一種開關(guān)控制器的制作方法

文檔序號：7426371閱讀：156來源：國知局

專利名稱：一種開關(guān)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，尤其涉及一種開關(guān)控制器。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)等環(huán)境中，為了對電網(wǎng)實行有效監(jiān)控，需要對電網(wǎng)中的各類信號進行統(tǒng)一的采集和處理；有些情況下，還需要根據(jù)所采集的信號進行一定范圍的實時保護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種開關(guān)控制器，可以對短路和漏電進行實時保護。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種開關(guān)控制器，包括CPU單元、輸入輸出單元
和用于向所述輸入輸出單元和CPU單元供電的電源單元；所述輸入輸出單元包括數(shù)據(jù)傳輸接口；數(shù)字信號輸出接口；采集模塊，用于采集現(xiàn)場信號得到采集數(shù)據(jù)； DSP，用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否過流或漏電，如果是則發(fā)送中斷信號給所述CPU單元；以及將所述采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述CPU單元；
所述CPU單元包括第一存儲器，用于保存所述采集數(shù)據(jù)；微控制單元MCU，用于當收到所述中斷信號時通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)。進一步地，所述數(shù)字信號輸出接口包括若干路數(shù)字信號輸出通道，各數(shù)字信號輸出通道各為一繼電器；所述MCU通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)是指所述MCU發(fā)送控制命令給所述數(shù)字信號輸出接口，指示斷開與所述系統(tǒng)總開關(guān)連
接的數(shù)字信號輸出通道；所述數(shù)字信號輸出接口根據(jù)該控制命令斷開相應(yīng)的繼電器。
進一步地，所述采集模塊包括與所述DSP相連的通道處理器、分別與所述通道處理器相連的零序電流輸入接口、零序電壓輸入接口、三相電壓輸入接口、三相電流輸入接口及附加直流輸入接口，用于采集電網(wǎng)中的測試電阻中通過的附加直流電流并發(fā)送給所述通道處理器；三相電壓輸入接口，用于采集三相電壓并發(fā)送給所述通道處理器；三相電流輸入接口，用于采集三相電流并發(fā)送給所述通道處理器；零序電壓輸入接口，用于采集零序電壓并發(fā)送給所述通道處理器；零序電流輸入接口，用于采集零序電流并發(fā)送給所述通道處理器；所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附
加直流電流放大或縮小，并濾波后形成所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給所述DSP。
進一步地，所述MCU與所述上位機相連，還用于將所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，將所述上位機發(fā)來的配置參數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述DSP ;所述配置參數(shù)至少包括濾波參數(shù)、漏電閾值及短路閾值；所述通道處理器根據(jù)所述DSP接收的所述配置參數(shù)中的濾波參數(shù)進行相應(yīng)的濾波。
進一步地，所述DSP具體包括
AD接口，用于接收所述采集數(shù)據(jù)；第二存儲器，用于暫存所述AD接口接收的所述采集數(shù)據(jù)，以及保存漏電閾值及短路閾值；傳輸接口，用于將所述第二存儲器暫存的采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述MCU ;以及通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述CPU單元的MCU返回的漏電閾值及短路閾值，并保存在所述第二存儲器中；控制器，用于將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直流電流比較，判斷是否漏電；以及將所述短路閾值與所述三相電壓和三相電流比較判斷是否短路；當漏電或短路時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
進一步地，所述控制器具體包括一選擇器、第一比較器和第二比較器；
