CN102324341B - 交流接触器延时控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流接触器延时控制方法及系统,所述方法包括以下步骤:步骤S1:通过调整所述计数时钟信号(CPU_PWM)的周期值来改变交流接触器动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合;步骤S2:当检测到MCU发生故障时,将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;步骤S3:所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。本发明既保证了交流接触器工作的可靠性;又解决了单纯用硬件方式实现时出现修改延时时间不灵活的问题。
Description
技术领域
本发明涉及交流接触器控制技术领域,尤其是涉及一种交流接触器延时控制方法及系统。
背景技术
交流接触器广泛应用作电力的开断和控制电路,其利用主接点来开闭电路,用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
交流接触器主要有四部分组成:(1)电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯;(2)触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的;(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头;(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。
交流接触器在频繁的通断情况下,由于其铁心有的时候对位会产生误差,漏磁会比较严重,所以经常性闭合接触器的线圈发热量较大,这样可能会造成交流接触器的过热损坏,因此通常需要在交流接触器进行闭合操作时进行相应的延时保护;
常用的交流接触器延时保护方法有两种:
一种为软件定时器的延时方式。对于软件延时方式,虽然该方法可以灵活地调整延时时间,但存在以下缺陷:
a、当有长延时需求时,存在软件可靠性问题;
b、当出现软件异常时无法知道当前交流接触器的状态,故将出现不可预测的后果;
c、因有部分MCU在软件下载时会出现IO口的电平跳动,也会造成交流接触器的频繁通断从而造成交流接触器故障。
另一种交流接触器延时保护方法为硬件计数器的延时方式,其虽然可以弥补软件延时的劣势,但无法灵活的调整延时时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:无法同时保证灵活地调整延时时间以及交流接触器工作的可靠性。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种交流接触器延时控制方法,包括以下步骤:
步骤S1:通过调整所述计数时钟信号(CPU_PWM)的周期值来改变交流接触器动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合;
步骤S2:当检测到MCU发生故障时,将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;
步骤S3:所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。
进一步地,所述步骤S1中,所述改变交流接触器动作延时时间的步骤具体包括:
步骤S11:用户提出延时时间修改请求。
步骤S12:通信端口接收新设置的延时时间。
步骤S13:读取FRAM存储器中原延时时间。
步骤S14:判断是否为新的延时时间,如是,则执行步骤S15;若否,则执行步骤S18。
步骤S15:将所述新的延时时间存入FRAM存储器。
步骤S16:计算延时时间将其转换成对应的PWM参数值。
步骤S17:根据对应的PWM参数值设置PWM的周期值。
步骤S18:等待交流接触器控制指令。
进一步地,所述步骤S2中,当MCU软件运行正常时,将所述MCU故障检测信号输出高电平,这时交流接触器控制开关会根据交流接触器控制使能信号的状态变化控制交流接触器。
进一步地,所述步骤S3中,当MCU出现异常时,将MCU故障检测信号输出低电平,所述计数器释放计数时钟信号,这时交流接触器控制使能信号控制交流接触器控制开关固定输出低电平,断开交流接触器。
本发明还提供一种交流接触器延时控制系统,包括:
MCU故障检测模块、交流接触器的控制使能模块、计数时钟信号模块、计数器、交流接触器控制开关模块及交流接触器,通过调整所述计数时钟信号模块生成的计数时钟信号(CPU_PWM)的周期值来改变所述交流接触器的动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合,当所述MCU故障检测模块检测到MCU发生故障时,所述MCU故障检测模块、交流接触器的控制使能模块分别将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。
进一步地,所述MCU故障检测信号为MCU故障检测信号,由心跳检测电路输出;当MCU运行正常时,MCU故障检测信号为高电平输出;当MCU运行异常时,MCU故障检测信号为低电平输出。
