時(shí)間繼電器在自動(dòng)控制中的應(yīng)用研究

周斌 封杰 吳育騰 周立波 鄭海涯 楊程

摘 要：時(shí)間繼電器具有集成度高、外圍電路簡(jiǎn)單和在延時(shí)過程中延時(shí)顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，在各種電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。尤其是在自動(dòng)控制領(lǐng)域，時(shí)間繼電器芯片已基本取代傳統(tǒng)的電動(dòng)式時(shí)間繼電器或用RC 充電電路以及單結(jié)晶體管所完成的延時(shí)觸發(fā)時(shí)間控制電路時(shí)間繼電器，成為現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可或缺的部分。本文根據(jù)時(shí)間繼電器的基本理論和原理，分析了它在自動(dòng)控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：時(shí)間繼電器;自動(dòng)控制;工程應(yīng)用

1時(shí)間繼電器的基本理論

1.1時(shí)間繼電器的概念

自動(dòng)控制是指脫離了人的直接參與活動(dòng)， 通過某些控制裝備使被控制的裝備還能像原定的計(jì)劃或是規(guī)律運(yùn)行[1]。而時(shí)間繼電器作為一種輔助元件會(huì)用于各種保護(hù)和自動(dòng)控制的裝置中，是目前自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的輔助元件之一， 普遍應(yīng)用于額定交流電壓在380V以下、頻率50Hz/60Hz和直流電壓220V及以下的自動(dòng)控制電路中，使被控元件通過時(shí)間續(xù)電器達(dá)到時(shí)間控制和指示等作用， 在保護(hù)裝置中發(fā)揮著實(shí)現(xiàn)主保護(hù)與后備保護(hù)的選擇性配合的作用[2]。

1.2時(shí)間繼電器的工作原理

時(shí)間繼電器是一種自動(dòng)化控制領(lǐng)域中重要元件，是一種延時(shí)功能由電子線路來實(shí)現(xiàn)的控制器，可廣泛適用于各種自動(dòng)控制電路中作時(shí)間控制、指示等用途[3]。時(shí)間繼電器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，具有不可替代的作用。典型的時(shí)間繼電器由時(shí)基電路、分頻電路、計(jì)數(shù)電路顯示驅(qū)動(dòng)電路和一些外圍設(shè)定和保護(hù)電路組成。下面的圖1給出了一個(gè)典型時(shí)間繼電器的原理框圖。

時(shí)間繼電器最主要的功能是延時(shí)，因此整個(gè)電路有三部分對(duì)其實(shí)現(xiàn)功能影響最大，分別是：產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)的振蕩器、對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)分頻的分頻器和進(jìn)行延時(shí)控制的計(jì)數(shù)器。

2時(shí)間繼電器校驗(yàn)方法

2.1利用集中錄波變位信息或后臺(tái)變位信息進(jìn)行校驗(yàn)

當(dāng)斷路器本體位置各相分、合位均接入故障錄波屏、測(cè)控屏?xí)r，可以利用故障錄波、后臺(tái)的斷路器位置變位信息對(duì)三相不一致時(shí)間繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，但是存在誤差，誤差產(chǎn)生原因?yàn)椋簲嗦菲鞴逃蟹珠l時(shí)間，一般為幾十毫秒。

當(dāng)接入錄波、測(cè)控的斷路器各相分、合閘位置信號(hào)為操作箱TWJ、HWJ信號(hào)時(shí)，雖能夠利用故障錄波、后臺(tái)的斷路器位置變位信息對(duì)三相不一致時(shí)間繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，但是存在誤差，誤差產(chǎn)生原因?yàn)椋簲嗦菲鞴逃蟹珠l時(shí)間（一般為幾十毫秒）及TWJ、HWJ繼電器動(dòng)作時(shí)間（一般為幾個(gè)毫秒）。

當(dāng)接入錄波、測(cè)控的斷路器位置未按各相分、合位單獨(dú)接入時(shí)，此時(shí)無法利用故障錄波、后臺(tái)的斷路器位置變位信息對(duì)三相不一致時(shí)間繼電器進(jìn)行校驗(yàn)。

2.2 利用傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行校驗(yàn)

需要將繼電器拆下拿至繼電保護(hù)小室內(nèi)進(jìn)行校驗(yàn)或是將繼電保護(hù)測(cè)試儀由兩人抬至場(chǎng)地?cái)嗦菲鳈C(jī)構(gòu)處進(jìn)行測(cè)試，且由于沒有專用的二次接線，導(dǎo)致接線不方便，存在接觸不良造成測(cè)試時(shí)間不準(zhǔn)確、測(cè)試效率低、直流短路等風(fēng)險(xiǎn)，而且需要多人配合，測(cè)試結(jié)果會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)接線不正確或者松動(dòng)導(dǎo)致不準(zhǔn)確，若一旦發(fā)生短路現(xiàn)象，有可能燒壞繼電器及繼電保護(hù)測(cè)試儀，導(dǎo)致工作無法正常進(jìn)行，增加停電時(shí)間，不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。需要人工記錄數(shù)據(jù)，容易丟失，且無法與上次進(jìn)行對(duì)比分析。這種測(cè)試方法一個(gè)三相不一致繼電器往往需要半個(gè)多小時(shí)的時(shí)間，工作效率較低。另外，在智能站定檢工作中，往往只攜帶數(shù)字化保護(hù)測(cè)試儀，無法利用測(cè)試儀對(duì)斷路器本體三相不一致時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間測(cè)試。

