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摘 要:介绍一款基于8位单片机ATmega128为主控芯片,具有16路输出的ARTU-J16型遥控单元的设计原理,以及该产品主要技术指标与应用案例。关键字:ATmega128芯片;遥控单元;ARTU-J16型0 引言 在电力及工业自动化控制系统中,断路器的分合、电机的启停,电磁阀的开闭等,有众多的执行机构需要进行远程控制,在以往的系统设计中常使用多个PLC或带有通讯和开关量输出功能的现场仪表组成一个远程自动控制系统,但高昂的成本和繁琐的系统结构给自动化设计、应用带来困扰。 本文介绍一款具有16路遥控接点输出的ARTU-J16,该装置通过RS485总线与上位机相连,作为远程继电器输出模块,用于接收计算机指令,执行系统的遥控操作或自动控制,继电器输出共16路,装置拥有1600组操作事件记录,带GPS校时功能,在外部电源掉电后可以保证SOE事件记录一个月内不丢失,相对以往控制方式,本设计在简化控制网络结构的同时,提供了一种低成本,高可靠性的替代方案。1 电路设计原理 ARTU-J16遥控单元硬件主要包括主CPU芯片、拨码开关设定输入、实时时钟、双路RS485通讯、SOE事件记录存储、看门狗控制、继电器控制及输出、供电电源模块等8部分组成(见图1)。1.1 主控CPU ARTU-J16型16路遥控执行单元设计采用ATMEL公司的ATmega128,单芯片实现双路RS485通讯、数据处理、事件记录存取,显示和16路继电器常开接点的输出状态控制。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC结构高速低功耗单片机,在16M时钟频率时系统性能可达16MIPS,内带128k的FlashROM、4k的EEPROM、4k系统SRAM;可扩展64k外部存储器;两路UART通讯口。同时该芯片拥有JTAG在线编程口,方便用户调试,降低了开发成本,53个可编程I/O口可以挂接足够多的外围设备。1.2 拨码开关设定输入 拨码开关提供用户一个简化的人机接口,用于设定RS485通讯中的地址、波特率、数据格式等设定功能,拨码开关(SW1)的10位数据口都接10k电阻上拉到Vcc,电路使用一个74HC244(IC5)数据缓冲器,把拨码开关的状态传送到8位数据总线,剩余两根数据线则直接接到CPU的I/O端口(见图2)。1.3 实时时钟 实时时钟芯片RX-8025A(IC4)提供给系统SOE事件的时间记录点,该芯片拥有400kHz 串行I2C总线接口,内置频率为32.768 kHz 的石英振荡器,提供宽温、高稳定性的实时时间数据。1.4 通讯方式 通讯方式采用双路RS485方式,调试及设定和上位机通讯部分在物理上分成两路,互不干扰,有效防止可能存在的误操作(见图3)。1.5 SOE事件记录存储 SOE事件记录存储器使用32k低功耗SRAM(IC3)IC61C256AH和后备电源形成一个断电不丢失的数据存储单元,使用数据锁存器74HC373(IC2)和CPU的PC端口组成15位数据地址对IC3进行数据存储操作(见图4)。1.6 看门狗控制 掉电自动保存部分使用MAX691CWE(IC8)作为电源管理,在系统有辅助供电的情况下保证IC3由主电源Vcc供电,当主电源掉电时则自动切换到后备电池供电方式。同时此芯片还兼有看门狗功能,在系统死机的极端情况下及时复位CPU使系统快速恢复至受控状态(见图5)。1.7 继电器控制及输出 继电器控制输出使用一个74HC273(IC14)锁存需要输出的8路继电器输出状态,再经由ULN2803(IC15)驱动对应的继电器(K1只是16路中的一路),二极管D1可以旁路继电器K1在断开的瞬间所产生的反向电流,而并接在K1输出接点上的压敏电阻VZ1则可以吸收关断后级感性负载所产生的反向电动势,有效延长输出继电器触点的寿命(见图6)。1.8 电源部分 电源模块采用PI公司的开关电源芯片,输入范围为AC/DC 80-270V,电源共有3路输出,分别给CPU,继电器驱动、通讯等部分电路提供电源。2 软件设计 软件设计流程见图7。3 产品结构特点及技术指标 ARTU-J16采用DIN35mm导轨安装。前端带通信指示和信号运行通道指示2组指示灯,通信有两路RS485接口,一路用于通用参数的设置及调试,另一路用于和上位机通讯。产品顶端设有拨码开关窗口,可通过拨码开关设置产品通讯地址和波特率。产品符合JB/T10388-2002《带总线通信功能的智能测控节点产品通用技术条件》、GB/T7261-2000《继电器及装置基本试验方法》和GB/T13729-2002《远动终端设备》标准。产品主要技术指标见表1 表1 性能指 标输出回路16路继电器输出(脉冲或保持方式)输出容量AC 5A/220V或DC 5A/30V总线方式二线制半双工RS485(ModBus—RTU)建议采用三芯屏蔽线总线容量≤32操控准确率100%事件顺序记录(SOE)容量1600组外壳防护等级IP20电源DC24V或AC/DC200V电源功耗<5W4 应用案例 以某配电系统为例,1台ARTU-J16控制8路低压馈线,CM1断路器配电动机操作机构,一次方案见图8(a),控制方式见图8(b)。启停按钮现场手动控制各回路断路器的合、分闸,遥控单元通过通讯接口集中控制8路断路器的工作状态,实现断路器就地与远程两地控制的工作模式。5 结束语 ARTU-J16遥控单元于2007年12月在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心测试,符合相关标准要求。该产品已在某油田供水供电公司、苏州某税务大厦、内蒙某煤矿等工程配电监控系统中得到应用,降低了投资成本,产生了较好的社会和经济效益。 文章来源于:《电气开关》2009年第5期。参考文献: 上海安科瑞电气有限公司.ARTU四遥单元安装使用说明书,2008.07版. 任致远,周中.电力电测数字仪表原理与应用指南,中国电力出版社,2007.