所述傳輸接口還用于通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述MCU返回的工作模式參數(shù)，并保存在所述第二存儲器中；所述第二存儲器還用于保存所述工作模式參數(shù)；所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和零序信號相差閾值；所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，根據(jù)該工作模式信息判斷，如果本開關(guān)控制器作為總開關(guān)使用則使能第一比較器，如果本開關(guān)控制器作為分開關(guān)使用則使能第二比較器；所述第一比較器用于比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加直流電流大于所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU ; 所述第二比較器用于分別比較所述零序電流和所述零序電流閾值，所述零序電壓和所述零序電壓閾值，以及所述零序電流和所述零序電壓之間的夾角P和所述零序信號相差閾值；當所述零序電流大于所述零序電流閾值，所述零序電壓大于所述零序電壓閾值，13在所述零序信號相差閾值之內(nèi)時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。
進一步地，所述配置參數(shù)還包括漏電保護延時時間；所述DSP還包括
第一定時器，定時時間為所述漏電保護延時時間；所述第一比較器當所述附加直流電流大于所述附加直流閾值時，啟動所述第一定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU ; 所述第二比較器當所述零序電流大于所述零序電流閾值，所述零序電壓大于所述零序電壓閾值，P在所述零序信號相差閾值之內(nèi)時啟動所述第一定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。進一步地，所述DSP還包括一功率計算器，用于根據(jù)所述三相電流和所述三相電
壓分別計算功率因數(shù)及以下功率值并保存在所述第二存儲器中三相有功功率；三相總有功功率；三相無功功率及總無功功率；所述傳輸接口還用于將所述功率值和功率因數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述MCU ; 所述控制器還包括第三比較器，用于分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流值超過所述短路閾值時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。進一步地，所述配置參數(shù)還包括過流保護延時時間；所述DSP還包括
第二定時器，定時時間為所述過流保護延時時間；所述第三比較器當任兩相電流值超過所述短路閾值時，啟動所述第二定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
進一步地，所述配置參數(shù)還包括功率因數(shù)整定值；所述MCU還用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)進行判斷，當任兩相電流值超過所述短路閾值且該兩相的功率因數(shù)大于所述功率因數(shù)整定值時，判為阻性過流短路；當任兩相電流值超過所述短路閾值但該兩相的功率因數(shù)小于或等于所述功率因數(shù)整定值時，判為感性過流短路；當任一相電流值大于或等于預設(shè)的整定電流值的N倍并小于所述短路閾值時，判斷為過載過流；當所述系統(tǒng)電壓大于110%到120%的額定系統(tǒng)電壓時，判斷為過壓；當所述系統(tǒng)電壓小于50%到85%的額定系統(tǒng)電壓時，判斷為欠壓；其中，N大于1 ;以及用于發(fā)送判斷結(jié)果給所述上位機，并接收上位機返回的控制信號，根據(jù)該控制信號控制所述數(shù)字信號輸出接口輸出開關(guān)控制信號。本發(fā)明的技術(shù)方案采用雙處理器，可以在不加重CPU負擔的前提下對短路和漏電進行實時保護；本發(fā)明的優(yōu)化方案結(jié)合了可編程技術(shù)，使用戶可以根據(jù)實際情況和需求調(diào) 整動作過程和參數(shù)，使用更加靈活方便。本發(fā)明可以用于煤礦井下等三相三線式的環(huán)境中，在中性點不接地的三相電網(wǎng)中，作為配電總開關(guān)或分支開關(guān)使用，驅(qū)動井下用電設(shè)備，性能可靠，動作準確。

圖1是實施例一中開關(guān)控制器的示意框圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行更詳細的說明。本發(fā)明可用于煤礦井下等環(huán)境中；可以在交流中性點不接地的三相電網(wǎng)中，作為
