具有远程通信功能的智能直流接触器的研究

关键词：智能直流接触器；远程通信；现场控制；远程控制

中图分类号：TM572.1    文献标识码：B

Research on the Intelligent DC Contactor with Remote Communication

CHEN Li-hui,ZHANG Pei-ming

(College of Electrical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350002，China)

Abstract：The article introduces the operating principle of intelligent DC contactor with remote communication ，also introduces it’s constitution of software and hardware，which has two function—field control and remote control.It’s flexible and convenient．The application perspective is very large．

Key words：intelligent dc contactor；remote communication; field control;remote control

1  概述

直流接触器是一种用于远距离频繁地接通和分断直流主电路和大容量控制电路的电器，广泛应用于矿山、冶金、船舶、地铁、化工、电力牵引等部门的直流电路中。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载如电热器、照明灯、电焊机、电容器组等，是一种应用十分广泛的电器设备。

传统的直流接触器在应用中的主要问题是：分断直流电流时产生强烈电弧，灭弧比较困难，临界电流难分断。这些都大大地降低了接触器的电寿命，产生了比较严重的电磁干扰，降低了电器设备的安全性和可靠性。由于不得不采用各种灭弧措施，因而造成耗材、耗银，体积庞大，传统的直流接触器已不能满足国民经济日益发展的需要。随着计算机技术、电力电子开关技术的迅速发展，我们设计出了智能直流接触器，它既实现了直流电路的无弧分断，而且大幅度节材、节能，具有很高的性价比。

2  智能直流接触器的原理

智能直流接触器是在传统直流接触器的基础上，将可控电力电子器件与直流接触器的触头进行适当的组合，从而实现无弧通断。其原理框图如图1所示。图中，S1，S2为开关，I管和M管为可控电力电子器件。

图1  智能直流接触器基本原理框图

在接通负载时，通过单片机先控制M管导通，线圈得电，然后控制I管导通接通负载电路，之后接触器触头闭合，此后I管退出运行，整个配合实现接触器无弧接通，在断开负载电路时，也由单片机先控制M管断开，线圈失电，然后控制I管导通，电流在瞬间转移到I管中，之后接触器触头实现无弧分断。

在实现直流接触器无弧分断的基础上，我们对接触器本体进行了一系列的结构改革，从而使该智能直流接触器大幅度节材、节能。已有论文对此进行专门阐述，此处不再赘述。

3  远程通信功能的实现

随着科技的发展与生产水平的提高，带有通信功能的电器产品已经成为国内外电器厂家研究与开发的重点。本文将微处理器和计算机通信技术应用于智能直流接触器，使之实现与控制计算机之间的双向通信。

3.1  通信功能简介

通信的目的在于数据的交换，因为数据只有经过交换才能从传送的一端到达另一个设备。传送端所使用的方法就是把数据经过一定的程序与线路传送出去，接收端则根据协议好的方式将数据收集起来保存或显示在画面上。常用的通信形式有并行传输式和串行传输式两种。串行传输式通信又分为异步通信和同步通信两种方式，在单片机中主要使用异步通信方式。

目前，在数据通信、计算机网络以及分布式控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。常用的串行通信接口电气标准为RS—232标准，它在使用中存在着抗干扰能力差、传输距离短、传送速率低等缺点，因而本文采用抗干扰能力强、传输距离长的RS—485标准。

3.2  硬件实现

本文使用异步串行通信方式，实现了下位机(单片机)与主控计算机之间的远程双向通信功能，即：主控计算机可以显示智能直流接触器的工作状态信息，该信息包括智能直流接触器目前所处接通或断开的状态、电源电压等。主控计算机还可以远程控制接触器的接通和分断。

图2为下位机与PC机之间通信的硬件原理示意图。图中，MAX1487为RS485总线接口电平转换芯片，它与单片机芯片的供电电源相互独立。智能直流接触器采用单端反激式功率变换器对其控制电路供电，反激式功率变换器的拓扑结构简单高效，适合多路输出的应用场合。图3是反激式功率变换器的电路原理图，T为变压器，该变压器起着直流隔离、能量存储和电压转换的功能。在原设计中，该变压器有两路独立的输出：一路对单片机芯片供电，一路对功率器件供电。在对智能直流接触器增设通信功能时，出于安全性的考虑，采用独立的电源对MAX1487芯片供电，因此对原反激变换器进行了适当的修改，重新设计变压器的技术参数，在原两路输出的基础上增设一路独立输出。

图2  通信硬件原理示意图

图3  反激电路原理图

3.3  软件实现

图4为下位机的程序框图，其中单片机向PC机发送信息采用查询方式，单片机接收上位机的数据采用中断方式。

图4  下位机程序框图

3.4  实际运行结果

图5为上下位机实时通信时的上位机运行界面。从该界面我们可以直观的得知远程现场接触器的工作电压和工作状态。从图5可以看出，此时接触器的工作电压为190V，接触器处于吸合状态。

4  结语

本文在智能直流接触器的基础上，成功研制出了具有通信功能的智能直流接触器。它是把微处理器和计算机通信技术与电器技术相结合，实现了智能直流接触器与远程控制计算机之间的双向通信，具有现场控制与远程控制的功能，为智能电器的网络系统打下了良好的基础。

图5  实际运行结果图