浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 謝子青

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，越來越多的企事業(yè)單位、學(xué)校建立機(jī)房，告別了紙質(zhì)辦公方式、一只粉筆的教學(xué)模式，采用無紙化的電子辦公模式、多媒體教學(xué)方式等，單位各部門的電腦組成一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)。這種模式極大地提高了工作效率，節(jié)約了成本，也為保護(hù)地球自然資源做了一定的貢獻(xiàn)。但是也存在弊病，因?yàn)闄C(jī)房、電腦是需要電源供電的，一旦在工作過程中出現(xiàn)突然斷電現(xiàn)象，就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，陷入混亂狀態(tài)；對(duì)于學(xué)校而言，正常的教學(xué)次序被破壞，甚至教學(xué)工作就不能開展。雖然在十一五期間，國家加大了電網(wǎng)建設(shè)方面的投資力度，但有很多因素都會(huì)影響電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性，機(jī)房內(nèi)的電腦及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍有可能被中斷供電。因此，如何在失去電源后快速重新、無擾動(dòng)地獲得供電，為機(jī)房內(nèi)的電腦及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供可靠電源，是我們必須研究和關(guān)注的問題。

本文主要探討某高校機(jī)房電源工程，實(shí)現(xiàn)多路電源的智能無擾動(dòng)切換控制。該校機(jī)房內(nèi)設(shè)備由UPS供電，UPS前端有兩路市電和一臺(tái)自備發(fā)電機(jī)，即有三路電源輸入。在正常的情況下，市電1使用優(yōu)先，當(dāng)兩路市電都無法供電時(shí)，啟動(dòng)自備發(fā)電機(jī)供電，以確保UPS前端必有一路電源輸入?？梢?，必須實(shí)現(xiàn)電源三選一的智能自動(dòng)切換控制，為UPS提供可靠的不間斷電源。

2.系統(tǒng)主要功能

UPS供電電源的智能切換控制是以單片機(jī)控制器為核心，通過檢測電路來采集外部切換條件，并運(yùn)用單片機(jī)控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，通過帶電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的開關(guān)器件，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中不同電源之間的切換控制。主要功能如下：

（1）檢測與顯示：主要檢測市電一、市電二這兩路三相相電壓、頻率，同時(shí)檢測轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài)量(合閘、分閘、脫扣)等。狀態(tài)指示采用LED發(fā)光二極管。

（2）判斷與控制：控制器對(duì)檢測電路送來的信號(hào)運(yùn)用微控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，進(jìn)行兩路市電的供電質(zhì)量的分析判斷后，選擇哪路市電供電或是否啟動(dòng)自備發(fā)電機(jī)供電，輸出控制信號(hào)，控制電動(dòng)開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。

（3）數(shù)字化的參數(shù)整定：采用數(shù)字化調(diào)整控制器的所有參數(shù)[1]，硬件電路得到了簡化，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，且每個(gè)參數(shù)都可單獨(dú)調(diào)整。

（4）高性能單片機(jī)程序控制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的抗電磁干擾能力。

3.硬件設(shè)計(jì)

如圖1所示，控制器對(duì)市電1、市電2及發(fā)電機(jī)電壓同時(shí)進(jìn)行檢測，單片機(jī)控制電路運(yùn)用微控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的模糊控制算法，對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，自行選擇電源線路，向開關(guān)器件發(fā)出分閘或合閘指令。開關(guān)器件指帶有電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器及附件、機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)等。

表1 切換控制狀態(tài)的真值表

表2 電源轉(zhuǎn)換電壓、時(shí)間測試結(jié)果

4.智能無擾切換控制模塊的模糊控制算法

本系統(tǒng)中，投切電源完全是根據(jù)模糊控制算法，具體包括：首先確定輸入電源對(duì)應(yīng)的外部切換條件，其次根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和切換原則，建立專家規(guī)則庫，對(duì)于任何系統(tǒng)狀態(tài)均能夠找到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)性處理規(guī)則，通過采集外部切換條件、利用特定的類C編程語言來構(gòu)建切換控制函數(shù)，調(diào)用切換控制函數(shù)以執(zhí)行該狀態(tài)下專家?guī)熘袑?duì)應(yīng)的專家規(guī)則，以保自動(dòng)切換的進(jìn)行。其主體是一個(gè)解決自動(dòng)切換控制的指令規(guī)則集合[2]。模糊控制算法的實(shí)施原則為：市電1的使用優(yōu)先級(jí)最高，市電2的使用優(yōu)先級(jí)次之，自備發(fā)電機(jī)的使用優(yōu)先級(jí)最低。

4.1 選取和確定外部切換條件

外部切換輸入條件為：市電1線路電壓，市電2線路電壓，發(fā)電機(jī)的電壓；輸出控制量為：市電1線路的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開關(guān)量Kl，市電1線路的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開關(guān)量K2和發(fā)電機(jī)的電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)開關(guān)量K3。

4.2 專家控制算法的規(guī)則庫

切換控制規(guī)則庫()

{

A、K1閉合&&K2斷開&&K3斷開//該操作適合于市電1線路電壓正常的情況下

B、K2閉合&K1斷開&&K3斷開//該操作適合于市電1線路電壓不正常，而市電2線路電壓正常的情況下

圖1 智能無擾切換控制器組成框圖

C、K3閉合&&K1斷開&&K2斷開//該操作適合于市電1與市電2線路電壓都不正常的情況下

表1是切換控制狀態(tài)的真值表，該表顯示了在不同外部切換條件輸入的情況下，專家控制算法給出相對(duì)應(yīng)的輸出指令。

5.測試結(jié)果

通過對(duì)樣機(jī)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換、時(shí)間測試，其結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，控制模塊完全按照預(yù)定的方法運(yùn)行，能在不同的設(shè)定下對(duì)故障情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并按照要求準(zhǔn)確自動(dòng)切換，做到了真正的過渡自然，無擾切換。

[1]賞星耀,項(xiàng)新建.雙電源智能自動(dòng)切換系統(tǒng)的研究[J].機(jī)電工程,2006(7):18-20.

[2]徐孟龍.太陽能無線LED信息顯示系統(tǒng)的研究[D].湖南師范大學(xué)碩士論文,2011(5):26-32.