配電總開關(guān)或分開關(guān)使用，也可作大容量電動機的不頻繁啟動之用。實施例一，一種開關(guān)控制器，如圖1所示，包括CPU單元、輸入輸出IO單元和電源單元。所述電源單元用于向所述10單元和CPU單元供電；
所述10單元包括
數(shù)據(jù)傳輸接口；采集模塊，用于采集現(xiàn)場(經(jīng)過現(xiàn)場側(cè)一級變換)的信號得到采集數(shù)據(jù)； DSP，用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否過流或漏電，如果是則發(fā)送中斷信號給
所述CPU單元；以及將所述采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述CPU單元；數(shù)字信號輸出接口；所述CPU單元包括第一存儲器，用于保存所述采集數(shù)據(jù)；微控制單元MCU，用于當收到所述中斷信號時通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)；以及將接收的采集數(shù)據(jù)保存在所述第一存儲器中。本實施例中，所述數(shù)字信號輸出接口接收所述CPU單元的MCU的控制命令，根據(jù)
該控制命令輸出數(shù)字信號；本實施例中，所述數(shù)字信號輸出接口可以但不限于包括若干路
(比如8路)數(shù)字信號輸出通道，各數(shù)字信號輸出通道可以但不限于為常開型繼電器，也不
排除為常閉型的繼電器；其開關(guān)容量為交流250V， 3A，或直流30V， 3A。所述MCU通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)是指所述MCU發(fā)送控制命令給所述數(shù)字信號輸出接口，指示斷開與所述系統(tǒng)總開關(guān)連
接的數(shù)字信號輸出通道；所述數(shù)字信號輸出接口根據(jù)該控制命令斷開相應(yīng)的繼電器。比如所述系統(tǒng)總開關(guān)為一接觸器，其主觸點分別連接三相電路，其控制端與一數(shù)字信號輸出通道相連，該數(shù)字信號輸出通道為一繼電器點；當所述MCU斷開該繼電器點時，所述系統(tǒng)總開關(guān)的主觸點將因為控制端斷電而斷開，從而斷開整個系統(tǒng)的電路，以實現(xiàn)在短路或漏電時的實時保護。本實施例中，所述采集模塊具體可以包括與所述DSP相連的通道處理器、分別與所述通道處理器相連的零序電流輸入接口、零序電壓輸入接口、三相電壓輸入接口、及三相電流輸入接口。考慮到電網(wǎng)若發(fā)生漏電故障，最容易檢測到的是電網(wǎng)各相對地絕緣電阻的下降，
因此可以在三相電網(wǎng)中附加一獨立的直流電流，使之作用于三相電網(wǎng)與大地之間。這樣在
三相對地的測試電阻上將有一直流電流通過，該電流的大小的變化直接反應(yīng)了電網(wǎng)對地的
測試電阻的變化，有效地檢測和利用該電流，就可以構(gòu)成附加電源直流檢測式漏電保護。所
述測試電阻為大地和通過濾波網(wǎng)絡(luò)連接到三相電網(wǎng)人為中心點之間的電阻。所述采集模塊還包括一與所述通道處理器相連的附加直流輸入接口，采集電網(wǎng)中
的測試電阻中通過的附加直流電流并發(fā)送給所述通道處理器。所述三相電壓輸入接口采集三相電壓UA、 UB、 UC，并發(fā)送給所述通道處理器；各相電壓的大小分別為交流0到14V。所述三相電流輸入接口采集三相電流IA、 IB、 IC，并發(fā)送給所述通道處理器。
所述零序電壓輸入接口采集零序電壓UO，并發(fā)送給所述通道處理器；所述零序電壓為交流0到40V 。所述零序電流輸入接口采集零序電流IO，并發(fā)送給所述通道處理器。所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附
加直流電流進行通道處理后形成所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給所述DSP ;所述通道處理包括信號調(diào)
8理(放大或縮小，調(diào)理成所述DSP的AD接口電路所能測量的電壓范圍)，濾波(濾除干擾信
號)，還可以包括保護(防止不正常信號或干擾燒毀10單元內(nèi)部電路)等。所述DSP根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否過流或漏電是指所述DSP根據(jù)所述零
序電壓和零序電流，或根據(jù)所述附加直流電流判斷系統(tǒng)是否漏電；根據(jù)所述三相電壓和三
