專利名稱：一種開關控制器的輸入輸出模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電路領域，尤其涉及一種開關控制器的輸入輸出模塊。
背景技術：
在電網等環(huán)境中，為了對電網實行有效監(jiān)控，需要對電網中的各類信號進行統(tǒng)一 的采集和處理；有些情況下，還需要在不另外增加高處理能力的處理器的情況下，根據所采 集的信號進行一定范圍的實時保護。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種開關控制器的輸入輸出模塊，能夠采集 環(huán)境中的各類信號，并對漏電或短路等緊急情況進行實時處理。 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種開關控制器的輸入輸出模塊，包括 數字信號處理器DSP ; 與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器； 三相電壓輸入接口 ，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 ，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，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 ，采集零序電流并發(fā)送給所述通道處理器； 附加直流輸入接口，采集電網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、以及附加直 流電流進行放大或縮小，并進行濾波后發(fā)送給所述DSP ; 所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通 過所述數據傳輸接口發(fā)送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所 述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三 相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發(fā)送中斷給所述外界處理器。 進一步地，所述的輸入輸出模塊還包括 數字信號輸入接口，采集數字信號并發(fā)送給所述外界處理器； 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； 系統(tǒng)電壓輸入接口，采集系統(tǒng)電壓并發(fā)送給所述通道處理器； 所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統(tǒng)電壓進行通道處理后發(fā)送給所述 DSP ; 所述DSP將所述模擬信號和系統(tǒng)電壓通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界處理器。
進一步地，所述數字信號輸入接口包括10路數字信號輸入通道； 所述模擬信號輸入接口包括3路模擬信號輸入通道；[0022] 進一步地，所述的輸入輸出模塊還包括 數字信號輸出接口 ，用于接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出 數字信號。 模擬信號輸出接口 ，用于接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出 模擬信號。
進一步地，所述數字信號輸出接口包括8路數字信號輸出通道； 所述模擬信號輸出接口包括1路模擬信號輸出通道。 進一步地，各數字信號輸出通道為常開型繼電器； 所述模擬信號輸出通道為輸出直流0到10V的電壓信號的通道。
進一步地，所述DSP具體包括 AD接口，用于接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電 流； 存儲器，用于暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用于將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界 處理器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，并 保存在所述存儲器中； 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；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短
路時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。 進一步地，所述控制器包括 —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據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模 式信息，并保存在所述存儲器中； 所述存儲器還用于保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；
所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值； 所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較
器，如果為分開關模式則使能第二比較器； 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據傳輸接口發(fā)送中斷給所 述外界處理器； 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 所述角度閾值；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在角度閾值之內時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外 界處理器。 進一步地，所述DSP還包括 功率計算器，根據所述三相電流和所述三相電壓分別計算功率因數、三相有功功 率、三相總有功功率、三相無功功率、及三相總無功功率；其中，功率因數為電壓和電流之間 的相位差的余弦值；并將得到的各功率值和功率因數保存在所述存儲器中；[0043] 所述傳輸接口還用于將所述功率值和功率因數通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所 述外界處理器。 進一步地，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據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。 本實用新型能夠采集環(huán)境中的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及附 加直流電流，進行短路和漏電的保護；其優(yōu)化方案還能采集數字信號、模擬信號、和系統(tǒng)電 壓等；其優(yōu)化方案還可以根據所采集的信號計算功率因數、功率值等，并和所采集的信號一
起提供給處理器，并根據處理器的處理結果輸出控制信號。本實用新型可以用于煤礦井下 等周圍介質中含有爆炸性氣體的環(huán)境中，在中性點不接地的三相電網中，作為配電總開關 或分支開關的輸入輸出模塊使用，驅動井下用電設備，性能可靠，動作準確。
圖1為實施例一中的輸入輸出模塊的結構框圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對本實用新型的技術方案進行更詳細的說明。 實施例一，一種開關控制器的輸入輸出模塊，如圖l所示，包括DSP(digital
singnal processor,數字信號處理器)，與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器、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。 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。 考慮到電網若發(fā)生漏電故障，最容易檢測到的是電網各相對地絕緣電阻的下降，
因此可以在三相電網中附加一獨立的直流電流，使之作用于三相電網與大地之間。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了電網對地的
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絡連接到三相電網人為中心點之間的電阻。 所述輸入輸出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發(fā)送給所述DSP ;所述通道處理包括信號調理(放大或縮小，調 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板內部電路)等。 所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通過所述數據傳輸接口發(fā)送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所 述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三 相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發(fā)送中斷給所述外界處理器。 本實施例中，所述輸入輸出模塊還可以包括數字信號輸出DO接口、模擬信號輸出 AO接口 、數字信號輸入DI接口 ，分別與所述通道處理器相連的模擬信號輸入AI接口 、以及 系統(tǒng)電壓輸入接口。 所述數字信號輸入DI接口采集數字信號，并發(fā)送給所述外界處理器；本實施例 中，所述數字信號輸入DI接口可包括10路數字信號輸入通道，各通道采集的數字信號的電 壓可以但不限于為直流24V。 所述模擬信號輸入AI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AI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。 所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統(tǒng)電壓進行通道處理后發(fā)送給所述 DSP。 所述DSP將所述模擬信號和系統(tǒng)電壓通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界處理器。 所述數字信號輸出DO接口接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸 出數字信號；本實施例中，所述數字信號輸出DO接口可包括8路數字信號輸出通道，各數字 信號輸出通道可以但不限于為常開型繼電器，其開關容量為交流250V， 3A，或直流30V， 3A。 所述模擬信號輸出AO接口接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸 出模擬信號；本實施例中，所述模擬信號輸出AO接口可包括l路模擬信號輸出通道，該通道 輸出的可以但不限于為直流O到10V的電壓信號。 