趙忠英 施洋 王元慧
【摘 要】隨著我國經(jīng)濟建設的進步和發(fā)展,控制與保護開關順應控制系統(tǒng)、配電網(wǎng)絡等的要求而產(chǎn)生,由于控制與保護開關具有傳統(tǒng)電器組合所不具備的可靠性高、功能全等眾多優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。但是由于現(xiàn)在開發(fā)出來的控制與保護開關成本太高,操作不便等缺點。本文結合降低成本以及實現(xiàn)檢測大量程電流等目的, CPS控制與保護開關進行了設計。
【關鍵詞】觸頭系統(tǒng);現(xiàn)狀;性能設計
隨著社會的發(fā)展,人們的生活以及各行各業(yè)的發(fā)展都已經(jīng)離不開電,電的作用體現(xiàn)在我們周圍的各個角落,各種各樣的電器也伴隨著人們的需求而產(chǎn)生和發(fā)展。CPS控制與保護開關也在人們提出各種需求的情況下產(chǎn)生和發(fā)展著。CPS控制與保護開關的發(fā)展將對我國的各行各業(yè)的發(fā)展起到至關重要的作用,所以,對CPS控制與保護開關的設計和研究是十分有意義和價值的。
1.CPS控制與保護開關的現(xiàn)狀及研究意義
1.1 CPS控制與保護開關的現(xiàn)狀
隨著社會的發(fā)展,人們對電器的需求也越來越多,90年代以來,電動機控制以及低壓配電兩個系統(tǒng)也已經(jīng)發(fā)展到保護、智能化監(jiān)控以及信息網(wǎng)絡系統(tǒng)?,F(xiàn)在,第二代以智能、環(huán)保、節(jié)能為主題的控制與保護開關已投入使用。伴隨著不斷變化的社會需求,我國也在原有的CPS控制與保護開關產(chǎn)品的基礎上開展技術創(chuàng)新,開發(fā)更適合社會需求的新產(chǎn)品,使得我國CPS控制與保護開關的水平進一步提高,使國內(nèi)的CPS控制與保護開關在國際競爭中更占優(yōu)勢。
現(xiàn)有CPS控制與保護開關主要包含動力模塊、保護與控制單元、擴展功能模塊、輔助觸頭及附件等模塊。各種各樣的CPS控制與保護開關在國內(nèi)及國外市場上出現(xiàn)。各種CPS控制與保護開關的功能基本一致。
1.2 CPS控制與保護開關設計研究的意義
隨著科技的迅猛發(fā)展,在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了大量的自動化的電器,這些電器的運行情況將嚴重影響到工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和進度,所以,對CPS控制與保護開關有了越來越多的需求。CPS控制與保護開關的工作和運行情況依靠現(xiàn)場總線就可以進行實時的遠程監(jiān)控,達到保護和控制負載的效果。CPS控制與保護開關可以依靠顯示器和鍵盤,在現(xiàn)場進行參數(shù)修改。CPS控制與保護開關已經(jīng)按照高性能、安裝及調(diào)試方便、系統(tǒng)設計簡化、節(jié)省材料、節(jié)省能源、模塊化、集成化、小型化等越來越高的要求發(fā)展和進步著,所以CPS控制與保護開關的設計和研究的意義是巨大的。
2.觸頭系統(tǒng)
2.1電接觸基本原理
金屬在空氣中不免要氧化或硫化,在表面生成一層很薄的氧化膜或硫化膜,而后者的電阻率比金屬本體的電阻率要大得多,這也使得觸頭接觸處的電阻增大。這樣,在觸頭接觸處就形成了所謂的接觸電阻,它會使觸頭的損耗增大,溫升升高,因此接觸電阻是有害的,然而又是不可避免的。根據(jù)實驗研究,觸頭間的接觸電阻為:Rj=K/(9.8F)a式中:F 為觸頭間的接觸壓力(N);a 為與接觸形式有關的指數(shù),點接觸時a=0.5、面接觸時a=1、線接觸時a=0.7;K為與材料的物理性質(zhì)以及接觸表面狀況有關的系數(shù)(Ω·kg)。
2.2控制系統(tǒng)的硬件選型
2.2.1 MCU選型