3固態(tài)時(shí)間繼電器測(cè)試系統(tǒng)研制

具體系統(tǒng)包括手持式測(cè)試儀主機(jī)、鋰離子可充電電池、測(cè)試開關(guān)等模塊組成，最主要的是主機(jī)中的單片機(jī)，單片機(jī)分別與所述升壓電路、電壓檢測(cè)模塊、觸點(diǎn)檢測(cè)模塊控制連接，所述升壓電路還與所述電壓檢測(cè)模塊控制連接，另外單片機(jī)能夠輸出指令控制升壓電路升壓至設(shè)定值，接收電壓檢測(cè)模塊的信息，輸出指令控制液晶顯示屏顯示準(zhǔn)備就緒的信息，記錄測(cè)試開始的時(shí)間，接收觸點(diǎn)檢測(cè)模塊的信息，并根據(jù)各種輸入信息，計(jì)算出時(shí)間繼電器的動(dòng)作時(shí)間，并輸出指令控制液晶顯示屏顯示計(jì)算結(jié)果。

3.1 系統(tǒng)的工作原理

單片機(jī)輸出控制升壓電路升壓至設(shè)定值的指令，接收電壓檢測(cè)模塊提示電壓已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值的信息，記錄開始測(cè)試的時(shí)間，接受觸點(diǎn)檢測(cè)模塊的信息，根據(jù)各種輸入信息，計(jì)算出測(cè)試結(jié)果。具體工作的原理為：所述升壓電路一方面與單片機(jī)連接，接受單片機(jī)輸出的指令，按要求通過電壓輸出端子將升壓后的電壓輸出到待測(cè)的時(shí)間繼電器。升壓電路另一方面連接電壓檢測(cè)模塊接受檢測(cè)，電壓檢測(cè)模塊判斷升壓電路是否升壓至設(shè)定值，電壓檢測(cè)模塊再將電壓達(dá)到設(shè)定值的時(shí)刻告知單片機(jī)，表明準(zhǔn)備工作就緒，可以開始測(cè)試。

按下測(cè)試鍵后單片機(jī)記錄開始測(cè)試的時(shí)間，時(shí)間繼電器獲得升壓后的電壓，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)開始接點(diǎn)動(dòng)作，觸點(diǎn)檢測(cè)模塊一方面和單片機(jī)連接，另一方面通過觸點(diǎn)檢測(cè)端子與被測(cè)的時(shí)間繼電器連接，檢測(cè)到時(shí)間繼電器接點(diǎn)動(dòng)作后，將開始接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)刻告知單片機(jī)，參與結(jié)果計(jì)算，接點(diǎn)開始動(dòng)作的時(shí)刻與測(cè)試開始時(shí)間之間的時(shí)間差，即為所要測(cè)試的繼電器的動(dòng)作時(shí)間。

3.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（1）固態(tài)時(shí)間繼電器測(cè)試系統(tǒng)研制。工作方式1：電源適配器：AC220V輸入，DC5V輸出，可對(duì)內(nèi)置電池進(jìn)行充電;工作方式2：內(nèi)置電池可靠工作時(shí)長(zhǎng)：0.5h-1h以上測(cè)試電源輸出電壓：DC +110V 及 DC-110V 測(cè)試插腳（6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔）

1、節(jié)點(diǎn)兩對(duì)（節(jié)點(diǎn)1開入端1、節(jié)點(diǎn)1開入端2;節(jié)點(diǎn)2開入端1、節(jié)點(diǎn)2開入端2）2、電源正輸出（+110V），電源負(fù)輸出（-110V）測(cè)試線及線頭要求：

1、二次線8組，每組兩顆，每顆長(zhǎng)度1m。二次線一頭與測(cè)試儀標(biāo)準(zhǔn)孔對(duì)接，一頭為針式接頭，用于SJ2形式的繼電器連接。2、配備足夠數(shù)量二次線轉(zhuǎn)換頭，主要適用于針插式繼電器進(jìn)）。

存儲(chǔ)記錄：200條以上測(cè)試報(bào)告模板（同時(shí)顯示節(jié)點(diǎn)1測(cè)試結(jié)果及節(jié)點(diǎn)2測(cè)試結(jié)果）1、節(jié)點(diǎn)1測(cè)試結(jié)果：被測(cè)繼電器名稱、繼電器型號(hào)、測(cè)試時(shí)間（年月日）、動(dòng)作時(shí)間值（ms）2、節(jié)點(diǎn)2測(cè)試結(jié)果：被測(cè)繼電器名稱、繼電器型號(hào)、測(cè)試時(shí)間（年月日）、動(dòng)作時(shí)間值（ms）

測(cè)試功能：時(shí)間繼電器動(dòng)作時(shí)間，尺寸：200 x 120 x 60 mm，重量：1.5kg以下;鍵盤：英文/數(shù)字鍵盤，

外觀布局：1、6個(gè)測(cè)試孔布局在測(cè)試儀頭部，電源與節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，電源正用紅色、電源負(fù)用黑色，節(jié)點(diǎn)顏色與電源顏色應(yīng)明顯區(qū)別;2、測(cè)試儀上部為屏幕區(qū);3、測(cè)試儀下部為按鍵區(qū)。存儲(chǔ)接口：USB接口，時(shí)間記錄精度：0.1ms。

（2）智能控制系統(tǒng)開發(fā)。采用集成電路控制，支持二次開發(fā)，預(yù)留兩組以上控制信號(hào)輸出接線端子。

（3）程序編制。滿足工作邏輯功能，裝置可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。

4結(jié)語(yǔ)

本研究主要簡(jiǎn)要的分析時(shí)間繼電器在自動(dòng)控制應(yīng)用當(dāng)中的應(yīng)用作用，時(shí)間繼電器的發(fā)展和技術(shù)的革新是亟待自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮的重要，特別是在時(shí)間精度和延時(shí)方式上都取得了較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步，研究時(shí)間繼電器在自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用作用，能夠確保時(shí)間繼電器更好的發(fā)展，也可以促使其不斷地滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需要。

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