專利名稱：電動(dòng)機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置，主要用于大中型電動(dòng)電保護(hù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有用于電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)的有基于熱繼電器的保護(hù)，基于晶體管集成電路的保護(hù)，基于普通單片機(jī)的保護(hù)，以上三種技術(shù)的產(chǎn)品目前都有應(yīng)用?；跓崂^電器的保護(hù)是以熱敏電阻和繼電器為核心，主要問題是時(shí)滯大、精度低，熱敏電阻和繼電器的可靠性差，單個(gè)繼電器功能單一，應(yīng)用該技術(shù)的產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，反應(yīng)速度慢，目前處于淘汰階段?；诰w管集成電路的保護(hù)的主要問題在于抗干擾的要求難于很好達(dá)到，并且一旦設(shè)計(jì)好后一般不可能再擴(kuò)展，難于實(shí)現(xiàn)比較好的人機(jī)接口?；谄胀▎纹瑱C(jī)的保護(hù)的主要問題是限于普通單片機(jī)的速度和數(shù)據(jù)處理能力，難于實(shí)現(xiàn)高級算法和可擴(kuò)展的通信接口。
本實(shí)用新型的目的是以DSP為核心設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)技術(shù)，所要解決的技術(shù)問題是數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理速度，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，達(dá)到的效果是實(shí)時(shí)性好，反應(yīng)速度快，功能集成度高，通信功能強(qiáng)，人機(jī)界面友好。本實(shí)用新型是一種對大中型異步電動(dòng)機(jī)提供綜合、全面、精確、快速保護(hù)的技術(shù)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這種電動(dòng)機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置包括信號采樣與調(diào)理電路、計(jì)算與比較電路、存儲器、通信電路、輸出電路與執(zhí)行電路，其計(jì)算與比較電路用DSP微處理器芯片U4，通信電路采用通信芯片U6作為雙路串行收發(fā)器，它們的連接關(guān)系是DSP微處理器的片內(nèi)端口A0與通信芯片U6的片選腳D/C連接、DSP微處理器的控制端口A1與通信芯片U6的控制腳A/B連接，數(shù)據(jù)線D0-D7通過數(shù)據(jù)隔器U9與通信芯片U6的數(shù)據(jù)線D0-D7連接，中斷響應(yīng)INT1通過反向器與通信芯片U6中斷響應(yīng)INT連接，通信芯片U6的的串行輸入線RXDA、串行輸出線TXDA通過232通信接口芯片U11與用戶端子連接，串行輸入線RXDB、串行輸出線TXDB通過光隔離器U10至485通信接口芯片U12與用戶端子連接，通信芯片U6的讀寫腳RD/WR與微處理器芯片DSP的讀寫R/W連接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、響應(yīng)速度明顯加快，更加符合電動(dòng)機(jī)保護(hù)實(shí)時(shí)性的要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較如下
2、結(jié)構(gòu)簡單明朗，便于維護(hù)和擴(kuò)充?；跓崂^電器的保護(hù)技術(shù)、基于晶體管集成電路的保護(hù)技術(shù)，基本上是用硬件來實(shí)現(xiàn)所有的技術(shù)特征要求，其結(jié)構(gòu)必然復(fù)雜，不便于維護(hù)，不易于擴(kuò)展；基于普通單片機(jī)的保護(hù)技術(shù)在技術(shù)特征的實(shí)現(xiàn)上是通過軟硬件結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的，但因?yàn)閱纹瑱C(jī)性能上的限制，所以也必須通過硬件上的冗余來達(dá)到實(shí)現(xiàn)技術(shù)特征要求的目的。而以DSP為核心的電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)正是從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)上充分發(fā)揮了DSP芯片的強(qiáng)大性能，使該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明朗，維護(hù)方便，易于擴(kuò)展。
