CN107170644B - 一种直流接触器节能控制装置及控制方法 - Google Patents

一种直流接触器节能控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流接触器节能控制装置，包括：微处理器模块：用于控制电压和电流采集模块、驱动模块、低压保护模块、外部存储模块以及液晶显示模块的工作；电压和电流采集模块：用于将电源电压和线圈电流转换为微处理器模块的A/D口所允许的电压值；驱动模块：包括两个与线圈串联的开关管和一个与线圈并联的续流二极管；低压保护模块：用于防止线圈电压过低造成不可靠合闸；外部存储模块；液晶显示模块：用于显示直流接触器的状态信息；电源模块：用于给整个控制装置供电。本发明有效地减小了保持阶段的线圈电流，降低了线圈温升，节约了能源。

Description

一种直流接触器节能控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及直流接触器领域，特别是涉及一种直流接触器节能控制装置及控制方法。
背景技术
电磁操动机构结构简单、零部件少，且成本低，具有很高的可靠性，是目前最常用、技术最成熟的一种操动机构，在直流接触器中得到了广泛应用。但电磁机构直流接触器在合闸保持阶段需持续通电，线圈电流也将增大到稳定值，如不加以控制，不仅造成能源的浪费，更增加了线圈的温升，缩短了接触器线圈的寿命。目前，在工业中应用的多数控制器算法简单，只能在额定电压等级下和对应的直流接触器匹配使用，通用性较差。少数控制器依据分段PWM控制原理对动铁心在运动阶段和保持阶段均实施PWM控制，虽然实现了宽电压输入，但延长了接触器的合闸时间。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中电磁机构直流接触器合闸保持阶段线圈电流大、能耗大的问题的直流接触器节能控制装置及控制方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的直流接触器节能控制装置，包括：
微处理器模块：用于控制电压和电流采集模块、驱动模块、低压保护模块、外部存储模块以及液晶显示模块的工作；
电压和电流采集模块：用于将电源电压和线圈电流转换为微处理器模块的A/D口所允许的电压值；
驱动模块：包括两个与线圈串联的开关管和一个与线圈并联的续流二极管；
低压保护模块：用于防止线圈电压过低造成不可靠合闸；
外部存储模块：用于存储字库和数据；
液晶显示模块：用于显示直流接触器的状态信息；
电源模块：用于给整个控制装置供电。
进一步，所述电源模块包括5V转3.3V的电路单元和5V转±5V的电路单元。
进一步，所述电源模块中的5V转3.3V电路单元包括型号为AMS1117-3.3的芯片，5V转±5V电路单元包括型号为WRA0505s-1WR2的模块化电源。
进一步，所述低压保护电路包括两个MOSFET、电源以及外围电阻。
进一步，所述液晶显示模块还具有触摸输入的功能。
本发明所述的直流接触器节能控制装置的控制方法，通过电压和电流采集模块检测接触器线圈电压，并由微处理器模块进行数据处理后与用户设定的电压阈值进行比较，在满足要求的前提下才执行合闸操作，在合闸过程中实时检测线圈电流，根据电流特性曲线判断动铁心位置，针对合闸保持阶段实施PWM节能控制。
进一步，所述电压阈值为直流接触器低压保护的临界值，由用户按照工业需求通过液晶显示模块进行设定。
进一步，所述根据电流特性曲线判断动铁心位置，针对合闸保持阶段实施PWM节能控制通过以下方法实现：当电流在上升过程中超过电流阈值，则通过处理器输出PWM波，降低电流值，保护线圈；若未超过阈值，则连续保存三次电流采样值，并判断第二次电流值是否最小，以此确定动铁心位置，实施相应的节能控制。
进一步，所述PWM波周期为4ms，占空比为0.625。
有益效果：本发明公开了一种直流接触器节能控制装置及控制方法，结合直流接触器合闸过程中线圈电流的特性曲线，对动铁心不同运动阶段实施不同的控制策略。在不延长接触器合闸时间的基础上，利用PWM波控制开关管通断，将电流维持在较小值，有效地减小了保持阶段的线圈电流，降低了线圈温升，节约了能源。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中直流接触器节能控制装置的框图；
图2为本发明具体实施方式中控制效果的实验图；
图3为本发明具体实施方式中控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种直流接触器节能控制装置，如图1所示，包括：
微处理器模块：用于控制电压和电流采集模块、驱动模块、低压保护模块、外部存储模块以及液晶显示模块的工作；
电压和电流采集模块：用于将电源电压和线圈电流转换为微处理器模块的A/D口所允许的电压值；
驱动模块：包括两个与线圈串联的开关管和一个与线圈并联的续流二极管；
低压保护模块：用于防止线圈电压过低造成不可靠合闸；
外部存储模块：用于存储字库和数据；
液晶显示模块：用于显示直流接触器的状态信息，还具有触摸输入的功能；
电源模块：用于给整个控制装置供电。
其中，电源模块包括5V转3.3V的电路单元和5V转±5V的电路单元。电源模块中的5V转3.3V电路单元包括型号为AMS1117-3.3的芯片，5V转±5V电路单元包括型号为WRA0505s-1WR2的模块化电源。
电压和电流采集模块中的电压采集模块由电阻分压电路、电压跟随和钳位电路组成，电流采集模块则包含了减法电路、电压跟随电路、放大电路以及钳位电路。
低压保护电路包括两个MOSFET、电源以及外围电阻。
液晶显示模块为薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD)，直接与微处理器I/O相连，不需要通信转换模块。该显示器不仅能够显示直流接触器的状态信息，而且自带触摸屏，可实现控制输入。
本具体实施方式还公开了直流接触器节能控制装置的控制方法：系统上电后，首先对I/O口、寄存器和外扩存储等进行参数初始化，然后通过TFTLCD触摸输入功能设置电压和电流阈值，对电源电压进行采样并判断其是否低于电压阈值，若电源电压过低或过高，则控制系统将闭锁其他功能，只对电压采样数据进行处理并在TFTLCD上显示。当电源输入电压在允许范围内时，若系统没有检测到分合闸指令，则显示电压值并等待。检测到分合闸指令后，系统将启动驱动程序，控制开关管通断。当线圈与电源接通后，对线圈电流进行多次采样并求取平均值，判断采样平均值是否大于电流阈值，若电流过大，则采用PWM波的方式控制开关管从而适当降低电流，电流峰值即为阈值。若未超过允许值，则保存三次连续采样值并进行比较，当第二次采样值最大，且连续多次大于后续采样值时，即认为此采样值为电流峰值；当第二次采样值最小，且与峰值之间差值大于0.5A以上，即认为动铁心达到合闸位置，当动铁心达到合闸位置后，采用PWM的方式将电流维持在较小值，控制效果实验如图2所示。最后，将线圈电压、电流等参数进行数据处理，并由TFTLCD对应的控制程序作出显示，然后返回至电压采集进行下一次循环，控制方法流程如图3所示。PWM波周期为4ms，占空比为0.625。