进一步地,当交流接触器控制信号为高电平时,所述交流接触器闭合,将计数时钟信号锁住,从而将交流接触器控制信号锁存在高电平;当交流接触器控制信号为低电平时,所述交流接触器断开,将计数时钟信号释放,等待交流接触器控制使能信号操作。
进一步地,所述MCU运行中通过看门狗喂狗端口提供小于600ms的喂狗信号输入到MCU故障检测信号模块;当MCU软件停止喂狗时,MCU故障检测信号CPU_ERR_L将输出低电平;这时交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY会固定输出低电平,切离所述交流接触器。
进一步地,所述延时计算公式T延时=2n-1*TPWM,T延时与PWM寄存器TBPRD的关系表达式为:
TBPRD=(fsystem*T延时)/2n;
T延时=(TBPRD*2n)/fsystem;
其中,fsystem为系统频率,TTBCLK为系统时钟;
进一步地,所述系统延时时间T延时的可设置范围为:4.38ms~217天。
本发明交流接触器延时控制方法及系统既解决了单纯软件方式实现长延时时对计数变量翻转问题的处理,保证了交流接触器工作的可靠性;又解决了单纯用硬件方式实现时出现延时时间修改的不灵活问题。
附图说明
图1为本发明交流接触器延时控制方法一实施例的流程示意图;
图2为图1的改变交流接触器动作延时时间的流程示意图;
图3为本发明交流接触器延时控制系统一实施例的原理示意图;
图4为图3中计数器的管脚定义及相应输出示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
本发明交流接触器延时控制方法及系统采用软硬件结合的延时方式,即解决了单纯软件方式实现长延时时对计数变量翻转问题的处理,又解决了单纯用硬件方式实现时出现延时时间修改的不灵活问题。
请参阅图1,图1为本发明交流接触器控制方法一实施例的原理示意图。本发明交流接触器延时控制方法包括以下步骤:
步骤S1:通过调整所述计数时钟信号(CPU_PWM)的周期值来改变交流接触器动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合;
步骤S2:当检测到MCU发生故障时,将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;
步骤S3:所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。
所述步骤S1中,所述改变交流接触器动作延时时间的步骤具体包括:
步骤S11:用户提出延时时间修改请求。
步骤S12:通信端口接收新设置的延时时间。
步骤S13:读取FRAM存储器中原延时时间。
步骤S14:判断是否为新的延时时间,如是,则执行步骤S15;若否,则执行步骤S18。
步骤S15:将所述新的延时时间存入FRAM存储器。
步骤S16:计算延时时间将其转换成对应的PWM参数值。
步骤S17:根据对应的PWM参数值设置PWM的周期值。
步骤S18:等待交流接触器控制指令。
所述步骤S2中,当MCU软件运行正常时,将所述MCU故障检测信号输出高电平,这时交流接触器控制开关会根据交流接触器控制使能信号的状态变化控制交流接触器。
当检测到MCU发生故障时,即MCU软件运行中通过看门狗喂狗端口提供小于600ms的喂狗信号输入到MCU故障检测信号的前端电路。
所述步骤S3中,当MCU出现异常时,将MCU故障检测信号输出低电平,所述计数器释放计数时钟信号,这时交流接触器控制使能信号控制交流接触器控制开关固定输出低电平,断开交流接触器。即当出现MCU失控的情况下,系统将交流接触器切离以保护负载设备。
本发明还提供一种交流接触器延时控制系统,请参阅图3,图3为本发明交流接触器延时控制系统一实施例的原理示意图。
所述交流接触器延时控制系统包括:MCU故障检测模块10、交流接触器的控制使能模块20、计数时钟信号模块30、计数器40、交流接触器控制开关模块50及交流接触器60,通过调整所述计数时钟信号模块30生成的计数时钟信号(CPU_PWM)的周期值来改变交流接触器60的动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器40将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器60的当前状态进行锁存,所述交流接触器60延时后闭合,当所述MCU故障检测模块10检测到MCU发生故障时,MCU故障检测模块10、交流接触器的控制使能模块20分别将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器40进行复位;所述计数器40释放计数时钟信号,所述交流接触器60在交流接触器控制使能信号控制下断开。
本发明交流接触器延时控制系统包括一个输入信号、一个输出信号和一个反馈信号,即MCU故障检测模块10生成MCU故障检测信号CPU_ERR_L及交流接触器的控制使能模块20生成交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H的输入、计数时钟信号模块30及反馈电路生成的计数时钟信号(CPU_PWM)及所述计数器40输出的交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY;
