3.6 開關量輸入電路

前面介紹了SD-2210型FTU的構成，從中知道一般FTU硬件構成主要有如下幾部分：①CPU，核心部件；②ROM，只讀存儲器，斷電不丟失，不可寫，用于存放程序和數據；③RAM，隨機存儲器，可讀可寫，斷電丟失，存放臨時數據和程序；④網卡，將要傳遞的數據轉換為網絡上其他設備能夠識別的格式；⑤MODEM，調制解調，完成通信功能；⑥接口電路,包括模擬量輸入回路（簡稱模入回路）、模擬量輸出回路（簡稱模出回路）、數字量輸入回路（簡稱開入回路）、數字量輸出回路（簡稱開出回路）。

配電系統(tǒng)中大量存在著以0、1變化的信號量，如斷路器的開合狀態(tài)、隔離開關的位置狀態(tài)、繼電保護和自動裝置的工作狀態(tài)，這些開關量信息輸入微機系統(tǒng)的電路稱為開入，采集這些開關量信息在配電自動化中也被稱為遙信。開入電路通常由隔離電路、去抖電路、三態(tài)門、地址譯碼、邏輯控制、驅動等構成。

3.6.1 隔離電路

斷路器、隔離開關的狀態(tài)一般取自它們的輔助觸點，這些輔助觸點位于高壓配電裝置的現場，現場電磁場很強，而這些觸點通常距離測量裝置較遠，連線較長，為了避免這些連線將干擾引入微機系統(tǒng)，一般信號輸入時需要采取隔離措施。隔離方法通常有兩種：繼電器隔離和光電隔離。

1.繼電器隔離

繼電器隔離的原理接線如圖3-5所示。

繼電器隔離的工作原理分析如下：

1）若斷路器打開，斷路器輔助觸點閉合，直流電源經過閉合的斷路器輔助觸點使得繼電器線圈K帶電，從而繼電器對應觸點K₁閉合，數據采集電路將低電平0采入微機系統(tǒng)。

2）若斷路器閉合，輔助觸點打開，繼電器K線圈失電，從而繼電器對應觸點K₁打開，數據采集電路將高電平+5V即高電平1采入微機系統(tǒng)。

特別注意：與繼電器K線圈反并聯的二極管稱為續(xù)流二極管，當K線圈失電時，由于是一電感線圈，電流不能突變，所以必須通過反并聯的二極管續(xù)流，釋放能量，否則根據電感的基本伏安關系式，電感能量無處可去，引起電流從有到無的突變，必將引起高電壓，燒壞整個電路。

2.光電隔離

光電隔離是目前最常用的隔離方式，與繼電器隔離電路相比，其核心部件改由光敏晶體管代替，其余部分相似。光電隔離的原理接線如圖3-6所示。

光電隔離的工作原理分析如下：

若斷路器打開，其輔助觸點閉合，直流電源經過閉合的斷路器輔助觸點使得二極管導通發(fā)光，從而光敏晶體管導通，數據采集電路將低電平0采入微機系統(tǒng)。

若斷路器閉合，其輔助觸點打開，二極管失電，從而光敏晶體管不導通，集電極發(fā)射級呈高阻狀態(tài)，數據采集電路將高電平+5V即1采入微機系統(tǒng)。

光耦合器體積小，響應速度快，不受電磁干擾影響，是較為理想的隔離手段。

3.6.2 去抖電路

斷路器觸點的閉合并不是一步到位的，而是有一個抖動的過程，并且長線和空間也會產生干擾信號，這樣會使得輸入信號上下波動，而輸出信號如果亦步亦趨，跟蹤十分靈敏，會造成微機對斷路器位置的錯誤判斷，所以在隔離電路之后還應加一個去抖電路。

去抖電路的核心部件是具有雙門檻觸發(fā)特性的施密特觸發(fā)器。

施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓（U_T+）；在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓（U_T-）。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓（ΔU_T）。普通門電路的電壓傳輸特性曲線是單調的，施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線則是滯回的。施密特觸發(fā)器的電路符號和輸入輸出波形如圖3-7 所示。

施密特觸發(fā)器用在去抖電路中的工作原理分析如下：

1）沒有采用施密特去抖之前，開關的微小抖動，微機都跟蹤靈敏，如圖3-8a所示，采樣值一高于設定的門檻值，高電平1輸入微機，判定開關閉合，采樣值一低于設定的門檻值，低電平0輸入微機，判定開關打開，如此，開關實際只動作了一次，可卻由于將抖動誤判斷成了開關的關合狀態(tài)，實際判斷結果卻是開關關合了好幾次，出現判斷錯誤。

2）當加入去抖電路后，由于施密特的雙門檻觸發(fā)特性，如圖3-8b所示，當輸入信號下降雖然低于了U_T+，可由于沒有低于U_T-，輸出信號不會發(fā)生翻轉，這樣在開關微小抖動期間，微機一直判斷開關閉合，僅動作一次，正確。