为核心、以断路器为控制对象的双电源自动切换控制器的设计方案，并给出了硬件设计和软件设计。试验结果证明该设计方案性能稳定、质量可靠，可满足实际要求。

关键词：ＰＩＣ２４ＦＪ９６，自动切换装置，控制器

Ａｂｓｔｒａｃｔ

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ＰＩＣＭＣＵＰＩＣ２４ＦＪ９６．ａｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅ

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ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｄｕａｌ—ｓｏｕｒｃｅｓａｕｔｏｍａｔｉｃ

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ｒｅｌｉａｂｌｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，

Ｋｅｙｗｒｏｄｓ：ＰＩＣ２４ＦＪ９６．ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｎｓｆｅｒｓｗｉｔｃｈ．ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

本论文设计了一套基于ＰＩＣ２４ＦＪ９６单片机能在两路电源之间进行可靠切换，不会出现误操作而引起事故的智能化双电源自动切换控制器，可实现当一路电源发生故障时，自动完成常用与备用电源问切换，而无需人工操作，以保证重要用户供电的

可靠性。

１

基本功能

目前投入使用的双电源自动切换装置，具有自投自复、自投不自复和电网发电机三种切换功能，其原理是对两路供电电源的三相电压值进行实时检测，当任一相发生过压、欠压、缺相时，能自动从异常电源切换到正常电源，其主要功能和特点如下：

１）显示功能：可以实时显示两路三相相电压值、转换开关的状态量（合闸、分闸、脱扣）等。采用ＬＣＤ液晶中文显示、操作方便。

２）判断与控制：控制器对两路电源的电压进行延时判断后，

可对两路电源自动进行切换，自动切换时间０．５～６０ｓ可调。

３）通讯功能：控制器采用ＲＳ４８５总线串行通讯方式，应用

田１硬件系统框图

款具有丰富的外设功能集和增强的计算性能的１６位ＲＩＳＣ单片机，工作性能高达１６ＭＩＰＳ，可实现４倍ＰＬＬ倍频，有１７位ｘ１７位单周期硬件小数／整数乘法器和３２位／１６位硬件除法器。它支持多种寻址模式并为高级语言（如Ｃ语言）而优化的指令集，是双电源自动切换控制器的核心，它完成各种控制功能，包括三相电压采样、数据处理、报警输出、电机驱动、与上位机通信、液晶显示及按键等功能。２．２电压检测电路

传统的电压检测方法是采用电压互感器或者线性光隔器，采用电压互感器进行电压检测的缺点是互感器体积偏大，而很多时候设计的产品要求控制器的体积小巧，从而安装使用方便，而采用线性光隔器的缺点是电压检测精度不高。本系统采用电流互感器与电阻串联的方法对电压进行检测，既大大减小了控制器的体积，也可以保证电压检测的高精度。其原理图如图２。

Ｍｏｄｂｕｓ通信协议，可以实现上位机对下位机监控，实现双电源切换的“遥信、遥测、遥控、遥调”四遥功能。

４）参数设定：控制器的所有参数可在外部自由设定，设定时采用密码进入方式，不同的权限具有不同的密码，也可以通过上

位机对参数进行设定。

５）保护功能：断相、断路保护；失压、过欠压保护，保护精度高。两台断路器之间具有高可靠性的机械连锁装置和电气连锁保护，彻底杜绝了两个断路器同时合闸。控制器带有消防控制接口，当消防控制中心给一控制信号进入智能控制器，即能使薅台断路器都进人分闸状态。

２硬件设计

双电源自动切换控制器主要由电源、单片机ＰＩＣ２４ＦＪ９６、三相交流电压检测电路、断路器状态检测电路、ＲＳ４８５通信模块、电机驱动，报警器及按键和液晶显示等几部分构成的。硬传系统

框图如图１。

图２电压检测电路

电流互感器采用耀华电子生产的１：１的电流互感器Ｔｖｌ６，由于电流互感器的原边和副边变比相等，所以副边电压等于原边电压，通过选择合适的电阻Ｒ１，使电流互感器副边输出电压峰值不超过最大允许的采样电压，互感器副边电压经过整流桥后变成单相全波，单片机的Ａ／Ｄ转换器可对全波进行采样分析。２．３电源相序检测电路

三相主电源和备用电源相序检测采用峰值检测法，Ａ、Ｂ、Ｃ三相电压的相位相差１２００。检测的方法是当检测到Ａ相的最大

工作原理：控制器对两路电压同时进行检测，对高于设定值（可调）的电源电压判为过电压，对低于设定值（可调）的判为欠电压。单片机控制电路对上述检测结果进行逻辑判断，处理后通过一定时间的延时（可调），输出相应的指令向电机驱动机构发出分闸或合闸指令。２．１单片机选型

单片机选用ＰＩＣ２４ＦＪ９６，它是由Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司设计的一

智能型双电源自动切换控制器的设计

值是开始计时。当检测到Ｂ相的最大值时停止计时，Ａ、Ｂ两相

峰值之间的时间间隔就可以得到，设为△ｔ，根据△ｔ可以求出Ａ、Ｂ两相的相位差由。其计算公式为：

能。软件的系统框图如图４。

功能子程序包括Ａ／Ｄ转化，算法子程序、驱动电机转动程序、通信子程序等。双

‘ｂ＝３６０＇ｘ竽

如果超出这个范围，则判定为相序错误。２．４串行通讯硬件电路

（１）

电源自动切换控制器过电压和欠电压判断软件是设计中较重要的部分，它通过对三

如果计算出来的相位差１１００≤咖≤１３００，可认为相序正常，

相电压Ａ／Ｄ转换后采样的数据进行有效值的计算、分析、比较、判断后，转入相应的

控制器与上位机采用ＲＳ４８５总线通信，采用主从式结构，一台主机可以控制多达２５０台下位机，从机不主动发送命令或

数据，一切都由主机控制。因此在一个通讯系统中，只用一台上位机作为主机，其它各台从机之间不能通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。具体电路由通用串行接口ＵＡＲＴ的数据接

