宋偉男 朱述振 邵 安

(中國(guó)郵政儲(chǔ)蓄銀行總行數(shù)據(jù)中心，安徽 合肥230601)

隨著自動(dòng)化設(shè)備在各行各業(yè)中的多用途普及使用，其配電系統(tǒng)也朝著智能化方向迅速發(fā)展。低壓配電柜是配電系統(tǒng)的重要組成部分[1-2]，承載著電路終端耗能元件與前端交流供電，主要用于部署各種元器件以實(shí)現(xiàn)照明、動(dòng)力輸出、電能轉(zhuǎn)換與控制、信號(hào)顯示與監(jiān)控等功能。在銀行后臺(tái)數(shù)據(jù)中心、運(yùn)維機(jī)房中[3]，低壓配電柜同樣具有廣泛用途。

在銀行運(yùn)維機(jī)房中，因其用途的特殊性，低壓配電柜需專業(yè)運(yùn)維人員負(fù)責(zé)日常維護(hù)與檢查，其電柜門是運(yùn)維人員接觸最多部位[4-5]，打開電柜門既可以檢查內(nèi)部溫升情況，又便于進(jìn)行各種維護(hù)操作[6]。由于低壓配電柜輸入的低壓交流電通常為50Hz額定頻率、380V 額定電壓[7]，對(duì)于經(jīng)常直接觸摸電柜門的運(yùn)維人員來說，具有較大的安全隱患。因此，設(shè)計(jì)一種低壓配電柜智能開關(guān)系統(tǒng)具有重要意義。

1 智能開關(guān)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保低壓配電柜門可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控開啟、溢值報(bào)警、自動(dòng)彈射等功能，有效避免開門時(shí)運(yùn)維人員與電柜門的直接接觸，門內(nèi)溫度超出閾值時(shí)可自動(dòng)開啟電柜門散熱并發(fā)出報(bào)警，門內(nèi)監(jiān)測(cè)溫度可動(dòng)態(tài)顯示。

本系統(tǒng)是以AT89C51 單片機(jī)芯片作為控制單元，輔以A/D、供電電源等外圍電路，外接柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)單元、開關(guān)控制單元、遙控單元、警示單元等系統(tǒng)模塊。其硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 硬件電路結(jié)構(gòu)框圖

AT89C51 單片機(jī)是系統(tǒng)控制核心，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理溫度監(jiān)測(cè)單元傳送過來的門內(nèi)溫度信號(hào)、向MOSFET 功率開關(guān)管發(fā)送PWM 高低脈沖信號(hào)、接收遙控信號(hào)、溫度動(dòng)態(tài)顯示與溢值報(bào)警等，是系統(tǒng)調(diào)度、信號(hào)識(shí)別與處理、指令信號(hào)傳輸?shù)暮诵慕Y(jié)構(gòu)。供電電源分兩路為系統(tǒng)供電，一路采用反激式開關(guān)電源，將380V工業(yè)交流電轉(zhuǎn)換為5V 直流電供AT89C51 單片機(jī)使用，另一路將380V 工業(yè)交流電直接供給開關(guān)控制單元。

1.1 開關(guān)控制單元包括MOSFET 功率開關(guān)管、電磁開關(guān)和彈射系統(tǒng)，其中，MOSFET 功率開關(guān)管采用P 溝道MOSFET 場(chǎng)效應(yīng)管，擊穿電壓為1200V，可滿足本系統(tǒng)需要。當(dāng)AT89C51 單片機(jī)接收到紅外無線信號(hào)或溫度監(jiān)測(cè)信號(hào)超出閾值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出高電平脈沖時(shí)開啟MOSFET 功率開關(guān)管，從而接通開關(guān)控制電路，電磁開關(guān)通入電流后，通電線圈產(chǎn)生電磁吸力，移動(dòng)鐵芯開啟彈射系統(tǒng)，將電柜門打開。