3、利用了DSP芯片突出的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)了事故記錄，故障診斷以及參數(shù)模糊整定等其他現(xiàn)有三種技術(shù)都難以實(shí)現(xiàn)的功能。
4、通過該技術(shù)中的通信部分可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的DCS分散處理系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙調(diào)等更高級的功能。本實(shí)用新型中的通信接口的特點(diǎn)有由于上述通訊過程沒有干擾正常的DSP保護(hù)運(yùn)算，可以保證裝置的保護(hù)功能正常的運(yùn)行。通過使用專用通訊的芯片AM85C30可以方便與PC進(jìn)行通訊，由于AM85C30具有溢出、幀錯(cuò)誤檢測功能，提高了通訊的可靠性。在50ms內(nèi)可以傳送6個(gè)32位數(shù)值，大大的提高了保護(hù)裝置與PC之間通訊能力。采用RS485標(biāo)準(zhǔn)總線接口，便于串性總線型主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，又提高了保護(hù)裝置與PC之間的傳送距離。
下面對附圖進(jìn)行說明

圖1是本實(shí)用新型的電路邏輯框圖，圖中濾波、S/H、ADC組成調(diào)理電路；圖2是通信電路與微處理器及輸出端子的電路原理圖、圖3是總體模塊原理圖、圖4是本實(shí)用新型的程序邏輯框圖，圖中R、C組成信號濾波電路、U1是信號保持電路、U2是多路開關(guān)、U3是A/D轉(zhuǎn)換器、U4是微處理器芯片DSP，U5為保護(hù)出口譯碼器、U6是通信芯片(雙路串行收發(fā)器)、U7為Flash ROM存儲器、U8是SRAM存儲器、U9是數(shù)據(jù)隔離器、U10是光電隔離器、U12是485通信接口芯片、U11是232通信接口芯片、U13是輸出端子、U14是數(shù)據(jù)隔離器、U16是數(shù)據(jù)隔離器、J1信號輸出端子、J2是開關(guān)量輸出端子、J3是擴(kuò)展端子。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施例系統(tǒng)的輸入信號有三相電流、三相電壓和零序電流。
信號調(diào)理主要功能是將電流互感器和電壓互感器(一般置于保護(hù)屏中)的二次側(cè)輸出信號，二次側(cè)信號進(jìn)行變換、濾波、放大等處理使輸出信號滿足采樣的需要。
本實(shí)用新型用的是以DSP為核心的微處理器芯片作為計(jì)算與比較電路，通過對輸入信號進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算與判斷處理，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的全面保護(hù)。圖3給出了總體模塊原理圖其中U1為采樣保持器、U2為多路開關(guān)、U3為A/D轉(zhuǎn)換器，U1、U2、U3組成信號采集功能模塊。
U4為TMS320C32，是TI公司的DSP芯片系列中的一款浮點(diǎn)處理器芯片，是本實(shí)用新型的微處理器。
U5為保護(hù)出口譯碼器，接光電隔離U10輸出。
通信采用AM85C30TM雙路串行通信收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。
圖2是本實(shí)用新型通信電路與微處理器及輸出端子的電路原理圖U6為通信芯片雙路串行收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)通信功能，它們的連接關(guān)系是DSP微處理器的腳A0與通信芯片U6的片選腳D/C連接、DSP微處理器的控制腳A1與通信芯片U6的控制腳A/B連接，數(shù)據(jù)線D0-D7通過數(shù)據(jù)隔器U9與通信芯片U6的數(shù)據(jù)線D0-D7連接，中斷響應(yīng)INT1通過反向器與通信芯片U6中斷響應(yīng)INT連接，通信芯片U6的RXDA、TXDA通過232通信接口芯片U11與用戶端子連接，RXDB、TXDB通過光隔離器U10至485通信接口芯片U12與用戶端子連接，通信芯片U6的讀寫腳RD/WR與微處理器芯片DSP的讀寫R/W連接。
U7為Flash ROM存儲器，存儲系統(tǒng)程序和相關(guān)參數(shù)，U8是SRAM，暫時(shí)存儲程序運(yùn)行中的過程數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)等。
