智能型雙電源開關(guān)控制器的設(shè)計(jì)

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷地提高，各行業(yè)對(duì)供電的可靠性、安全性、連續(xù)性提出了越來越高的要求，很多場(chǎng)合需要采用兩路電源來保證供電的可靠性和連續(xù)性。例如商場(chǎng)、銀行、醫(yī)院、通信部門、交通部門以及國防軍事等部門都要求能連續(xù)不間斷地安全供電。而智能型雙電源開關(guān)控制器能夠很好地解決上述問題，為可靠、連續(xù)地供電提供強(qiáng)有力的保證。目前在很多企業(yè)和領(lǐng)域都使用了智能型雙電源開關(guān)控制器，它有著廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。本文介紹的智能型雙電源開關(guān)控制器主要由控制單元(PIC16F884單片機(jī))和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(兩臺(tái)三極或四極塑殼斷路器)組成?？刂茊卧饕?fù)責(zé)各種信號(hào)的辨識(shí)檢測(cè)、運(yùn)算處理和控制輸出。執(zhí)行機(jī)構(gòu)則快速準(zhǔn)確地響應(yīng)控制單元的各種控制命令，從而構(gòu)成一個(gè)功能強(qiáng)大、工作穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)。
1 工作原理
智能型雙電源開關(guān)控制器以單片機(jī)PIC16F884為核心，對(duì)兩路供電電源(常用電源和備用電源)的電壓、頻率和相位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)其中一路電源(常用電源或備用電源)的電壓發(fā)生過壓、欠壓或是缺相時(shí)，控制器就會(huì)發(fā)出電機(jī)切換命令，使供電電源自動(dòng)切換到另一路電源(備用電源或常用電源)上，以此來保障供電的連續(xù)性?？刂破鞯墓ぷ鞣绞街饕凶詣?dòng)方式和手動(dòng)方式兩種?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，組成模塊如圖2所示。

1.1 自動(dòng)工作模式
自動(dòng)工作模式可分為：自投自復(fù)、自投不自復(fù)和電網(wǎng)-發(fā)電機(jī)三種方式。其中，前兩種主要應(yīng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)供電模式，而第三種則是應(yīng)用于電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)供電模式。
(1)自投自復(fù)模式：控制器對(duì)兩路電源進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)兩路電源都正常工作時(shí)，則負(fù)載由常用電源供電；當(dāng)常用電源發(fā)生故障(過壓、欠壓或缺相)時(shí)，控制器發(fā)出電機(jī)切換命令使電源自動(dòng)切換到備用電源，此時(shí)負(fù)載由備用電源供電；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常時(shí)，控制器再次發(fā)出電機(jī)切換命令使負(fù)載供電由備用電源返回到常用電源。
(2)自投不自復(fù)模式：其工作方式和自投自復(fù)類似，但只有當(dāng)備用電源也出現(xiàn)故障時(shí)才自動(dòng)返回到常用電源，否則將一直由備用電源給負(fù)載供電。
(3)電網(wǎng)-發(fā)電機(jī)模式：當(dāng)常用電源發(fā)生故障時(shí)，控制器輸出發(fā)電機(jī)啟動(dòng)命令，經(jīng)短暫延時(shí)后斷開常用電源，此時(shí)負(fù)載由發(fā)電機(jī)供電；當(dāng)常用電源恢復(fù)正常時(shí)，控制器輸出發(fā)電機(jī)停機(jī)命令同時(shí)電源自動(dòng)切換到常用電源上，負(fù)載返回到由常用電源供電模式。
1.2 手動(dòng)模式
在手動(dòng)模式下，電源不能自動(dòng)切換而需要人為操作，主要有常用電源供電、備用電源供電和斷電再扣方式。
常用電源供電：強(qiáng)制常用斷路器閉合，備用斷路器斷開。
備用電源供電：強(qiáng)制備用斷路器閉合，常用斷路器斷開。
斷電再扣：同時(shí)強(qiáng)制斷開常用斷路器和備用斷路器或是閉合因故障而斷開的所有斷路器。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)的選擇
控制器要求對(duì)交流電壓、頻率和相位進(jìn)行檢測(cè)，有多路控制信號(hào)的輸入和輸出，為了節(jié)約成本和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇自帶A/D轉(zhuǎn)換器和輸入捕捉功能且有較豐富I/O的單片機(jī)。此外，控制器里的強(qiáng)電信號(hào)和繼電器等元件會(huì)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生很大的干擾，這就要求單片機(jī)能夠有較好的抗干擾能力。綜上考慮，本設(shè)計(jì)選擇了PIC16F884單片機(jī)。它是Microchip公司目前主推的產(chǎn)品，采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)機(jī)構(gòu)和一次性可編程(OTP)技術(shù)使得PIC16F884單片機(jī)具有高速的穩(wěn)定性和非常強(qiáng)的抗干擾能力；8 KB的閃存、256 B的EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器和CCP輸入捕捉，完全可以滿足本控制器的設(shè)計(jì)要求。