1 多功能電量控制器的結構與功能

多功能電量控制器是一種為配電系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)配套使用的智能控制器，用于監(jiān)測電路中電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，配合電動控制的低壓電器可以實現(xiàn)對電路的自動控制，根據(jù)要求可以提供各種保護功能。作為一種模塊化的產(chǎn)品，給電氣設計人員及實際應用者帶來極大的方便。

對系統(tǒng)中需要被監(jiān)控的支回路或來自供電、用電的各電氣參量進行實時監(jiān)測，自動跟蹤被監(jiān)控電路的變化，自動優(yōu)化選定供電、配電方式。提供與計算機通訊的接口，為此可以由計算機管理有關信息的輸入、輸出、指導設備工作的計算功能，使設備及應用具有較高的性能和智能。

多功能電量控制器是以單片機為核心配置輸入輸出接口電路的智能儀器，其結構如圖1所示。

系統(tǒng)采用薄膜鍵盤及LED顯示器提供人機對話功能 。用戶可以通過鍵盤對儀表的輸入、輸出、報警及控制方式進行設置。有專用參數(shù)對修改參數(shù)作有限度的限制，可以有效防止現(xiàn)場工人誤操作導致參數(shù)錯誤而造成不良后果。多功能電量控制器的功能：

1 ）測量電壓、電流并顯示對應的數(shù)值；

2 ）輸出報警信號（包括指示燈顯示和繼電器開關輸出）及控制信號；

3 ）可與計算機通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計分析、打印等功能。 多功能電量控制器的主要技術指標： 監(jiān)控電壓：交流380V（配互感器可用于交流660V），直流 220V;

監(jiān)控電流：0～630A（配互感器可用于 630A以上使用）

工作電壓：交流 220V

監(jiān)控回路：1～8

測量誤差：5%

響應時間：0.05%

圖1系統(tǒng)結構框圖

2 多功能電量控制器的硬件電路設計

2．1 輸入通道

由電流輸入通道及電壓輸入通道組成，電流通道配備電流傳感器，可以接收外部 0～630A的電流輸入，超過 630A由外部設置互感器轉換成適合輸入的電流。電壓通道配備電壓傳感器對外部輸入電壓進行轉換，超過 380V的由外部設置互感器轉換成 380V以下輸入。內部的電流、電壓傳感器將外部輸入的電流、電壓轉換成0～5V直流電壓，供 A/D轉換之用。

2．2 A/D轉換通道

A/D轉換部分電路由單片12位二進制串行分頻器CD4040和單片模數(shù)轉換器ICL7135構成。單片機 AT89C52的 ALE通過 CD4040分頻供給 ICL7135所需的時鐘。當 ICL7135進行模數(shù)轉換時，BUSY信號為高電平，轉換結束時 BUSY為低電平。將 ICL7135的 BUSY和 POL分別與單片機的INT0和 T1連接，程序將 INT0設成門控方式工作，即當INT0腳為高電平時，T1工作在計時方式來計算高電平的時間。ICL7135進行模數(shù)轉換與時間成比例關系，應用T1、ALE與系統(tǒng)時鐘頻率之間的比例關系，可以計算出要轉換的結果。

2．3 中央處理單元

由單片機 AT89C52和非易失性存儲器 AT24C04構成。

AT89C52是 8位低功耗高性能 CMOS單片機，具有 8kB內部 FLASH MEMORY存儲器，256字節(jié)內部RAM，32個I／O口。多功能電量控制器采用非易失性存儲器AT24C04，作為設定參數(shù)及有關測量數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)保存時間長（不低于 10年），在各種惡劣環(huán)境下運行，數(shù)據(jù)不會丟失。

2．4 串行通信

AT89C52能與計算機通訊使得智能電量控制器的測量數(shù)據(jù)可以由計算機保存、分析和打印。

多功能電量控制器采用異步串行通訊接口，接口電平符合 RS232C或 RS485標準規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為 1個起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗位，1個或2個停止位。

2．5 控制輸出

多功能電量控制器采用程序控制選擇繼電器開關輸出或 SSR電壓輸出。程序控制選擇SSR電壓輸出時， AT89C52的 P1.1給出高電平信號，P1.0給出低電平信號， 則 SSR驅動電路選通，給出 SSR驅動信號；當 SSR電流大于額定電流時，SSR被關斷，SSR電壓輸出控制電路主要由 OP07構成（如圖2）。該驅動電路可與不同規(guī)格的 SSR配合使用，性能穩(wěn)定可靠。

系統(tǒng)根據(jù)輸入量，以及設計的給定值進行比較，確定對輸出通道的控制，形成閉環(huán)控制。配有通訊接口電路，可以和其它計算機通訊，進行數(shù)據(jù)交換，給網(wǎng)絡化、遠程化、數(shù)字化提供方便。

圖2控制輸出原理

2．6人機對話

本控制器的輸入物理量為電流與電壓，監(jiān)控多條回路，故分別將每一回路的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進行顯示。通過按鍵可以對控制方式進行編程，根據(jù)人工設置的上下限進行聲光報警提示，并將數(shù)值閃爍顯示。

3 軟件設計

軟件設計采用模塊程序設計方法。一個模塊可被多個任務共享，有效節(jié)省程序存儲空間，也便于設計和調試。采用參數(shù)輸入容錯技術提高可靠性并且滿足精度要求，除了必要的硬件抗干擾措施外。充分利用了軟件抗干擾的優(yōu)勢，提高控制器的性價比。

3.1主程序

主程序包括初始化程序，鍵盤掃描程序及數(shù)值顯示程序，由于數(shù)值及狀態(tài)顯示采用液晶模塊，所以采用液晶顯示驅動程序。

3.2監(jiān)控及設置程序

設置程序為用戶提供參數(shù)設置所需要的人機對話環(huán)境，具有參數(shù)輸入的容錯功能，以保證正確的輸入?yún)?shù)。監(jiān)控程序調度指揮有關子程序完成相關工作，實施一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。對相關誤差進行動態(tài)校正，獲得較高精度的控制輸出，給予被檢測的物理量準確定量的表述。

監(jiān)控程序包含有抗干擾程序、實時監(jiān)控程序，數(shù)據(jù)交換通訊程序等子程序。采用數(shù)字調零技術減小測量附加誤差，提高儀器的精度。

4 結語

多功能電量控制器已廣泛應用于以下幾方面的電氣參數(shù)的監(jiān)測與控制：

1 消防工程、公共場所提供保障安全可靠供電項目。

2 雙回路供電或不準許停電，必須連續(xù)供電的項目。

3 不能同時使用的，但必須有一部分保持使用的設備。

4 其它需要電量監(jiān)控的項目。

實踐證明，上述設計滿足了各項電氣參數(shù)要求，效果很好。

本文作者創(chuàng)新點：本設計以單片機AT89C52為核心，利用多路轉換器構成多路測量電路，利用放大器 OP07構成輸出電路，實現(xiàn)多路一一對應的閉環(huán)測量控制。經(jīng)實踐證明：系統(tǒng)生產(chǎn)可模塊化，根據(jù)產(chǎn)品需要可增減系統(tǒng)信號采樣通道的數(shù)目。測控系統(tǒng)可作為整機適用于現(xiàn)場測量控制應用，也可作為控制模塊應用在體積小、測量精度要求較高的大型系統(tǒng)中。產(chǎn)品適用范圍廣，低成本、高效益。

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