一种直流接触器与NI数据采集卡接口转换电路设计

苏景贤，谢惠琴

（新美亚科技 （深圳）有限公司，广东 深圳 518038）

0 引言

接触器具有接通与分断交直流主电路的保护功能，并且与电力、配电等配合应用，常用于供电系统的开关器件。本文以某公司研发的SIZE3直流接触器为性能检测对象，其具有性能稳定、功耗较低的特点，可以很好地应用于自动控制电路系统中。因此，对接触器进行性能检测迫在眉睫，检测的内容是：在相应的时间内，实时检测其线圈的外部功耗和相应的动作特性，测试其功耗和释放电压等性能检测参数能否符合要求［1］。基于美国国家仪器有限公司（以下简称NI）的PXI自动化系统，设计了一种与NI数据采集卡对接的接口转换电路，将直流接触器性能检测后的数据信号传送至上位机，并进行相关的数据分析和处理。最后，进行了相关的电路设计，验证了该接口转换电路的可靠性。

1 接口转换电路设计方案

通过NI数据采集卡对直流接触器性能检测产生的模拟信号和数字信号进行采集，并实时地传输到上位机，进行数据的处理分析。首先，必须对外部信号进行电路设计；其次，针对接口转换电路中的不同信号进行不同的电路设计；最后，将电路中的模拟信号通过电缆接口电路传送到数据采集卡上，转换为数字信号到计算机中。因此，整个电路系统主要由4大部分组成：控制继电器电路、触点通断电路、功耗电流与回路电压电路和电缆接口电路，其电路总体设计框图如图1所示。

图1 接口转换电路总体设计框图

2 控制继电器电路设计

根据性能检测的需求，NI数据采集卡输出数字信号控制继电器的动作状态。采集卡输出高电平的数字信号，吸合继电器，电路工作；采集卡输出低电平的数字信号，断开继电器，停止工作。依据要求，对利用数字信号控制继电器进行了相关电路设计［2］，其电路原理图如图2所示。

图2 控制继电器电路原理图

依据电路原理，由光耦TLP627、电阻和二级管等组成控制继电器电路模型［3，4］。电路的输入端与输出端选用了光耦TLP627实现其电气隔离。引脚P10（或P11）输入＋5V的高电平信号，光耦电路导通，将＋24V电压加载于继电器线圈；引脚P10（或P11）输入低电平信号，光耦电路断开，继电器断开，停止工作。

3 触点通断电路设计

将85%额定电压、75%额定电压和10%额定电压分别加载于线圈，对其完成释放电压特性试验，其电路原理如图3所示。

4 功耗电流与回路电压电路设计

针对接触器的功耗问题，检测其功耗引脚AI4电流波形和引脚AI0电路中加载在接触器两端的电压值。模拟输出AO0闭环调节电路中电压，使电路工作于合适的电压范围，其电路设计原理图见图4。被测接触器两端加载的直流电压最高为250V，对应采集卡的最大输出电压10V；采集卡模拟输出2V，对应稳压电源最大量程300V。考虑到外界信号的干扰，在软件内进行信号高频滤波。由此可知，实现功耗电流的检测、回路电压的采集和加载接触器上电压的闭环控制是本电路设计目的。

图3 触点通断电路原理图

图4 功耗电流与回路电压电路原理图

5 电缆接口电路设计

数据采集卡和电路板之间需要传送信号，为此设计了68针接口电路，如图5所示。将8路模拟输入、2路模拟输出和8路数字输入输出等端口对应于NI数据采集卡通道的连接。接口电路的设计直接影响到数据传输的准确性，它提供信息相互交换的应答信号，并根据寻址信息选择相应的读写寄存器［5］。为了便于扩展，设计接口电路时，将其所有接口，包括模拟输入输出、数字输入输出、模拟数字接地、数据采集卡输出等都扩展设计出来，以供日后选择。

6 结论

本文自行设计的接触器性能检测接口转换电路，解决了与NI数据采集卡接口问题。该电路可以实时准确地进行数据采集，并将模拟信号传送到数据采集卡转换为上位机可以识别的数字信号。

控制继电器电路，解决了电路何时是否工作的问题；触点通断电路，保证了接触器可以进行动作特性试验；功耗电流与回路电压电路，实现了功耗电流数据的采集和闭环控制回路电压；电缆接口电路，完成了采集卡和电缆传输线的对接。该接口转换电路在接触器性能检测试验中取得了很好的效果，可以应用于自动化生产线，具有较好的应用前景。

图5 电缆接口电路原理图

［1］ 孙丽琼，耿应三，李爱军，等.交直流接触器特性自动测试系统的开发［J］.低压电器，2008（19）：48－50.

［2］ 阎石.数字电路设计基础［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［3］ 李丹荣，王新第，杜维.光电耦合器的实用技巧［J］.自动化仪表，2003（6）：58－61.

［4］ 陆泉森，李军，鲍鸿.光耦隔离技术在智能测控系统中的应用［J］.机械与电子，2008（2）：53－56.

［5］ 童诗白，华成英.模拟电路设计基础［M］.北京：高等教育出版社，2001.