1.2 溫度監(jiān)測(cè)單元包含溫度傳感器和A/D 轉(zhuǎn)換器，溫度傳感器安裝于低壓配電柜內(nèi)，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)部空氣溫度，并將檢測(cè)模擬信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供AT89C51 單片機(jī)識(shí)別、判斷，當(dāng)溫度信號(hào)超出閾值時(shí)，AT89C51 單片機(jī)自動(dòng)開啟報(bào)警器進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，同時(shí)向MOSFET 功率開關(guān)管發(fā)送高電平脈沖信號(hào)，開啟電柜門。

1.3 遙控單元包括紅外遙控器和無線接收器，當(dāng)運(yùn)維人員需要開門操作時(shí)，可通過紅外遙控器發(fā)送紅外電磁波，無線接收器接收后將該電磁波信號(hào)放大及處理后，將對(duì)應(yīng)電信號(hào)發(fā)送至AT89C51 單片機(jī)，從而開啟電柜門。

1.4 警示單元包括LCD 觸摸屏和報(bào)警器，LCD 觸摸屏負(fù)責(zé)設(shè)置臨界溫度值、顯示動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)溫度，報(bào)警器可提供蜂鳴報(bào)警。

2 智能開關(guān)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能開關(guān)系統(tǒng)的控制單元及其命令執(zhí)行是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，本系統(tǒng)軟件在Keil C51 開發(fā)環(huán)境中運(yùn)行，采用C 語言編程，Keil C51 軟件提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，可以完成本系統(tǒng)軟件編譯、調(diào)試、連接、仿真等整套開發(fā)流程，為C 語言編程提供可靠的開發(fā)環(huán)境。C 語言編程簡(jiǎn)易明了、言簡(jiǎn)意賅，在結(jié)構(gòu)功能、可讀性、可維護(hù)性等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，符合本系統(tǒng)編程所需語言要求，系統(tǒng)軟件流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)開機(jī)，程序自動(dòng)初始化后，下一步指令進(jìn)入main()函數(shù)內(nèi)的LCD 觸摸屏參數(shù)設(shè)置與顯示子程序，給臨界溫度賦值T、動(dòng)態(tài)顯示低壓配電柜內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度t；之后，順序進(jìn)入t 與T 的溫度判斷子程序，當(dāng)t＜T 時(shí)，監(jiān)測(cè)溫度未達(dá)到臨界溫度，門內(nèi)溫度較低，指令自動(dòng)進(jìn)入是否獲取無線紅外信號(hào)的判斷子程序，當(dāng)未獲取到無線紅外信號(hào)時(shí)，程序返回溫度判斷子程序，依次循環(huán)；當(dāng)t≥T 或獲取到無線紅外信號(hào)時(shí)，指令控制發(fā)送高電平脈沖信號(hào)，打開MOSFET 開關(guān)管，接通開關(guān)控制電路，打開電柜門，高電平延時(shí)5s 后轉(zhuǎn)為低電平脈沖信號(hào)，關(guān)閉MOSFET 開關(guān)管，斷開開關(guān)控制電路，程序返回溫度判斷子程序，等待下一次開啟指令。延時(shí)5s 關(guān)閉開關(guān)控制電路，能夠在非必要時(shí)降低電能消耗，節(jié)約能源。

3 結(jié)論

低壓配電柜智能開關(guān)系統(tǒng)是從實(shí)際問題角度出發(fā)，解決銀行運(yùn)維機(jī)房中低壓配電柜門在運(yùn)維人員巡檢時(shí)的安全問題。該系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)及A/D、供電電源等外圍電路，外接柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)單元、開關(guān)控制單元、遙控單元、警示單元等系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)，依托于Keil C51開發(fā)環(huán)境，采用C 語言編程方式，繪制出了系統(tǒng)軟件主程序流程圖，從軟硬件方面實(shí)現(xiàn)了低壓配電柜智能開關(guān)系統(tǒng)，有效解決了非接觸式打開問題，同時(shí)具有遠(yuǎn)程超溫報(bào)警、自動(dòng)彈射等功能，確保了運(yùn)維人員的操作安全。