一種直流接觸器與NI數(shù)據(jù)采集卡接口轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

蘇景賢，謝惠琴

（新美亞科技 （深圳）有限公司，廣東 深圳 518038）

0 引言

接觸器具有接通與分?jǐn)嘟恢绷髦麟娐返谋Ｗo(hù)功能，并且與電力、配電等配合應(yīng)用，常用于供電系統(tǒng)的開關(guān)器件。本文以某公司研發(fā)的SIZE3直流接觸器為性能檢測對象，其具有性能穩(wěn)定、功耗較低的特點，可以很好地應(yīng)用于自動控制電路系統(tǒng)中。因此，對接觸器進(jìn)行性能檢測迫在眉睫，檢測的內(nèi)容是：在相應(yīng)的時間內(nèi)，實時檢測其線圈的外部功耗和相應(yīng)的動作特性，測試其功耗和釋放電壓等性能檢測參數(shù)能否符合要求［1］?；诿绹鴩覂x器有限公司（以下簡稱NI）的PXI自動化系統(tǒng)，設(shè)計了一種與NI數(shù)據(jù)采集卡對接的接口轉(zhuǎn)換電路，將直流接觸器性能檢測后的數(shù)據(jù)信號傳送至上位機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理。最后，進(jìn)行了相關(guān)的電路設(shè)計，驗證了該接口轉(zhuǎn)換電路的可靠性。

1 接口轉(zhuǎn)換電路設(shè)計方案

通過NI數(shù)據(jù)采集卡對直流接觸器性能檢測產(chǎn)生的模擬信號和數(shù)字信號進(jìn)行采集，并實時地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理分析。首先，必須對外部信號進(jìn)行電路設(shè)計；其次，針對接口轉(zhuǎn)換電路中的不同信號進(jìn)行不同的電路設(shè)計；最后，將電路中的模擬信號通過電纜接口電路傳送到數(shù)據(jù)采集卡上，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號到計算機(jī)中。因此，整個電路系統(tǒng)主要由4大部分組成：控制繼電器電路、觸點通斷電路、功耗電流與回路電壓電路和電纜接口電路，其電路總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 接口轉(zhuǎn)換電路總體設(shè)計框圖

2 控制繼電器電路設(shè)計

根據(jù)性能檢測的需求，NI數(shù)據(jù)采集卡輸出數(shù)字信號控制繼電器的動作狀態(tài)。采集卡輸出高電平的數(shù)字信號，吸合繼電器，電路工作；采集卡輸出低電平的數(shù)字信號，斷開繼電器，停止工作。依據(jù)要求，對利用數(shù)字信號控制繼電器進(jìn)行了相關(guān)電路設(shè)計［2］，其電路原理圖如圖2所示。

圖2 控制繼電器電路原理圖

依據(jù)電路原理，由光耦TLP627、電阻和二級管等組成控制繼電器電路模型［3，4］。電路的輸入端與輸出端選用了光耦TLP627實現(xiàn)其電氣隔離。引腳P10（或P11）輸入＋5V的高電平信號，光耦電路導(dǎo)通，將＋24V電壓加載于繼電器線圈；引腳P10（或P11）輸入低電平信號，光耦電路斷開，繼電器斷開，停止工作。

3 觸點通斷電路設(shè)計

將85%額定電壓、75%額定電壓和10%額定電壓分別加載于線圈，對其完成釋放電壓特性試驗，其電路原理如圖3所示。

4 功耗電流與回路電壓電路設(shè)計

針對接觸器的功耗問題，檢測其功耗引腳AI4電流波形和引腳AI0電路中加載在接觸器兩端的電壓值。模擬輸出AO0閉環(huán)調(diào)節(jié)電路中電壓，使電路工作于合適的電壓范圍，其電路設(shè)計原理圖見圖4。被測接觸器兩端加載的直流電壓最高為250V，對應(yīng)采集卡的最大輸出電壓10V；采集卡模擬輸出2V，對應(yīng)穩(wěn)壓電源最大量程300V?？紤]到外界信號的干擾，在軟件內(nèi)進(jìn)行信號高頻濾波。由此可知，實現(xiàn)功耗電流的檢測、回路電壓的采集和加載接觸器上電壓的閉環(huán)控制是本電路設(shè)計目的。

圖3 觸點通斷電路原理圖

圖4 功耗電流與回路電壓電路原理圖

5 電纜接口電路設(shè)計

數(shù)據(jù)采集卡和電路板之間需要傳送信號，為此設(shè)計了68針接口電路，如圖5所示。將8路模擬輸入、2路模擬輸出和8路數(shù)字輸入輸出等端口對應(yīng)于NI數(shù)據(jù)采集卡通道的連接。接口電路的設(shè)計直接影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，它提供信息相互交換的應(yīng)答信號，并根據(jù)尋址信息選擇相應(yīng)的讀寫寄存器［5］。為了便于擴(kuò)展，設(shè)計接口電路時，將其所有接口，包括模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、模擬數(shù)字接地、數(shù)據(jù)采集卡輸出等都擴(kuò)展設(shè)計出來，以供日后選擇。

6 結(jié)論

本文自行設(shè)計的接觸器性能檢測接口轉(zhuǎn)換電路，解決了與NI數(shù)據(jù)采集卡接口問題。該電路可以實時準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將模擬信號傳送到數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為上位機(jī)可以識別的數(shù)字信號。

控制繼電器電路，解決了電路何時是否工作的問題；觸點通斷電路，保證了接觸器可以進(jìn)行動作特性試驗；功耗電流與回路電壓電路，實現(xiàn)了功耗電流數(shù)據(jù)的采集和閉環(huán)控制回路電壓；電纜接口電路，完成了采集卡和電纜傳輸線的對接。該接口轉(zhuǎn)換電路在接觸器性能檢測試驗中取得了很好的效果，可以應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線，具有較好的應(yīng)用前景。

圖5 電纜接口電路原理圖

［1］ 孫麗瓊，耿應(yīng)三，李愛軍，等.交直流接觸器特性自動測試系統(tǒng)的開發(fā)［J］.低壓電器，2008（19）：48－50.

［2］ 閻石.數(shù)字電路設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［3］ 李丹榮，王新第，杜維.光電耦合器的實用技巧［J］.自動化儀表，2003（6）：58－61.

［4］ 陸泉森，李軍，鮑鴻.光耦隔離技術(shù)在智能測控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械與電子，2008（2）：53－56.

［5］ 童詩白，華成英.模擬電路設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2001.