相電流判斷系統(tǒng)是否短路。本實施例中，所述DSP可以通過所述MCU的中斷0向所述MCU發(fā)送中斷信號。所述中斷信號不連續(xù)發(fā)送，以降低所述MCU的工作量；所述DSP直到故障消除后的下一次短路或過流再發(fā)送中斷信號。本實施例中，所述MCU與所述上位機相連，還用于將所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，將所述上位機發(fā)來的配置參數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述DSP;所述配置參數(shù)至少包括漏電閾值、短路閾值和濾波參數(shù)；本實施例中，所述配置參數(shù)具體包括以下任一種或其任意組合工作模式參數(shù)，O表示本開關(guān)控制器作為分開關(guān)使用，1表示本開關(guān)控制器作為總
開關(guān)使用。濾波參數(shù)，0表示進行1階濾波，1表示進行延時2ms的4階濾波，2表示延時4ms 的4階濾波。漏電保護延時時間，單位為毫秒。
過流保護延時時間，單位為毫秒。零序電流閾值，和輸入電流碼值對應(yīng)，輸入范圍0 65535，單位uA，該參數(shù)在總分開關(guān)參數(shù)為0時有效。零序電壓閾值，和輸入電壓碼值對應(yīng)，輸入范圍0 65535，單位mV，該參數(shù)在總分開關(guān)參數(shù)為0時有效。漏電阻抗閾值，和輸入電阻碼值對應(yīng)，輸人范圍0 65535，單位Q，該參數(shù)在總分開關(guān)參數(shù)為1時有效。過流閾值，和輸入電壓碼值對應(yīng)，輸入范圍0 65535，單位mV。零序信號相差閾值，與相角余弦值為100倍換算關(guān)系，輸入范圍0 100或255，如
0表示相角余弦值=0/100 = 0. 00， 100表示相角余弦值=100/100 = 1. 00， 255表示非相
敏方式。功率因數(shù)整定值，與相角余弦值為100倍換算關(guān)系，輸入范圍0 100或255，如0 表示相角余弦值=0/100 = 0. 00， 100表示相角余弦值=100/100 = 1. 00， 255表示非相敏方式。 Q參數(shù)，為1時表示配置參數(shù)已經(jīng)下發(fā)；為0時表示配置參數(shù)還未下發(fā)。實際應(yīng)用時，以上配置參數(shù)不同值時所代表的意義可以根據(jù)需要設(shè)置；還可以根
據(jù)需求增加其它可設(shè)置的配置參數(shù)，并且參數(shù)單位可根據(jù)需要改變。本實施例中，所述數(shù)據(jù)傳輸接口可以但不限于為SPI (Serial Peripherallnterface,串行外設(shè)接口 )；所述DSP和所述MCU之間的發(fā)送和接收同步進行。由于所述DSP單元上報給所述MCU的數(shù)據(jù)較多，為了不影響數(shù)據(jù)采集，所以分三個數(shù)據(jù)包輪流上報；MCU周期循環(huán)訪問SPI發(fā)送配置參數(shù)和讀取DSP發(fā)送的采集數(shù)據(jù)；MCU將所述配置參數(shù)在每個上報數(shù)據(jù)包都下發(fā)給所述DSP單元。
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所述通道處理器根據(jù)所述DSP接收的所述配置參數(shù)中的濾波參數(shù)進行相應(yīng)的濾波。本實施例中，所述DSP具體可以包括
AD接口，用于接收所述采集數(shù)據(jù)；第二存儲器，用于暫存所述AD接口接收的所述采集數(shù)據(jù)，以及保存漏電閾值及短路閾值；傳輸接口，用于將所述第二存儲器暫存的采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述MCU ;以及通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述CPU單元的MCU返回的漏電閾值及短路閾值，并保存在所述第二存儲器中；控制器，用于將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直流電流比較，判斷是否漏電；以及將所述短路閾值與所述三相電壓和三相電流比較判斷是否短路；當漏電或短路時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
本實施例中，所述控制器具體包括一選擇器、第一比較器和第二比較器。
所述傳輸接口還用于通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述MCU返回的工作模式參數(shù)，并保存在所述第二存儲器中。所述第二存儲器還用于保存所述工作模式參數(shù)；所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和零序信號相差閾值。所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，根據(jù)該工作模式信息使能相應(yīng)的比較器，如果本開關(guān)控制器作為總開關(guān)使用則使能第一比較器，如果本開關(guān)控制器作為分開關(guān)使用則使能第二比較器。所述第一比較器用于比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加直流電流大于所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU ; 所述第二比較器用于分別比較所述零序電流10和所述零序電流閾值，所述零序電壓UO和所述零序電壓閾值，以及所述零序電流IO和所述零序電壓UO之間的夾角e和所述零序信號相差閾值；當所述零序電流IO大于所述零序電流閾值，所述零序電壓UO大于所述零序電壓閾值，P在所述零序信號相差閾值之內(nèi)(比如135° < |3 < 180° )時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。
