3.6 开关量输入电路

前面介绍了SD-2210型FTU的构成，从中知道一般FTU硬件构成主要有如下几部分：①CPU，核心部件；②ROM，只读存储器，断电不丢失，不可写，用于存放程序和数据；③RAM，随机存储器，可读可写，断电丢失，存放临时数据和程序；④网卡，将要传递的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式；⑤MODEM，调制解调，完成通信功能；⑥接口电路,包括模拟量输入回路（简称模入回路）、模拟量输出回路（简称模出回路）、数字量输入回路（简称开入回路）、数字量输出回路（简称开出回路）。

配电系统中大量存在着以0、1变化的信号量，如断路器的开合状态、隔离开关的位置状态、继电保护和自动装置的工作状态，这些开关量信息输入微机系统的电路称为开入，采集这些开关量信息在配电自动化中也被称为遥信。开入电路通常由隔离电路、去抖电路、三态门、地址译码、逻辑控制、驱动等构成。

3.6.1 隔离电路

断路器、隔离开关的状态一般取自它们的辅助触点，这些辅助触点位于高压配电装置的现场，现场电磁场很强，而这些触点通常距离测量装置较远，连线较长，为了避免这些连线将干扰引入微机系统，一般信号输入时需要采取隔离措施。隔离方法通常有两种：继电器隔离和光电隔离。

1.继电器隔离

继电器隔离的原理接线如图3-5所示。

继电器隔离的工作原理分析如下：

1）若断路器打开，断路器辅助触点闭合，直流电源经过闭合的断路器辅助触点使得继电器线圈K带电，从而继电器对应触点K₁闭合，数据采集电路将低电平0采入微机系统。

2）若断路器闭合，辅助触点打开，继电器K线圈失电，从而继电器对应触点K₁打开，数据采集电路将高电平+5V即高电平1采入微机系统。

特别注意：与继电器K线圈反并联的二极管称为续流二极管，当K线圈失电时，由于是一电感线圈，电流不能突变，所以必须通过反并联的二极管续流，释放能量，否则根据电感的基本伏安关系式，电感能量无处可去，引起电流从有到无的突变，必将引起高电压，烧坏整个电路。

2.光电隔离

光电隔离是目前最常用的隔离方式，与继电器隔离电路相比，其核心部件改由光敏晶体管代替，其余部分相似。光电隔离的原理接线如图3-6所示。

光电隔离的工作原理分析如下：

若断路器打开，其辅助触点闭合，直流电源经过闭合的断路器辅助触点使得二极管导通发光，从而光敏晶体管导通，数据采集电路将低电平0采入微机系统。

若断路器闭合，其辅助触点打开，二极管失电，从而光敏晶体管不导通，集电极发射级呈高阻状态，数据采集电路将高电平+5V即1采入微机系统。

光耦合器体积小，响应速度快，不受电磁干扰影响，是较为理想的隔离手段。

3.6.2 去抖电路

断路器触点的闭合并不是一步到位的，而是有一个抖动的过程，并且长线和空间也会产生干扰信号，这样会使得输入信号上下波动，而输出信号如果亦步亦趋，跟踪十分灵敏，会造成微机对断路器位置的错误判断，所以在隔离电路之后还应加一个去抖电路。

去抖电路的核心部件是具有双门槛触发特性的施密特触发器。

施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路输出状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压（U_T+）；在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路输出状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压（U_T-）。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压（ΔU_T）。普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的。施密特触发器的电路符号和输入输出波形如图3-7 所示。

施密特触发器用在去抖电路中的工作原理分析如下：

1）没有采用施密特去抖之前，开关的微小抖动，微机都跟踪灵敏，如图3-8a所示，采样值一高于设定的门槛值，高电平1输入微机，判定开关闭合，采样值一低于设定的门槛值，低电平0输入微机，判定开关打开，如此，开关实际只动作了一次，可却由于将抖动误判断成了开关的关合状态，实际判断结果却是开关关合了好几次，出现判断错误。

2）当加入去抖电路后，由于施密特的双门槛触发特性，如图3-8b所示，当输入信号下降虽然低于了U_T+，可由于没有低于U_T-，输出信号不会发生翻转，这样在开关微小抖动期间，微机一直判断开关闭合，仅动作一次，正确。