單片機的主要功能體現(xiàn)在將RAM、CPU、ROM、I/O等零件全部聚集在一個集成電路上形成的微型的計算機。隨著單片機的快速發(fā)展,類型也越來越多,并且各種類型的單片機都有其獨特的優(yōu)點,各種單片機不同特點的相互補充,進而擴大應用范圍。結合CPS控制與保護開關的功能要求以及各種單片機的不同特點,8位單片機比較符合要求,所以本文的設計過程中選擇了STC12C5A48S235型號的單片機。
2.2.2傳感器的選型
由于CPS控制與保護開關的主要作用是在遇到不正常的情況下通過切斷主回路來保護馬達的。由于大電流交變電流的測量過程中,危險性很高,這就要求互感器發(fā)揮其電流轉(zhuǎn)換作用,首先把大電流轉(zhuǎn)化為比較小的電流以起到保護作用。結合CPS控制與保護開關的需求以及各種型號的互感器的功能特點,本次設計中選擇LMZJ1-0.5型號的互感器。
2.3控制系統(tǒng)的硬件的電路模塊
控制系統(tǒng)的硬件電路包括七大模塊,分別是電源模塊、鍵盤模塊、MCU模塊、顯示模塊、通信模塊、程序放大及數(shù)據(jù)處理模塊。
2.3.1通信模塊
傳統(tǒng)的RS232通信的傳輸距離只有15米,還存在只能支持點對點的傳輸,這是遠遠不能滿足CPS控制與保護開關對傳輸距離以及總線式傳輸?shù)囊蟮模员敬卧O計中并沒有采用RS232通信,而是選用了傳輸距離高達1200米并且支持總線式通訊的RS485通信,因為它不僅可以滿足CPS控制與保護開關對傳輸距離的要求,還支持總線式通訊,并且還具有很多RS232不具備的優(yōu)點。
2.3.2電源模塊
CPS控制與保護開關要求在電源模塊運用單相的全波橋形式的整流電路。電路中運用了四個相互連接成橋的二極管??紤]電源模塊的重要性,本次設計中電源模塊選擇了LM7805型號的三端穩(wěn)壓電路。這是綜合考慮了電源模塊的各種需求以及LM7805的各種特性和優(yōu)點做出的慎重選擇。
2.3.3數(shù)據(jù)處理模塊
由于需要對電壓放大的倍數(shù)進行調(diào)解,并且需要把大小和方向都在變化的交流電變?yōu)橹绷麟?,此外,還需要濾除輸出的整流電路中的交流成分。因此,CPS控制與保護開關對數(shù)據(jù)處理模塊也提出了相對較多的要求。
2.3.4程控放大模塊
為了滿足操作方便及節(jié)約成本等需求,CPS控制與保護開關采用了程控放大器來避免和解決電流較小時出現(xiàn)的精確度不夠的問題,進而達到大量程電流的測量只靠一個大電流比的互感器來實現(xiàn)的目標。
3.CPS控制與保護開關的下位機的程序設計
由于C語言具有語句精煉、移植性好等許多優(yōu)點,所以在工業(yè)控制中得到廣泛應用。但是優(yōu)點眾多的C語言也有其自身的缺陷,就是它是不能直接對計算機的接口地址及硬件資源進行訪問的,因此,訪問速度也遠不及匯編語言。但是匯編語言的很多特性例如移植性等都是遠不及C語言的。綜合各語言特性的重要程度,本次設計選擇C語言來作為下位機的編程語言。
4.總結
隨著社會的發(fā)展,CPS控制與保護開關在各行各業(yè)的應用也越來越廣泛,這就對CPS控制與保護開關的功能和性能有了越來越高的要求,CPS控制與保護開關也順應了市場的需求按照高性能、安裝及調(diào)試方便、系統(tǒng)設計簡化、節(jié)省材料、節(jié)省能源、模塊化、集成化、小型化等特點發(fā)展和改進著。伴隨著CPS控制與保護開關的性能越來越優(yōu),它在生產(chǎn)生活中的作用也會越來越明顯,對CPS控制與保護開關的設計和研究的需求也將越來越迫切。 [科]
【參考文獻】
[1]徐偉,王佳佳,謝啟等.控制與保護開關電器測量功能檢測系統(tǒng)[J].儀表技術與傳感器,2013,(9):61-64.
[2]王平,高龍琴.全程電流測試的控制與保護開關設計[J].機械工程與自動化,2013,(4):157-160.
[3]戴梅,謝啟,徐偉等.控制與保護開關電器電源模塊參數(shù)檢測系統(tǒng)[J].測控技術,2011,30(6):107-110.