實際應(yīng)用時，各閾值可以根據(jù)需要設(shè)置。本實施例中，所述DSP還可以包括第一定時器，定時時間為所述漏電保護延時時間；所述第一比較器當所述附加直流電流大于所述附加直流閾值時，啟動所述第一定
時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。所述第二比較器當所述零序電流IO大于所述零序電流閾值，所述零序電壓UO大
于所述零序電壓閾值，P在所述零序信號相差閾值之內(nèi)時啟動所述第一定時器，當定時時
間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。本實施例中，所述DSP還包括一功率計算器，用于根據(jù)所述三相電流和所述三相
電壓分別計算功率因數(shù)及以下功率值
A、B、C相有功功率PA、PB、PC ;
三相總有功功率P;A、B、C相無功功率QA、QB、QC ;及三相總無功功率Q。其中，功率因數(shù)為電壓和電流之間的相位差的余弦值。所述功率計算器將得到的各功率值和功率因數(shù)保存在所述第二存儲器中；所述傳輸接口還用于將所述功率值和功率因數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所
述MCU。本實施例中，所述控制器還可以包括第三比較器。所述第三比較器用于分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流值超過所述短路閾值時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
本實施例中，所述DSP還可以包括第二定時器，定時時間為所述過流保護延時時間；所述第三比較器當任兩相電流值超過所述短路閾值時，啟動所述第二定時器，當
定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。本實施例中，所述MCU還用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)進行判斷，當任兩相電流值超過
所述短路閾值且該兩相的功率因數(shù)大于所述功率因數(shù)整定值時，判為阻性過流短路；當任
兩相電流值超過所述短路閾值但該兩相的功率因數(shù)小于或等于所述功率因數(shù)整定值時，判
為感性過流短路；當任一相電流值大于或等于預設(shè)的整定電流值的N倍(N大于1)并小于
所述短路閾值時，判斷為過載過流；當所述系統(tǒng)電壓大于110%到120%的額定系統(tǒng)電壓
時，判斷為過壓；當所述系統(tǒng)電壓小于50%到85%的額定系統(tǒng)電壓時，判斷為欠壓。所述MCU還用于發(fā)送判斷結(jié)果給所述上位機，并接收上位機返回的控制信號，根
據(jù)該控制信號控制所述數(shù)字信號輸出接口輸出開關(guān)控制信號，比如斷開相應(yīng)的數(shù)字信號輸
出通道，以實現(xiàn)保護。所述MCU還可以用于在收到中斷后從所述第一存儲器中讀取相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)作為診斷信息并發(fā)送給所述上位機；本實施例中，所述診斷信息包括以下任一種或其任意組合. Q參數(shù)，為1時表示上位機已經(jīng)接收過診斷信息；為0時表示上位機還沒有接收到診斷信息；所述MCU發(fā)送診斷信息后將該Q參數(shù)置為l，直到下次接收到中斷時將該Q參數(shù)置為0。故障指示參數(shù)，共6位，從Bit0 Bit5， Bit0 Bit2中任意1位中，上升沿表示短路；Bit4中上升沿表示作為分開關(guān)使用時漏電；Bit5中上升沿表示作為總開關(guān)使用時漏電。最近一次短路時A相電流輸入端電壓值，單位mV。最近一次短路時B相電流輸入端電壓值，單位mV。最近一次短路時C相電流輸入端電壓值，單位mV。最近一次分開關(guān)漏電時零序電壓輸入端的電壓值，單位mV。最近一次分開關(guān)漏電時零序電流輸入端的電流值，單位uA。最近一次總開關(guān)漏電時附加電阻的電阻值，單位Q 。零序信號相角，余弦值X100。
A相電流與A相電壓夾角，余弦值X100。
B相電流與B相電壓夾角，余弦值X100。