其實(shí)現(xiàn)過程是對濾波、放大和電平偏移處理后的輸入信號進(jìn)行采樣、保持后送入轉(zhuǎn)換速度較快、轉(zhuǎn)換精度也較高的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器U3，得到相應(yīng)的數(shù)字量，DSP微處理器U4通過預(yù)先編制好的數(shù)據(jù)處理算法軟件對該數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算、分析、判斷等處理，得到相應(yīng)的結(jié)果，通過相應(yīng)的開關(guān)量輸出電路控制繼電器動(dòng)作，U7、U8存儲相應(yīng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，根據(jù)需要與相應(yīng)接口，包括LCD的接口、小鍵盤和按鈕的接口以及通信接口U6進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中對數(shù)據(jù)采集的控制、數(shù)據(jù)處理算法的實(shí)現(xiàn)、對數(shù)據(jù)存儲的控制和對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂剖峭ㄟ^軟件實(shí)現(xiàn)的。
以下分別對信號經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入DSP的接口電路—模擬量輸入，信號經(jīng)DSP處理后的出口電路—開關(guān)量輸出，通信接口電路進(jìn)行說明(1)模擬量輸入模擬量通過連接器J1連接至保護(hù)主板上模擬輸入端。首先經(jīng)RC濾波器及采樣保持器U1，再經(jīng)多路切換器U2連接到A/D轉(zhuǎn)換器U3的輸入端上，本實(shí)用新型中的多路切換器的通道地址由硬件自動(dòng)產(chǎn)生，無需CPU給出。
本實(shí)用新型采用AD676進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，AD676片內(nèi)自帶采樣、保持器、分辨率為16位，轉(zhuǎn)換率為100Kb/s，其上還帶有自校準(zhǔn)電路，用于自動(dòng)校準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器的零位和增益，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)為每次上電后，即給校準(zhǔn)信號，啟動(dòng)AD676自校準(zhǔn)，并且還可在工作過程中由CPU啟動(dòng)AD676自校準(zhǔn)，CPU對A/D自校準(zhǔn)口作一次讀操作，即啟動(dòng)自校準(zhǔn)過程。
本實(shí)用新型采用同時(shí)采樣，分時(shí)方式，即用定時(shí)觸發(fā)信號啟動(dòng)多路同時(shí)采樣，而由硬件以最高速率對設(shè)道數(shù)進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換。具體說就是用C32定時(shí)器0的輸出TCLK0作為A/D采樣的定時(shí)觸發(fā)信號，定時(shí)觸發(fā)信號由高變低時(shí)，通道掃描過程開始。在A/D轉(zhuǎn)換完成后，硬件自動(dòng)產(chǎn)生寫信號將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩沖器中，并發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號，該信號一直有效，直到C32將此數(shù)據(jù)緩沖器中的數(shù)據(jù)讀走時(shí)，硬件將自清除該信號，該信號用作C32的外部中斷INT0，通過編程既可用于中斷CPU，也可用于中斷DMA。
(2)開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出通過連接器J2輸出，本實(shí)用新型中16路開關(guān)量輸出信號首先鎖存到數(shù)據(jù)U5譯碼器緩沖器上，再經(jīng)過光電隔離輸出，每路開關(guān)量輸出均由開出使能和相應(yīng)的數(shù)字輸出控制位控制只有當(dāng)開出使能為1時(shí)，數(shù)字輸出控制位為0時(shí)，該路數(shù)字量輸出為通否則數(shù)字量輸出為斷。復(fù)位時(shí)，數(shù)字量輸出控制位輸出緩沖器均被清為1。