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DSP包括 AD接口，用于接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電 流；還可以接收所述模擬信號和系統(tǒng)電壓； 存儲器，用于暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用于將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界 處理器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，并 保存在所述存儲器中； 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；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短 路時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。 本實施例中，所述外界處理器可為開關控制器中的一 CPU板，或一 PLC等具備處理 能力的設備；當所述外界處理器為CPU板，所述數字信號輸出DO接口根據所述CPU板的數字邏輯信號導通或斷開，所述模擬信號輸出AO接口根據所述CPU板SPI 口數據輸出電壓。 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據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模 式信息，并保存在所述存儲器中。 所述存儲器還用于保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；
所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值。 所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較
器，如果為分開關模式則使能第二比較器。 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據傳輸接口發(fā)送中斷給所 述外界處理器； 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
所述角度閾值；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，13在角度閾值之內(比如135° < |3 < 180° )時通過所述傳輸接口和所述數
據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。 實際應用時，各閾值可以根據需要設置。 本實施例中，所述DSP還包括一功率計算器，用于根據所述三相電流和所述三相
電壓分別計算功率因數及以下功率值 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保存在所述存儲器中； 所述傳輸接口還用于將所述功率值和功率因數通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所
述外界處理器。 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據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理 器。 當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的 情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些 相應的改變和變形都應屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。
權利要求一種開關控制器的輸入輸出模塊，其特征在于，包括數字信號處理器DSP；與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器；三相電壓輸入接口，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，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，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，采集零序電流并發(fā)送給所述通道處理器；附加直流輸入接口，采集電網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、以及附加直流電流進行放大或縮小，并進行濾波后發(fā)送給所述DSP；所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通過所述數據傳輸接口發(fā)送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發(fā)送中斷給所述外界處理器。
2. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特征在于，還包括 數字信號輸入接口，采集數字信號并發(fā)送給所述外界處理器； 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； 系統(tǒng)電壓輸入接口，采集系統(tǒng)電壓并發(fā)送給所述通道處理器；所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統(tǒng)電壓進行通道處理后發(fā)送給所述DSP ; 所述DSP將所述模擬信號和系統(tǒng)電壓通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界處理器。
3. 如權利要求2所述的輸入輸出模塊，其特征在于 所述數字信號輸入接口包括10路數字信號輸入通道； 所述模擬信號輸入接口包括3路模擬信號輸入通道；
4. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特征在于，還包括數字信號輸出接口 ，用于接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出數字 信號。模擬信號輸出接口 ，用于接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出模擬信號。
5. 如權利要求4所述的輸入輸出模塊，其特征在于 所述數字信號輸出接口包括8路數字信號輸出通道； 所述模擬信號輸出接口包括1路模擬信號輸出通道。
6. 如權利要求4所述的輸入輸出模塊，其特征在于各數字信號輸出通道為常開型繼電器；所述模擬信號輸出通道為輸出直流0到10V的電壓信號的通道。
7. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特征在于，所述DSP包括AD接口 ，用于接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電流； 存儲器，用于暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用于將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發(fā)送給所述外界處理 器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，并保存在所述存儲器中；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；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時 通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。
8. 如權利要求7所述的輸入輸出模塊，其特征在于，所述控制器包括 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據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模式信 息，并保存在所述存儲器中；所述存儲器還用于保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；所述 漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值；所述選擇器用于讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較器， 如果為分開關模式則使能第二比較器；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據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外 界處理器；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和所述角度閾值；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在角度閾值 之內時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發(fā)送中斷 給所述外界處理器。
9. 如權利要求8所述的輸入輸出模塊，其特征在于，所述DSP還包括 功率計算器，根據所述三相電流和所述三相電壓分別計算功率因數、三相有功功率、三相總有功功率、三相無功功率、及三相總無功功率；其中，功率因數為電壓和電流之間的相 位差的余弦值；并將得到的各功率值和功率因數保存在所述存儲器中；
10. 如權利要求9所述的輸入輸出模塊，其特征在于，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據傳輸接口發(fā)送中斷給所述外界處理器。
專利摘要一種開關控制器的輸入輸出模塊，包括數字信號處理器DSP；與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器；分別采集三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、附加直流電流并發(fā)送給所述通道處理器的三相電壓輸入接口、三相電流輸入接口、零序電壓輸入接口、零序電流輸入接口及附加直流輸入接口；所述通道處理器對接收的信號進行放大或縮小，并進行濾波后發(fā)送給所述DSP，由所述DSP通過所述數據傳輸接口發(fā)送給外界處理器，以及根據所述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發(fā)送中斷給所述外界處理器。本實用新型能采集各類信號并對緊急情況進行實時處理。
文檔編號H02H3/08GK201533149SQ200920222948
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權日2009年9月25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動技術有限公司