所述交流接触器延时控制系统分别的控制逻辑如下:
MCU故障检测信号CPU_ERR_L为MCU故障检测信号,由心跳检测电路输出;当MCU运行正常时,MCU故障检测信号CPU_ERR_L为高电平输出;当MCU运行异常时,即MCU未及时提供喂狗信号输出,MCU故障检测信号CPU_ERR_L为低电平输出。
交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H根据系统的实际需要对交流接触器进行闭合和断开控制;
当交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H为高电平时,交流接触器延时一定时间后闭合;当交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H为低电平时,交流接触器立即断开;计数时钟信号CPU_PWM为计数器芯片提供计数时钟信号,通过调整计数时钟信号CPU_PWM的周期值来改变延时时间,该信号由MCU提供;
交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY为延时后控制交流接触器动作的信号;并经过一路反馈电路转换成计数时钟信号的输入对当前状态进行锁存;
当交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY为高电平时,交流接触器60闭合,将计数时钟信号锁住,从而将交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY锁存在高电平;
当交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY为低电平时,交流接触器60断开,将计数时钟信号释放,等待交流接触器控制使能信号操作。
计数器40芯片的控制逻辑如表1所示:
表1
上表中,当复位端输入高电平时,芯片复位,输出端立刻变为低电平;等待复位端的触发信号,即当复位端变为低电平时,芯片输出端延时一定时间后会反转电平;
MCU故障检测信号CPU_ERR_L的控制逻辑由硬件实现,MCU运行中通过看门狗喂狗端口提供小于600ms的喂狗信号输入到MCU故障检测信号模块;当MCU软件停止喂狗时,MCU故障检测信号CPU_ERR_L将输出低电平;这时交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY会固定输出低电平,切离所述交流接触器,即当出现MCU失控的情况下,本发明系统将交流接触器切离以保护负载设备;
当MCU软件运行正常时,MCU故障检测信号CPU_ERR_L将输出高电平;这时交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY会根据交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H的状态变化控制交流接触器60;
软件通过上位机软件、LCD监控设备或其他设备通过相关协议对延时时间进行修改,并将相应的修改值存入非易失性掉电存储器中,通过软件计算将延时时间转换为对计数时钟信号CPU_PWM的相应配置;
延时时间转换成MCU中PWM寄存器的配置的推导公式如下:
所述操作可通过上位机软件及LCD监控设备对延时时间进行修改。
所述延时时间转换成MCU中PWM寄存器的配置过程如下:
根据规格书中相应的周期计算公式,对应的延时计算公式为:T延时=2n-1*TPWM;
N位PWM寄存器TBPRD范围为:1~2N;
系统频率选用fsystem,系统时钟为:TTBCLK=1/fsystem;
PWM的周期公式为:TPWM=TBPRD*2*TTBCLK;
如图4所示为计数器的管脚定义及相应输出。
具体的延时时间取决于选择的输出脚Qn(n=18、19、20、21、22、23、24);
根据以上对应的延时计算公式T延时=2n-1*TPWM,最终推导为:
T延时与TBPRD的关系表达式为:
TBPRD=(fsystem*T延时)/2n;
T延时=(TBPRD*2n)/fsystem;
其中,fsystem为系统频率,TTBCLK为系统时钟;
通过以上公式可以看到,T延时的长短,取决于计数器芯片的输出端Qn的选取、MCU中主频的设置及PWM寄存器的配置;当硬件电路将Qn固定、软件将MCU主频固定时,延时时间的调整取决于PWM寄存器的配置;通过这个原理可以灵活的修改延时时间。
通过软硬件实现功能,使延时时间即满足灵活修改延时时间的功能,也能满足长延时的功能。
本发明系统中对交流接触器的控制保护起到了很重要的作用,具体的实现方式及优势如下:
硬件配置:
交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY连接至Q18脚,故该系统的延时时间公式为T延时=217*TPWM;
软件配置:
计数时钟信号CPU_PWM的周期调整范围为:33.4ns~143.17s(TPWM=TBPRD*2*TTBCLK);
实现延时时长:
系统延时时间T延时的可设置范围为:4.38ms~217天。
