磁保持繼電器在智能配電裝置JXD-240中的應(yīng)用

　　隨著我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展及運(yùn)行管理方式逐漸向商業(yè)化管理方式的轉(zhuǎn)換，依靠人工抄表，然后結(jié)算電費(fèi)的傳統(tǒng)方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的需求。一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)參數(shù)遙測的智能計(jì)費(fèi)限電控制系統(tǒng)正在逐步取代以往的人工抄表的計(jì)費(fèi)方法。
　　智能配電裝置JXD-240的主要特點(diǎn)是在傳統(tǒng)開關(guān)柜和元器件基礎(chǔ)上充分應(yīng)用了微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及通信技術(shù)，可以在線實(shí)時檢測電流、電壓、惡性負(fù)載、功率因數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)，其控制回路容量最大為240路。智能配電裝置通過聯(lián)網(wǎng)還可以形成智能型低壓配電系統(tǒng)，完成遙測、遙控、遙信、智能管理等功能，從而改善低壓配電系統(tǒng)的管理。
1 智能配電裝置控制模型框圖
　　智能配電裝置JXD-240控制模型如圖1所示。裝置主要由CPU主板、調(diào)理電路、電流電壓檢測通道、輸出接口控制回路、通信接口電路、鍵盤顯示接口電路等部分組成，其中在CPU主板上采用具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算功能和控制功能的80C196KB單片機(jī)芯片，完成系統(tǒng)參數(shù)采樣、計(jì)算、控制。對配電柜而言，防止電磁干擾造成裝置的誤動作是首要解決的問題，而執(zhí)行元件抗干擾性至關(guān)重要。采用普通繼電器， 由于其銜鐵質(zhì)量小，電磁干擾信號很容易使繼電器動作，而磁保持繼電器的銜鐵與普通繼電器銜鐵相比質(zhì)量大，動作慣性大，對電磁沖擊不敏感，電磁干擾信號不會造成磁保持繼電器動作，配電裝置頻繁進(jìn)行關(guān)、合操作時所產(chǎn)生的強(qiáng)干擾信號也不會造成裝置誤動作，可以提高裝置穩(wěn)定性、可靠性。

　　智能配電裝置JXD-240控制回路容量最大為240路，如果采用普通繼電器，當(dāng)240路同時供電時240個繼電器同時閉合，需要近10A電流維持，運(yùn)行成本非常高；如果采用磁保持繼電器，在同樣情況下只需要80 mA即可。因?yàn)榇疟３掷^電器具有雙穩(wěn)態(tài)，其內(nèi)部裝有永久磁鋼，觸點(diǎn)的開、合狀態(tài)由永久磁鋼所產(chǎn)生的磁力所保持，觸點(diǎn)狀態(tài)切換靠一定量脈沖電信號的觸發(fā)而完成，一旦切換動作完成后就不需要加電維持。即當(dāng)磁保持繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)需要改變時（即接通或切斷負(fù)載時），只需用正向（或反向）直流脈沖電壓激勵線圈，磁保持繼電器即可在瞬間完成觸點(diǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換完畢，線圈不需繼續(xù)通電，僅依靠永久磁鋼的磁力就能維持繼電器的狀態(tài)不變。磁保持繼電器應(yīng)用大大降低了裝置運(yùn)行成本。
2 磁保持繼電器控制電路應(yīng)用研究
　　磁保持繼電器分為單線圈磁保持繼電器和雙線圈磁保持繼電器，雙線圈磁保持繼電器常用于低壓小負(fù)載控制，單線圈磁保持繼電器常用于大負(fù)荷控制。智能配電裝置JXD-240采用單線圈磁保持繼電器。本文以單線圈磁保持繼電器為研究對象。
2．1 獨(dú)立式驅(qū)動電路
　　當(dāng)一個系統(tǒng)只用幾個磁保持繼電器時，可采用BL8023實(shí)現(xiàn)簡單驅(qū)動。BL8023是雙向繼電器驅(qū)動集成電路，用于控制磁保持繼電器的工作，具有輸出電流大，靜態(tài)功耗小的特點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。BL8023的輸入端A、B源于I／O口脈沖信號控制，該脈沖信號的寬度及脈沖間隔保持100 ms左右，BL8023的輸出端OA和OB接磁保持繼電器線圈，BL8023的控制時序如圖3所示。控制1只磁保持繼電器至少需要4條接線，電源線、地線、輸入線A-正向驅(qū)動、輸入線B-反向驅(qū)動（如圖2所示）。如果控制Ⅳ只磁保持繼電器至少需2Ⅳ條線，其中電源和地線公用，如果控制系統(tǒng)磁保持繼電器數(shù)量較多時，會有引線數(shù)量較大、控制電路體積較大的弊端。

2．2 多回路群控優(yōu)化驅(qū)動電路
2．2．1 電路原理
　　如果控制系統(tǒng)有大量的磁保持繼電器需要控制時，需要注意結(jié)構(gòu)組裝等條件限制，為了實(shí)現(xiàn)接線簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、控制板模塊化，需對控制電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在JXD-240型限電計(jì)費(fèi)裝置中，采用了如圖4所示的控制原理：當(dāng)某個磁保持繼電器需要動作時（接通或斷開），首先將對應(yīng)的開關(guān)K接通。這時磁保持繼電器的一端與電源地線相連，而另一端與浮動的電源總線相連。如果浮動的電源總線與+12 V相連，則繼電器實(shí)現(xiàn)接通動作；如果浮動的電源總線與-12 V相連，則繼電器實(shí)現(xiàn)斷開動作。脈沖寬度和脈沖之間最小間隔，仍然保持100 ms以上。采用這種結(jié)構(gòu)，N只繼電器只需N+1條連線。

