高運(yùn)征，尤海鵬

(中國人民解放軍91286部隊79分隊，山東青島266041)

0 引言

當(dāng)前，軍用自動測試系統(tǒng) (Automatic Test System，ATS)逐步普及，日益發(fā)揮著重要作用。由于系統(tǒng)中配置的測試資源較多，控制關(guān)系復(fù)雜且操作使用困難，因此測試過程中部分測試資源會過度上電，減少了儀器設(shè)備的有效使用壽命。為給測試資源提供穩(wěn)定靈活的供電電源，有效提高ATS的平均無故障時間 (Mean Time Between Failure，MTBF)，我們首次將工業(yè)過程控制中的“集散控制”思想引入到電源控制器的設(shè)計上，研制出了基于“集中管理、分散控制”理念的電源控制器。該電源控制器控制方式靈活、方便使用人員操作，并增加保護(hù)和穩(wěn)壓措施，提高了ATS的可靠性。

集散式電源控制器主要由總電源控制器、分電源控制器和分線盒三部分組成，按照“集中管理、分散控制”的設(shè)計思想，采用總和分結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計，靈活地控制電源分時上電。同時，為了貫徹模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，做到分控制器具有互換性;為了增強(qiáng)控制器對電力系統(tǒng)的適應(yīng)性，控制器應(yīng)當(dāng)具有多種保護(hù)功能和穩(wěn)壓的功能。按照國軍標(biāo)的要求進(jìn)行設(shè)計研制，實現(xiàn)電源控制器具有較高的可靠性、維修性、實用性和可擴(kuò)展性［1］。

1 電源控制器設(shè)計

1.1 設(shè)計思想

按照集散控制技術(shù)，設(shè)計出集散控制器的控制結(jié)構(gòu)形式;按照模塊化的設(shè)計思想，將電源控制器分解成總電源控制器和分電源控制器;按照功能模塊化的思路，將電路分解成穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路、控制電路以及分時通道控制電路等幾個功能電路。

1.2 總體設(shè)計

電源控制器的總體布局圖如圖1所示?？傠娫纯刂破髦饕呻娫纯傞_關(guān)、通道工作指示器、系統(tǒng)計時器、穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路、延時電路、分通道控制器、溫度控制器等組成;分電源控制器主要包括控制開關(guān)、保護(hù)電路、通道工作指示器、延時電路、分通道控制器、溫度控制器等;分線盒主要由電源分配器等組成。

圖1 總體布局圖

集散式電源控制器的總控制器是主要組成部分，具有穩(wěn)壓、保護(hù)以及對分控制器的集中控制功能。為了實現(xiàn)對綜合技術(shù)保障設(shè)備的溫度控制，控制器中還設(shè)計了溫度控制器。分電源控制器是電源控制器的一個組成部分，通過級聯(lián)分線盒與總電源控制器相連，是供電電源的第二級的控制管理器。分電源控制器主要由分控制器、過流保護(hù)器、分通道輸出電路、溫控電路等組成［2］。

1.3 功能介紹和主要技術(shù)指標(biāo)

控制器供電具有欠壓、過壓及過流保護(hù)功能，大大提高了供電的安全性。采用備份式穩(wěn)壓電路，提高了自動檢測設(shè)備或綜合測試維修系統(tǒng)的機(jī)動保障的適應(yīng)性;采用分時工作的分通道控制方式，減少了對儀器的上電沖擊;采用模塊化的結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可靠性。

主要技術(shù)指標(biāo):

1)輸入電壓范圍及頻率:170～300 V，50 Hz±3%;

2)輸出電壓及頻率:(220±3%)VAC，(50±0.5%)Hz;

3)輸出電壓波形:純正弦波，波形失真度＜3%;

4)保護(hù)功能:過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)。

1.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計

穩(wěn)壓電路主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開關(guān)等部件組成，如圖2所示。