随着信息、材料和能源技术的进步,锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。电池隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,在电池中起着防止正、负极短路,同时在充放电过程中提供离子运输通道的作用。其性能的优劣决定了电池的界面结构内阻,进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性。Labthink兰光接下来结合透气性测试仪、智能电子拉力试验机、测厚仪及热缩试验仪对电池隔膜的透气性能、耐穿刺性能、拉伸强度、厚度及热收缩性能检测进行简要的介绍。一、电池隔膜透气性能电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜,其主要作用有:隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过;让电解质液中的离子在正负极间自由通过。隔膜的存在首先要满足它不能恶化电池的电化学性能,主要表现在内阻上。通常内阻的大小通过其透气率来表征,或者称之为Gurley数,即一定体积的气体,在一定压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间。对于相同的电池隔膜,这个数值从一定意义上来讲,和用此隔膜装配的电池的内阻成正比,即该数值越大,则内阻越大。Labthink兰光的BTY-B1P透气性测试仪,采用计算机控制,三测试腔设计,压力差可调,人机交互友好,测试效率高,可满足各种客户对于电池隔膜透气性测试的要求。二、电池隔膜耐穿刺性能及拉伸强度锂电池在使用过程中电池内部会逐渐形成枝状晶体,有可能刺破隔膜,造成内部微短路。在制造过程中由于电极表面涂覆不够平整、电极边缘有毛刺等情况,以及装配过程中工艺水平有限等因素,都要求电池隔膜具有相当的穿刺强度。另外,电池隔膜的拉伸强度也是影响其应用的一个重要因素,如果隔膜在使用过程中破裂,就会发生短路,降低成品率。Labthink兰光的XLW(PC)智能电子拉力试验机,该机具备拉伸强度与变形率、剥离强度,热合强度,撕裂等7项测试功能,并且这些功能均采用菜单式界面,选择相应检测功能,即可执行标准规定的检测。配合专用的测试夹具,还可以对电池隔膜进行刺破性能测试,是目前行业中最为专业的仪器。三、电池隔膜厚度电池隔膜的厚度是否均匀是检测其各项性能的基础。厚度不均匀,会影响到透气率、拉伸强度等性能,对厚度实施高精度控制也是确保质量与控制成本的重要手段。Labthink兰光的CHY-CA测厚仪,采用目前世界测量领域最先进的技术成果,确保测量结果的高精确性,多次测量结果的高度一致性;并且操作调试极其方便,几近于自动化操作,最大限度地减少了人为因素对测量结果带来的影响。该仪器具有手动、自动两种测量模式,对于手动模式测量,可打印输出测量结果;对于自动模式测量,可按照预先设置好的次数自动测试,并对测量结果进行统计、分析、打印输出;接触面积、测量压力、移动速度等严格遵循相关标准的规定。四、电池隔膜热收缩性在电池生产过程中由于电解液对水分非常敏感,大多数厂家会在注液前进行85℃左右的烘烤,要求在这个温度下电池隔膜的尺寸也应该稳定,否则会造成电池在烘烤时,隔膜收缩过大,极片外露造成短路。Labthink兰光的RSY-R2热缩试验仪,采用微电脑控制,PID温度控制,液体加热介质,温度控制精确,受热均匀,用于电池隔膜、热缩管、背板等材料在多种温度下进行热收缩性能及尺寸稳定性的精准测试。当然确保了电池隔膜的透气性能、耐穿刺性能、热收缩性能等指标合格后,还需要对其他的一些指标如浸润度、化学稳定性、孔径及分布、闭孔温度、破膜温度、孔隙率等进行控制,以确保其使用适应性。 以上资料由济南Ulab优班检测提供更多资料www.ulab.cn
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