本发明交流接触器延时控制方法及系统通过人机交互监控模块来配置交流接触器的延时时间,软件通过相应的计算将最终的PWM寄存器修改并保存,当需要闭合交流接触器时交流接触器控制使能信号AC_CTRL_EN_H输出闭合交流接触器使能信号,延时后交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY端口控制交流接触器闭合;当需要断开交流接触器或MCU故障时,交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY会立即切离交流接触器以实现控制和保护的功能;本发明既解决了单纯软件方式实现长延时时对计数变量翻转问题的处理,保证了交流接触器工作的可靠性;又解决了单纯用硬件方式实现时出现延时时间修改的不灵活问题。
这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其它形式、结构、布置、比例,以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种交流接触器延时控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤S1:通过调整计数时钟信号CPU_PWM的周期值来改变交流接触器动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合;
步骤S2:当检测到MCU发生故障时,将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;
步骤S3:所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。
2.根据权利要求1所述的交流接触器延时控制方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述改变交流接触器动作延时时间的步骤具体包括:
步骤S11:用户提出延时时间修改请求;
步骤S12:通信端口接收新设置的延时时间;
步骤S13:读取FRAM存储器中原延时时间;
步骤S14:判断是否为新的延时时间,如是,则执行步骤S15;若否,则执行步骤S18;
步骤S15:将所述新的延时时间存入FRAM存储器;
步骤S16:计算延时时间将其转换成对应的PWM参数值;
步骤S17:根据对应的PWM参数值设置PWM的周期值;
步骤S18:等待交流接触器控制指令。
3.根据权利要求1所述的交流接触器延时控制方法,其特征在于,所述步骤S2中,当MCU软件运行正常时,将所述MCU故障检测信号输出高电平,这时交流接触器控制开关会根据交流接触器控制使能信号的状态变化控制交流接触器。
4.根据权利要求1所述的交流接触器延时控制方法,其特征在于,所述步骤S3中,当MCU出现异常时,将MCU故障检测信号输出低电平,所述计数器释放计数时钟信号,这时交流接触器控制使能信号控制交流接触器控制开关固定输出低电平,断开交流接触器。
5.一种交流接触器延时控制系统,其特征在于,所述系统包括:
MCU故障检测模块、交流接触器的控制使能模块、计数时钟信号模块、计数器、交流接触器控制开关模块及交流接触器,通过调整所述计数时钟信号模块生成的计数时钟信号CPU_PWM的周期值来改变所述交流接触器的动作延时时间,并将延时计数时钟信号经过反馈电路输入所述计数器将所述计数时钟信号锁住,以对所述交流接触器的当前状态进行锁存,所述交流接触器延时后闭合,当所述MCU故障检测模块检测到MCU发生故障时,所述MCU故障检测模块、交流接触器的控制使能模块分别将MCU故障检测信号及交流接触器控制使能信号发送给计数器进行复位;所述计数器释放计数时钟信号,所述交流接触器在交流接触器控制使能信号控制下断开。
6.根据权利要求5所述的交流接触器延时控制系统,其特征在于,所述MCU故障检测信号由心跳检测电路输出;当MCU运行正常时,MCU故障检测信号为高电平输出;当MCU运行异常时,MCU故障检测信号为低电平输出。
7.根据权利要求5所述的交流接触器延时控制系统,其特征在于,当交流接触器控制信号为高电平时,所述交流接触器闭合,将计数时钟信号锁住,从而将交流接触器控制信号锁存在高电平;当交流接触器控制信号为低电平时,所述交流接触器断开,将计数时钟信号释放,等待交流接触器控制使能信号操作。
8.根据权利要求5所述的交流接触器延时控制系统,其特征在于,所述MCU运行中通过看门狗喂狗端口提供小于600ms的喂狗信号输入到MCU故障检测信号模块;当MCU软件停止喂狗时,MCU故障检测信号CPU_ERR_L将输出低电平;这时交流接触器控制信号AC_CTRL_RLY会固定输出低电平,切离所述交流接触器。
9.根据权利要求5所述的交流接触器延时控制系统,其特征在于,所述延时计算公式T延时=2n-1*TPWM,T延时与PWM的寄存器TBPRD的关系表达式为:
TBPRD=(fsystem*T延时)/2n;
T延时=(TBPRD*2n)/fsystem;
其中,fsystem为系统频率,TBPRD为时基周期寄存器。
10.根据权利要求9所述的交流接触器延时控制系统,其特征在于,所述系统延时时间T延时的可设置范围为:4.38ms~217天。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20131023 Termination date: 20180913 |