Claims (4)

1.直流接触器节能控制装置的控制方法，其特征在于：
所述直流接触器节能控制装置包括：
微处理器模块：用于控制电压和电流采集模块、驱动模块、低压保护模块、外部存储模块以及液晶显示模块的工作；
电压和电流采集模块：用于将电源电压和线圈电流转换为微处理器模块的A/D口所允许的电压值；
驱动模块：包括两个与线圈串联的开关管和一个与线圈并联的续流二极管；
低压保护模块：用于防止线圈电压过低造成不可靠合闸；
外部存储模块：用于存储字库和数据；
液晶显示模块：用于显示直流接触器的状态信息；
电源模块：用于给整个控制装置供电；
通过电压和电流采集模块检测接触器线圈电压，并由微处理器模块进行数据处理后与用户设定的电压阈值进行比较，在满足要求的前提下才执行合闸操作，在合闸过程中实时检测线圈电流，根据电流特性曲线判断动铁心位置，针对合闸保持阶段实施PWM节能控制。
2.根据权利要求1所述的直流接触器节能控制装置的控制方法，其特征在于：所述电压阈值为直流接触器低压保护的临界值，由用户按照工业需求通过液晶显示模块进行设定。
3.根据权利要求1所述的直流接触器节能控制装置的控制方法，其特征在于：所述根据电流特性曲线判断动铁心位置，针对合闸保持阶段实施PWM节能控制通过以下方法实现：当电流在上升过程中超过电流阈值，则通过处理器输出PWM波，降低电流值，保护线圈；若未超过阈值，则连续保存三次电流采样值，并判断第二次电流值是否最小，以此确定动铁心位置，实施相应的节能控制。
4.根据权利要求1所述的直流接触器节能控制装置的控制方法，其特征在于：所述PWM波周期为4ms，占空比为0.625。
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