52·2010年第1期
特别报道
SpecialReports
本
文阐述了传统普通型双电源自动切换开关在
功能和技术上的局限性，简绍了新一代智能
型双电源自动切换开关的结构原理和功能上的先进性
与技术上的可行性，为今后大力发展智能型双电源自
动切换开关提供一些参考。
1目前双电源自动切换开关的整体状况
双电源自动切换开关主要用于如机场、医院、商
场、银行、消防、化工、军事和冶金等不允许断电的
一类负荷和部分二类负荷，完成双回路系统的电源自
动切换，从而保证重要用电场所的供电可靠性。随着
我国社会的发展，时代的进步，人们对工业自动化、
智能化和网络化程度要求的进一步提高，传统的普通
型双电源自动切换开关，因其结构简单，功能单一，
智能化程度不高，已越来越不能满足现代市场的需求
了，目前市场上的普通型双电源自动切换开关，在功
能上主要存在以下几方面缺陷：
1）控制系统不具备对不同使用场合，不同控制要
求的供用电设备进行自动供电控制的功能。
2）功能模块化不够，工作柔性化差。
3）无缺相、失压、过压、短路、过载和超频保护
等功能。
4）无通信功能，无法使控制器的运行可被远程操控。
5）采用继电器逻辑控制电路，元器件和电路的故
障率高。
6）无智能化功能，不能满足智能网络需求。
下表是普通型产品与智能型产品的技术参数对比。
从表中可以看出，普通型与智能型在功能上存在
较大的差异，普通型产品的使用范围远不如智能型产
品，故此，大力发展智能型双电源自动切换开关既是
市场的需求，也是技术发展的必然趋势。
2智能型双电源自动切换开关的主要功能
1）测量与显示。集合了电量变送器、数显表和数
据采集器等仪器的部分或全部功能。测量功能包括：
智能型双电源自动切换开关
两路三相相电压、频率。同时检测转换开关的状态量
（合闸、分闸和脱扣）等。采用LCD液晶大屏幕中文
显示。完备的中文操作提示使操作更方便。
2）判断与控制。控制器对两路电的供电质量进行
延时判断后，具有自动切换时间可调l～60s，输出20A
无源触点，控制转换开关切换。转换开关可以是两个
机械联锁的接触器，电动空开，也可以是专业的ATS
（如SOCOMEC）。
3）通信功能。控制器同时具有RS232C、RS485串
行通信接口，应用通信规约，借助于PC或数据采集系
统上运行的软件，能提供一个简单实用的对工厂、电
信、工业和民用建筑物双电源切换管理方案。实现双
电源切换的“遥控、遥测、遥调、遥信”四遥功能。
产品可远距离控制消防信号输出。
4）编程与设置。允许用户在现场或监控中心对其
工作状态“自动/手动”、“一路优先供电、二路优先
供电和无优先供电”、通信参数和转换需要的各种延
时等参数进行更改设定。同时记忆在内部FLASH存储
器内，在系统掉电时也不会丢失。在现场或监控中心
设定油机启动，报警输出等功能。
5）时钟功能。控制器具有实时时钟，并可进行校准。
6）优化的电源设计。控制器的供电电源可以外接
直流供电（12～24V），也可以不接；不接时，当两
路A相电压都没有时，工作将失效。
7）数字化的参数整定。控制器的所有参数均采用
数字化调整，摈弃常规采用电位器的模拟调整方法，
表普通型产品与智能型产品的技术参数对比
产品技术性能指标普通型产品的技术水平智能型产品的技术水平
通信功能无S485
频率检测无有
欠电压保护整定范围不可调可调
过电压保护整定范围不可调可调
分闸延时时间不可调可调
合闸延时时间不可调可调
显示功能无LCD液晶显示
数字化功能无有
网络化功能无有
■殷炳忠/巨邦电气有限公司
532010年第1期·
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4路10位A/D的89C591单片机，输入/输出用串行接口芯
片74LS164/165，液晶模块用LCM12232，串行通信接
口采用485芯片，控制器的实时时钟用DS1302实现，内
部FLASH存储器为AT24C04，两路三相电压电流的采样
采用隔离变压器完成。采样精度达1%。发电机启动信
号为无源触点，消防信号为24VDC/220VAC/380VAC。
软件设计：智能型自动转换开关系统软件分通信
软件和单片机程序两部分。通信软件用VC++编写，采
用结构化、模块化编程方法，由人机界面、数据库和
通信等模块组成。单片机程序采用模块化编程方法，
用KeilC编程完成。程序由测量与显示程序、小波变换
滤波程序、判断与控制程序、按键设置程序、参数整
定程序、通信控制程序、油机启动程序和看门狗保护
简化了硬件电路，提高了整机的可靠性和稳定性，每
个参数均可以单独调整，不会对其他参数造成影响。
8）双电源供电双分状态。系统负载于双分状态
时，不论两组电源是否正常以及系统“手动”和“自
动”的预置状态，系统都仍然保持双分状态。
9）产品保护功能。过负荷和短路保护；断相、断
路保护；失压、欠压保护，保护精度高。
10）高性能单片机程序控制，采用模块化结构设
计，具有极强的抗电磁干扰能力，适合在强电磁干扰
的复杂环境中使用，无噪声运行。嵌入式安装方式，
结构紧凑，安装方便。
3智能型双电源自动切换开关的结构
特点、工作原理
智能型自动转换开关主要由以下几部分组成：智
能控制器、机械联锁传动机构、电动机、断路器、输
入及输出接线端子等组成。
开关的结构原理如图1和图2所示。
工作原理：控制器对两路电压/电流同时进行检
测，对高于额定值（可调）的电源电压/电流判为过电
压/电流，对低于额定值（可调）的判为欠电压/电流。
微机控制电路对上述检测结果进行逻辑判断，处理结
果通过延时（可调）电路驱动相应的指令向电动操动
机构发出分闸或合闸指令。上述检测结果可在智能自
动控制器面板LCD显示屏上显示出来，也可以同时通
过485串口与计算机相连，采用软件控制，供用户查找