C相電流與B相電壓夾角，余弦值X100。不同情況下發(fā)送的診斷參數(shù)可以不一樣；實際應(yīng)用時，還可以根據(jù)需求增加其它可讀取的診斷參數(shù)，并且參數(shù)單位可根據(jù)需要改變。
本實施例中，所述采集模塊還可以包括分別與所述通道處理器相連的模擬信號輸入接口、以及系統(tǒng)電壓輸入接口；所述采集數(shù)據(jù)還包括模擬信號和系統(tǒng)電壓。所述模擬信號輸入接口采集模擬信號，并發(fā)送給所述通道處理器；本實施例中，所述模擬信號輸入接口可包括3路模擬信號輸入通道；在有的實施方式中，還可以另外包括2路備用的模擬信號輸入通道，這2路所采集的模擬信號的電壓大小可以但不限于為直流0到10V。所述系統(tǒng)電壓輸入接口采集系統(tǒng)電壓USYS，并發(fā)送給所述通道處理器；所述系統(tǒng)電壓為交流0到14V。本實施例中，所述三相電壓輸入接口、三相電流輸入接口、零序電壓輸入接口、零序電流輸入接口和系統(tǒng)電壓輸入接口所采集的信號的頻率為47到63Hz。
本實施例中，所述10單元還可以包括
模擬信號輸出接口和數(shù)字信號輸入接口，所述數(shù)字信號輸入接口采集數(shù)字信號，并發(fā)送給所述MCU ;本實施例中，所述數(shù)字信號輸入接口可包括10路數(shù)字信號輸入通道，各通道采集的數(shù)字信號的電壓可以但不限于為直流24V。所述模擬信號輸出接口接收所述MCU的控制命令，根據(jù)該控制命令輸出模擬信號；本實施例中，所述模擬信號輸出A0接口可包括1路模擬信號輸出通道，該通道輸出的可以但不限于為直流0到10V的電壓信號。本實施例中，所述CPU單元還可以包括用于設(shè)置所述MCU運行狀態(tài)的兩位置滑動開關(guān)，所述狀態(tài)包括"運行"和"停止"狀態(tài)，兩個狀態(tài)互斥。本實施例中，所述CPU單元還包括標準串行通訊接口，本實施例中為分別與所述MCU相連的一個RS232接口和一個RS485接口。所述MCU調(diào)用所述RS232通訊接口建立與上位機(比如個人計算機)的連接，接收所述配置參數(shù)、控制信號，還可以用于用戶程序下載和在線調(diào)試。
所述MCU調(diào)用所述RS485通訊接口與現(xiàn)場設(shè)備進行通訊。本實施例中，所述RS232 口通訊速率最高支持38400bps，最低支持300bps，默認
38400bps。所述RS485 口通訊速率最高支持38400bps，最低支持1200bps，默認38400bps。所述MCU還可以設(shè)置所述RS232/RS485接口的通訊參數(shù)，如波特率等。所述CPU單元還包括一電纜插槽，與所述MCU相連，可以但不限于為16針指針插
座，用于連接擴展模塊的電纜插頭，以實現(xiàn)MCU與擴展模塊之間的通訊，進行電源及數(shù)據(jù)的傳輸。本實施例中，所述MCU與擴展模塊之間的通訊，通過SAF (B) -C164CI-LM提供的SSC(高速同步串行口 )實現(xiàn)，工作于半雙工方式，2.5MHZ，為便于控制數(shù)據(jù)流向，以
1274ACT125D門控緩沖器作數(shù)據(jù)控制；C164和10單元的DSP、背單元通信采用同一個SPI 口，通過使能腳來切換。當開始背單元通信時，必須將CS_DSP， N_SYN打開；同樣，當開始DSP通信時，必須將CS_DSP打開，N_SYN關(guān)斷，SSC_READ_C0NTR0L置高，背單元SPI輸出為三態(tài)。
本實施例中，所述開關(guān)控制器還包括一實時時鐘，與所述10單元及CPU單元相連，以DS1305實現(xiàn)，支持實時時鐘中斷，以法拉電容作為后備電源的掉電運行。
本實施例中，所述電源單元用于將輸入的直流24V信號經(jīng)過防護處理之后轉(zhuǎn)為正5V，并提供給所述I0單元和CPU單元使用；還可以用于將直流24V信號直接輸出，以供外界設(shè)備使用。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍。
1權(quán)利要求
一種開關(guān)控制器，包括CPU單元、輸入輸出單元和用于向所述輸入輸出單元和CPU單元供電的電源單元；其特征在于所述輸入輸出單元包括數(shù)據(jù)傳輸接口；數(shù)字信號輸出接口；采集模塊，用于采集現(xiàn)場信號得到采集數(shù)據(jù)；DSP，用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否過流或漏電，如果是則發(fā)送中斷信號給所述CPU單元；以及將所述采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述CPU單元；所述CPU單元包括第一存儲器，用于保存所述采集數(shù)據(jù)；微控制單元MCU，用于當收到所述中斷信號時通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求l所述的開關(guān)控制器，其特征在于所述數(shù)字信號輸出接口包括若干路數(shù)字信號輸出通道，各數(shù)字信號輸出通道各為一繼電器；所述MCU通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)是指所述MCU發(fā)送控制命令給所述數(shù)字信號輸出接口，指示斷開與所述系統(tǒng)總開關(guān)連接的數(shù)字信號輸出通道；所述數(shù)字信號輸出接口根據(jù)該控制命令斷開相應(yīng)的繼電器。
3. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述采集模塊包括與所述DSP相連的通道處理器、分別與所述通道處理器相連的零序電流輸入接口、零序電壓輸入接口、三相電壓輸入接口、三相電流輸入接口及附加直流輸入接口，用于采集電網(wǎng)中的測試電阻中通過的附加直流電流并發(fā)送給所述通道處理器；三相電壓輸入接口，用于采集三相電壓并發(fā)送給所述通道處理器；三相電流輸入接口，用于采集三相電流并發(fā)送給所述通道處理器；零序電壓輸入接口，用于采集零序電壓并發(fā)送給所述通道處理器；零序電流輸入接口，用于采集零序電流并發(fā)送給所述通道處理器；所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流放大或縮小，并濾波后形成所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給所述DSP。
4. 如權(quán)利要求3所述的開關(guān)控制器，其特征在于所述MCU與所述上位機相連，還用于將所述采集數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，將所述上位機發(fā) 來的配置參數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述DSP ;所述配置參數(shù)至少包括濾波參數(shù)、漏電閾值及短路閾值；所述通道處理器根據(jù)所述DSP接收的所述配置參數(shù)中的濾波參數(shù)進行相應(yīng)的濾波。
5. 如權(quán)利要求4所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述DSP具體包括 AD接口，用于接收所述采集數(shù)據(jù)；第二存儲器，用于暫存所述AD接口接收的所述采集數(shù)據(jù)，以及保存漏電閾值及短路閾值；傳輸接口，用于將所述第二存儲器暫存的采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述MCU ;以及通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述CPU單元的MCU返回的漏電閾值及短路閾值，并保存在所述第二存儲器中；控制器，用于將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直流電流比較，判斷是否漏電；以及將所述短路閾值與所述三相電壓和三相電流比較判斷是否短路；當漏電或短路時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
6. 如權(quán)利要求5所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述控制器具體包括一選擇器、第一比較器和第二比較器；所述傳輸接口還用于通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口接收所述MCU返回的工作模式參數(shù)，并保存在所述第二存儲器中；所述第二存儲器還用于保存所述工作模式參數(shù)；所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和零序信號相差閾值；所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，根據(jù)該工作模式信息判斷，如果本開關(guān)控制器作為總開關(guān)使用則使能第一比較器，如果本開關(guān)控制器作為分開關(guān)使用則使能第二比較器；所述第一比較器用于比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加直流電流大于所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU ;所述第二比較器用于分別比較所述零序電流和所述零序電流閾值，所述零序電壓和所述零序電壓閾值，以及所述零序電流和所述零序電壓之間的夾角e和所述零序信號相差閾值；當所述零序電流大于所述零序電流閾值，所述零序電壓大于所述零序電壓閾值，P 在所述零序信號相差閾值之內(nèi)時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。