圖2 穩(wěn)壓電路原理圖

1.5 保護(hù)電路設(shè)計

保護(hù)電路主要是實現(xiàn)欠壓、過壓和過流保護(hù)的功能，主要由電壓傳感器、電流傳感器、PLC等組成，其電路圖如圖3所示。

圖3 保護(hù)電路原理圖

1.6 控制電路設(shè)計

控制電路主要包括交流控制繼電器、可調(diào)延時電路以及分通道控制繼電器等。交流控制繼電器是交流功率控制的主控制繼電器，由可編程控制器PLC的I/O輸出通道控制，在市電供電電壓正常時，輸出高電平，交流控制繼電器工作。工作過程中，如果出現(xiàn)欠壓、過壓以及過流故障時，可編程控制器PLC根據(jù)設(shè)定的保護(hù)值開始工作，輸出低電平，交流控制繼電器停止工作［3］。在主電源控制器中，設(shè)置了4路分通道輸出電路，分通道輸出電路由可調(diào)延時電路以及分通道控制繼電器組成，該電路根據(jù)設(shè)定的延時時間，依次接通分通道控制繼電器，輸出4路220 V/50 Hz的交流電。

1.7 諧波的抑制

選擇廈門冠歐GOLC型無源濾波器，濾波效果明顯，改善沖擊負(fù)載引起的電流沖擊，減少電壓波動和抑制電壓閃變，有效地抑制了諧波。

2 性能試驗

2.1 電壓電流測量傳感器試驗

為了實現(xiàn)電源控制器的欠壓、過壓及過流的保護(hù)功能，需要對輸出的電壓、電流值進(jìn)行測量。依據(jù)電源控制器的實際工作需要和設(shè)計要求，通過比較，選擇 維 博 WBV412SO1，WBV412S41， WBV412S91，WBV412S1的霍爾元件的電壓、電流傳感器。電壓傳感器和電流傳感器的輸出傳到PLC的模擬量通道，作為電壓、電流保護(hù)的輸入量［4］。

2.2 可編程控制器A/D通道試驗

可編程控制器PLC是電源控制器保護(hù)電路的核心，課題組選用西門子公司的S7-200系列的新一代產(chǎn)品CPU224XP［5］。電壓/電流傳感器輸出由PLC內(nèi)部的A/D變換器變換后，送到PLC的CPU模塊中，編程實現(xiàn)過壓保護(hù)、欠壓、過流保護(hù)功能。為了匹配保護(hù)通道的放大系數(shù)，搭建了保護(hù)電路的試驗電路，對過壓保護(hù)、欠壓、過流保護(hù)功能進(jìn)行了試驗，并將試驗的數(shù)據(jù)固化到PLC控制程序中。保護(hù)控制程序的梯形圖如圖4所示。

通過多次試驗，控制器的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

3 結(jié)束語

集散式電源控制器目前累計已運(yùn)行近6000 h，未出現(xiàn)較大的硬件和軟件故障。系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的功能達(dá)到了設(shè)計要求，可以擴(kuò)展到任何大型綜合設(shè)備上使用，有效地提高了ATS的平均無故障時間，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

圖4 保護(hù)控制程序梯形圖

［1］劉正升，萬程亮，蔣志忠，等.自動測試系統(tǒng)中新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 ［J］.中國測試，2009，35(4):58－61.

［2］尤海鵬，高運(yùn)征，羅超，等.自動測試系統(tǒng)完全計量的研究與實現(xiàn)［J］.測試技術(shù)學(xué)報，2011，25(5):382－385.

［3］孟漢城，奚全生.美國自動測試聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展［J］.計算機(jī)測量與控制，2009，17(4):620－624.

［4］王建新，楊世風(fēng)，隋美麗.Lab Windows/CVI測試技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［5］梁志國，孟曉風(fēng).數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)問題討論［J］.測試技術(shù)學(xué)報，2009，23(6):526－528.