(3)通信接口電路本實(shí)用新型考慮到應(yīng)用現(xiàn)場DCS分散處理系統(tǒng)的需要，就必須實(shí)現(xiàn)PC與保護(hù)裝置之間通訊。DSP獲取數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果一般有兩種途徑一是通過本身的串行口，另一種通過數(shù)據(jù)總線讀寫，需增加外圍芯片，本實(shí)用新型通過第二種方式通過擴(kuò)展通信芯片與外界獲取數(shù)據(jù)。AMD公司的AM85C30是高速串行控制器，考慮到通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，本實(shí)用新型通過擴(kuò)展通信芯片AM85C30來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速串行通信，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的通信接口控制能力。AM85C30是高速串行控制器，它與DSP的硬件接口圖如附圖2所示。其中DSP的A0-A1為片內(nèi)端口和控制，數(shù)據(jù)選擇信號D0-D7為雙向8位數(shù)據(jù)線，INT1中斷響應(yīng)信號。AM85C30兩個(gè)串口分別有10個(gè)寫寄存器用于控制，2個(gè)寫寄存器用于同步字節(jié)的產(chǎn)生，2個(gè)用于波特率發(fā)生器，2個(gè)額外寫寄存器被兩個(gè)串口共用。6個(gè)讀寄存器指示串口各個(gè)通道的狀態(tài)。其輸入/輸出信號SIN/SOUT腳經(jīng)光隔521-4接入RS 485通訊芯片MAX1487后，再接到用戶端子U13。同時(shí)，AM85C30輸入/輸出信號SIN/SOUT的并行數(shù)據(jù)又接入RS232通訊芯片MAX232后，再接到用戶端子U13。
LCD與小鍵盤或按鈕配合顯示裝置當(dāng)前的狀態(tài)(調(diào)度狀態(tài)還是運(yùn)行狀態(tài))；在調(diào)試狀態(tài)下，LCD與小鍵盤配合輸入各種故障狀態(tài)下的保護(hù)限值；在運(yùn)行狀態(tài)下，瀏覽顯示被保護(hù)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)(正常、故障狀態(tài))和運(yùn)行參數(shù)(三相電壓、三相電流以及溫度等)；出現(xiàn)故障時(shí)顯示故障參數(shù)、故障類型、保護(hù)動(dòng)作類型、顯示歷史故障記錄。保護(hù)動(dòng)作時(shí)通過出口跳閘繼電器作用于跳閘。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置，包括信號采樣與調(diào)理電路、計(jì)算與比較電路、存儲器、通信電路、開關(guān)量輸出電路，其特征是計(jì)算與比較電路用DSP微處理器芯片U4，通信電路采用通信芯片U6作為雙路串行收發(fā)器，它們的連接關(guān)系是DSP微處理器的片內(nèi)端口A0與通信芯片U6的片選腳D/C連接，DSP微處理器的控制端口A1與通信芯片U6的控制腳A/B連接，數(shù)據(jù)線D0-D7通過數(shù)據(jù)隔器U9與通信芯片U6的數(shù)據(jù)線D0-D7連接，中斷響應(yīng)INT1通過反向器與通信芯片U6中斷響應(yīng)INT連接，通信芯片U6的串行輸入線RXDA、串行輸出線TXDA通過232通信接口芯片U11與用戶端子連接，串行輸入線RXDB、串行輸出線TXDB通過光隔離器U10至485通信接口芯片U12與用戶端子連接，通信芯片U6的讀寫腳RD/WR與微處理器芯片DSP的讀寫R/W連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種電動(dòng)機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置,包括信號采樣與調(diào)理電路、計(jì)算與比較電路、存儲器、通信電路、輸出電路與執(zhí)行電路,其計(jì)算與比較電路用DSP微處理器芯片,通信電路采用雙路串行收發(fā)器,DSP的A0與通信芯片的片選腳D/C連接、DSP的A1與通信芯片的A/B連接,數(shù)據(jù)線D0—D7通過數(shù)據(jù)隔器與通信芯片的數(shù)據(jù)線連接,通信芯片的串行輸入、輸出線通過232和485通信接口芯片與用戶端子連接。
文檔編號H02H7/08GK2498774SQ0124992
公開日2002年7月3日 申請日期2001年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者黃天戌, 黃綿華, 于曉東 申請人:武漢武水電力有限公司