7. 如權(quán)利要求6所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述配置參數(shù)還包括漏電保護延時時間；所述DSP還包括第一定時器，定時時間為所述漏電保護延時時間；所述第一比較器當所述附加直流電流大于所述附加直流閾值時，啟動所述第一定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU;所述第二比較器當所述零序電流大于所述零序電流閾值，所述零序電壓大于所述零序電壓閾值，P在所述零序信號相差閾值之內(nèi)時啟動所述第一定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷信號給所述MCU。
8. 如權(quán)利要求5所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述DSP還包括一功率計算器，用于根據(jù)所述三相電流和所述三相電壓分別計算功率因數(shù)及以下功率值并保存在所述第二存儲器中三相有功功率；三相總有功功率；三相無功功率及總無功功率；所述傳輸接口還用于將所述功率值和功率因數(shù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述MCU ;所述控制器還包括第三比較器，用于分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流值超過所述短路閾值時通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
9. 如權(quán)利要求8所述的開關(guān)控制器，其特征在于，所述配置參數(shù)還包括過流保護延時時間；所述DSP還包括第二定時器，定時時間為所述過流保護延時時間；所述第三比較器當任兩相電流值超過所述短路閾值時，啟動所述第二定時器，當定時時間到達后通過所述傳輸接口和所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送中斷給所述MCU。
10. 如權(quán)利要求3到9中任一項所述的開關(guān)控制器，其特征在于所述配置參數(shù)還包括功率因數(shù)整定值；所述MCU還用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)進行判斷，當任兩相電流值超過所述短路閾值且該兩相的功率因數(shù)大于所述功率因數(shù)整定值時，判為阻性過流短路；當任兩相電流值超過所述短路閾值但該兩相的功率因數(shù)小于或等于所述功率因數(shù)整定值時，判為感性過流短路；當任一相電流值大于或等于預設(shè)的整定電流值的N倍并小于所述短路閾值時，判斷為過載過流；當所述系統(tǒng)電壓大于110%到120%的額定系統(tǒng)電壓時，判斷為過壓；當所述系統(tǒng)電壓小于50%到85%的額定系統(tǒng)電壓時，判斷為欠壓；其中，N大于1 ;以及用于發(fā)送判斷結(jié) 果給所述上位機，并接收上位機返回的控制信號，根據(jù)該控制信號控制所述數(shù)字信號輸出接口輸出開關(guān)控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)控制器，包括CPU單元、輸入輸出單元和用于向所述輸入輸出單元和CPU單元供電的電源單元；所述輸入輸出單元包括數(shù)據(jù)傳輸接口；數(shù)字信號輸出接口；采集模塊，用于采集現(xiàn)場信號得到采集數(shù)據(jù)；DSP，用于根據(jù)所述采集數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否過流或漏電，如果是則發(fā)送中斷信號給所述CPU單元；以及將所述采集數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送給所述CPU單元；所述CPU單元包括第一存儲器，用于保存所述采集數(shù)據(jù)；微控制單元MCU，用于當收到所述中斷信號時通過控制所述數(shù)字信號輸出接口斷開系統(tǒng)總開關(guān)。本發(fā)明的技術(shù)方案采用雙處理器，可以在不加重CPU負擔的前提下對短路和漏電進行實時保護。
文檔編號H02H3/32GK101707346SQ20091009363
公開日2010年5月12日申請日期2009年10月10日優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日
發(fā)明者侯愛林, 張軍, 徐昌榮, 徐毓軍, 王國鋒, 石鵬申請人:北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司

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