為了實(shí)現(xiàn)控制電路優(yōu)化，JXD一240型限電計(jì)費(fèi)裝置中采用如下具體方法：
　　（1）每條I/O口線控制一只繼電器，每個I／O口可控制8只繼電器。
　　（2）采用公共電源為所有繼電器供電。
　　（3）為實(shí)現(xiàn)線圈中電流可以沿著正負(fù)兩個方向流動，采用雙向可控硅。
2．2．2 電路分析
　　為了實(shí)現(xiàn)圖4所示的控制，采用了如圖5所示的具體電路。8D觸發(fā)器74LS273輸出的每bit位可控制一只繼電器。當(dāng)273某一輸出腳為高電平時，其輸出短路驅(qū)動電流可以達(dá)到60mA．磁保持繼電器采用BST一902型，其額定電流為80mA，而可控硅MAC97A6是電流控制型，實(shí)際的觸發(fā)電流應(yīng)是負(fù)載電流的1／10至1／3之間。由于器件一致性較差，為了保證批量生產(chǎn)的成品率，應(yīng)取最低指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣I／O口高電平可使雙向可控硅可靠導(dǎo)通，由于雙向可控硅導(dǎo)通后等效成一只無觸點(diǎn)開關(guān)，使繼電器的一端與地接通，這時電源輸出端只要加上相應(yīng)電壓就會使繼電器產(chǎn)生相應(yīng)的閉合、斷開動作。
　　電源輸出控制需要2條I／O口線，但在設(shè)計(jì)時沒有直接利用I，0線分別控制輸出正或負(fù)電源輸出，而是采用狀態(tài)組合方式，以防止在開機(jī)操作時正負(fù)開關(guān)同時導(dǎo)通，造成正負(fù)電源短路。控制方式如圖5所示。I／O線DY負(fù)責(zé)控制電源是否有輸出，I／O線DYP負(fù)責(zé)控制電源的正負(fù)方向，這樣即使開機(jī)瞬間，I／O線DY和DYP同時有相同的信號電平，而正負(fù)開關(guān)也只有一個導(dǎo)通，這樣避免發(fā)生電源短路。在JXD-240型限電計(jì)費(fèi)裝置中8D鎖存器有上電復(fù)位電路，在開機(jī)時，所有的MAC97A6雙向可控硅都處于關(guān)閉狀態(tài)，磁保持繼電器都保持原狀態(tài)不會產(chǎn)生誤動作。

3 軟件控制子程序及流程控制子程序
需要傳遞2個參數(shù)，一個是被控磁保持繼電器序號，即回路序號k，另一個是磁保持繼電器狀態(tài)，即要求輸出狀態(tài)sta，流程圖如圖6所示。系統(tǒng)采用HSO0控制電壓方向，HSO1控制電壓加載，并開辟30字節(jié)緩沖區(qū)以輸出240個回路狀態(tài)。

　　unsigned char jc_onof（unsigned char k，unsignedchar sta）//sta=1 on
　　｛unsigned char ij，nl，ram[30]； //240個回路的緩沖區(qū)
　　for（i=0；i<30；i++）｛ram=0｝；//緩沖區(qū)清零
　　i=k／8；
　　j=k％8；
　　m=1：
　　if（j!=O）｛m<<=j｝；
　　ram !=m； //號碼位為1
　　for（i=0；i<6；i++） //out
　　｛ccl=ram ；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；｝ //觸發(fā)可控硅
if（sta=1） //確定電壓方向
　　（hso_command=0x20； //dyp=1
　　hso time=timer1+4； //dyp=1
｝ //正電壓方向
else
　　（hso_command=0x00； //dyp=0
　　hso_ time=timerl+4： //dyp=0
｝ //負(fù)電壓方向
hso_ command=0x01； //dyp=0
hso_ time=timerl+4： //電壓輸出
countl00ms=l；
while（count100ms!=0）｛｝ //0.1s
for（i=0；i<6；i++）｛ram=O；｝ //關(guān)閉可控硅
for（i=0；i<6；i++） //clr
　　（ccl=ram；
　　cc2=i+4；
　　cc3=5；
　　｝
hso_ command-0x21； //dy=1
hso_ time=timerl+4： //電壓關(guān)閉
p10ms（10）； //0.1s
4 結(jié)束語
　　目前微機(jī)控制的智能化配電裝置越來越多地采用磁保持繼電器，而其激磁線圈電流換向的方法各有不同，關(guān)鍵要保持加電脈沖的寬度和脈沖的間隔，多回路有控制要求時，應(yīng)采用分時操作方式，這樣可減輕電源負(fù)擔(dān)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。電路中繼電器控制元件造成電壓降過大時應(yīng)適當(dāng)提高正負(fù)電壓范圍，可將±9 V增加到±12 V．或?qū)ⅰ?2V增加到±15V 遼寧工學(xué)院維森電子電子有限公司的JXD 系列智能配電裝置采用以上方法，產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性得到明顯改善，產(chǎn)品銷往全國各地，設(shè)備運(yùn)行情況良好。
參考文獻(xiàn)：
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