原因，以便用户在最短时间里修复线路，使双电源供
电恢复原状态。
硬件设计：智能型自动转换开关是由装置本体和
智能自动控制器两大部分组成。开关本体由两台带有
电动操动机构的断路器及附件（辅助报警触头等）、
机械联锁机构、电器联锁、熔断器、接线端子等组
成，所有零部件安装在一块金属板上。智能控制器由
新型的单片机及输入输出、LCD显示、电源、485通信
等诸多模块组成。上述两者之间通过专用的航空插头
接口和专用的长度不超2m的屏蔽电缆相连接，组成智
能控制系统，智能系统控制电源电压为220V（50/60Hz）
或12/24V直流电源。产品具有机械、电气双重连锁保护
功能，为供电提供了安全可靠的保证。产品可完成三相
三线、三相四线的双电源供电的自动切换。MCU选择带
图2智能型双电源开关控制器原理图
控制器
直流电源
电
源
选
择
NA
NB
NC
NN
RA
RB
RC
RN
常、备
用相电
压隔
离、取
样
AD
转换
电动机电源
AC220V
断路器QN、
QR状态信号
断路器QN、
QR脱扣信号
电压检测
485接口
电动机正反转控制信号
消防信号（DC24V）
消防反馈信号（无源）
起动发电机信号（无源）
QN分合闸指示灯（无源）
QR分合闸指示灯（无源）
面板按钮：4个
时间设定按钮：2个
状态指示发光二极管17个
显示模块
MCU
常用电源备用电源
NA
图1智能型自动转换开关原理图
NBNCNNRARBRCRN
断路器Q
N
断路器Q
R
220VAC消防信号24VDC
220VAC
380VAC
NA
NB
NC
NN
RA
RB
RC
RN
QN、QR通断
状态信号
（外接机械限位）
脱扣信号
（报警触点）
QN分合闸指示灯（无源）
QR分合闸指示灯（无源）
消防反馈信号（无源）
起动发电机信号（无源）
信号
转换
电路
24VDC
分励线圈
智能双电源控制器
电动机
机械连锁
传动机构
六相电压输入
输入、输出电路
485接口显示模块
MCU
电
源
选
择
控制器
直流电源
常、备用
电压检测
电动机正、反
转控制
54·2010年第1期
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程序等部分组成。
智能型自动转换开关采用单片机作为控制芯片，
在工业环境中，不可避免地会遇到电源波动、电磁波
辐射等干扰，如果单片机出现死机、程序跑飞等非正
常情况就会造成控制器不工作或者误工作。因此，除
了必须在电路上做抗干扰的措施以外，单片机型号
的选取和一些软件措施也是必要的。经比较得知，
P89C591的抗干扰能力较强，其硬件看门狗WDT也提
高了系统抗干扰的能力。WDT由一个l4bit计数器和看
门狗定时器复位寄存器WDTRST组成。WDT在复位时
是无效的。为了使能WDT，用户必须对WDTRST（位
置0A6H）顺序写人01EH和0ElH。当WDT使能，振荡
器在运行的每个机器周期，将它加1，除复位（硬件复
位或WDT溢出复位）外没有别的办法使WDT失效。当
WDT溢出，在RsT管脚输出一个高电平复位脉冲。这
样，就可以保证万一程序跑飞或死机，单片机能马上
复位，重新开始运行、监测两路电源状态。
4结束语
新一代智能型双电源自动切换开关具与传统普
通型产品不可比拟的诸多优点：产品集数字化、智能
化和网络化于一体，测量及控制过程实现自动化，
减少人为操作失误，真正实现机电一体化的自动转换
开关，具有电压检测、频率检测、通信接口、消防接
口和电气机械互锁等功能，可实现自动、电动远程和
紧急手动控制，确保主、备二路电源不会同时接通。
结构紧凑、外形美观、操作安全可靠、体积小、安装
方便、功能全、控制回路与装置通过专用电缆连接，
电路先进，可广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、
冶金、铁通、市政和智能大厦等行业及部门的电气装
置、自动控制和调试系统，发展前景一片光明。EM
（收稿日期：2010.01.15）
（上接第48页）
由计算，XMCO—188交流接触器的θ角较经验参
数偏小，所以建议调整分磁环的参数，以使分磁环的
（c）U＝0.85U
N
时各参量变化情况
300
200
100
0
－100
－200
－300
0.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.06
吸力
反力
磁链
t/s
电流
电压
（a）U＝1.0U
N
时各参量变化情况
400
300
100
0
－100
－200
－300
0.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0550.0600.065
200
－400
电压
磁链
吸力
电流反力
t/s
（b）U＝0.9U
N
时各参量变化情况
300
200
100
0
－100
－200
－300
0.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050
吸力
反力
磁链
t/s
电流
电压
效果达到最佳。
3结束语
将LABVIEW软件系统应用到电磁机构的动态计算
和分析中，其直观易懂的可视化界面，方便了用户的
操作和修改，大大提高了分析的效率。同时，所设计
软件便于对系统的维护和功能扩展，它也适用于其他
型号交流接触器的动态特性的分析，且其使用成本较
低，因此该系统具有较强的实用价值。本文的工作为
该产品电磁系统优化设计奠定了基础，同时为产品的
特性分析提供参考依据。EM
（收稿日期：2010.01.08）
图14吸合后线圈电压、电流、磁链、吸力和反力的变化情况
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