子处理程序。如果检测到的电压值小于设定值的欠压值或大于设定的过压值时，控制器将会发出报警信号，但是不会立刻切

换。如果过压或欠压连续一段时间都超出设定值时，将会自动进行切换。

图４软件系统框图

与上位机之间通信采用Ｍｏｄｂｕｓ通信

协议，Ｍｏｄｂｕｓ通信协议是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通信协议之一。当上位机发送通信命令至控制器时，符合相应地址码的从机接收通信命令，并根据功能码及相关要求读取信息。如果ＣＲＣ校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及ＣＲＣ校验码。如果ＣＲＣ校验出错，就不返回任何信息。

４结束语

用单片机实现的双电源自动切换，具有控制灵活、智能化程

收线和数据发送线（ＲＸＤ、ＴＸＤ）及选定的发送允许控制线经ＲＳ４８５驱动器ＭＡＸ４８５完成。通信硬件电路如图３。

图３串行通讯硬件电路

通过ＲＳ４８５总线可以向上位机提供电源状态信息和自动

度高的特点。由于控制器采取了光耦隔离、屏蔽、看门狗及单片机二级稳压等一系列软硬件抗干扰措施。使得控制器具有很好

的抗干扰能力。经试验，本方案设计的智能型双电源自动切换控

转换开关运行状态信息，并可通过上位机实现自动转换开关工作，或修改自动转换开关运行参数，实现“遥信、遥测、遥控、遥

调”四遥功能。２．５抗干扰设计

制器性能稳定，工作可靠，可用于医院、商场、银行、高层建筑和

消防等不允许停电的重要场所。

由于电机在分合闸的过程中对控制器的干扰非常大，为了提高控制器抗干扰能力，从两路断路器辅助触点引人的断路器状态

信号经光耦隔离接入单片机并行接口。由并行接口发出的断路器分合闸控制命令亦经光耦隔离及驱动电路接入断路器的电动操

参考文献

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［４］于庆广，官荷林．李建勋智能无触点开关及双回路电源自动投切装

作机构。同时由于ＰＩＣ２４ＦＪ９６单片机内部采用二级稳压，可以大大的减小由电源产生的干扰，保证单片机的正常工作。

３软件设计

软件采用模块化结构化的Ｃ语言程序设计方案，Ｃ语言具

有生成代码质量高，程序执行效率高。可移植性好等优点。软件

置［Ｊ］．电工技术杂志，２００４（５）：７２２７３，８２

［收稿日期：２００９．２．１５】

…，■删，㈣】●ｏｌ

（上接第９８页）

部分包括电压采样、触点检测、数据处理、报警输出及通信等功

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３结束语

经过信号系统的ＰＬＣ改造，一方面，简化了电路，减少了故

停点信号Ｘ００输入到Ｘ００端口，驱动Ｍ”，取Ｍ１１的常闭触点串人别的信号的通路之中，在任何情况之下，按下ＸＳＢｌ。Ｍ１１的常闭触点开路，断开所有信号的输出，通过信号闭锁，终止绞车的运行；通过Ｍ２１，驱动Ｙ００，点亮停止指示灯，；通过

Ｙ０７，驱动电铃发出报警信号。

障率和检修的劳动强度，另一方面，信号的形式变得规范，统一和标准．提高了信号的质量，使得信号易于辨认，且不容易打错

点。在投入生产后，已经取得了良好的社会效益和经济效益。

井筒信号引自井筒按钮常开点，在操纵台输入到Ｘ０５，经过Ｍ９０，驱动Ｙ１１，指示信号是来自井筒内工作面。Ｍ９０又驱动计数器Ｃ２０和计时器Ｔ９０，如果经过１ｓ没有信号输入，则把计数

器Ｃ２０的结果读人Ｍ９１中，进行比较后，把结果经Ｙ１２输出，

参考文献

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［２］范永胜．王岷．电气控制与ＰＬＣ应用［Ｍ］．北京：中国电力出版社，

２００７（２）：１１—１７

点亮对应信号的指示灯，并经电铃发出对应的声响，告诉信号员信号的到来。信号员按任何操作台按钮后，即把Ｃ２０复位，为下

一次计数作准备。

［３］洪春生，徐木心．可程式控制器（ＰＬＣ）与有感机械手之整合应用［ＥＢ／

ＯＬ］，ｈｔｔｐ：／／ｌｉｂｒａｒｙｋｓｖｓ．ｋｈ．ｅｄｕ．ｔｗ／ｋｓｖｓ％２０ｐａｐｅｒ／５／ｆｉｌｅ／１４．ｐｄｆ．

２００７－１－２３

通过Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４的并联电路，把２点、３点、４点信号经过Ｙ０６输出，作为绞车的闭锁信号，用于绞车的信号闭锁回路。

［４］三菱电机自动化有限公司．ＦＸｌＳ、ＦＸｌＮ、Ｆ×２Ｎ、Ｆ）（２ＮＣ编程手册［Ｋ］．

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉｅＩｅｃｌｉｃ—ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ｃｎ

［收稿日期：２００９．５２６］

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xglj.html