專利名稱：一種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，用于高壓交流異步電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備的繼電保護(hù)。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高壓交流異步電動(dòng)機(jī)在エ礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但此類高壓電機(jī)一旦損壞，將造成企業(yè)全線停車，并且維修周期長、費(fèi)用高，給生產(chǎn)造成較大的影響。而且此類高壓電機(jī)往往運(yùn)行在高溫、塵多等地惡劣環(huán)境中，容易發(fā)生軸承損壞，定轉(zhuǎn)子相擦故障以及機(jī)械過負(fù)荷引起電機(jī)繞組絕緣老化，定子繞組的相間短路，匝間短路及單相接地等故障。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，一旦電機(jī)損壞，直接威脅著企業(yè)的安全生產(chǎn)，給企業(yè)造成較大的損失，因此必須采取微機(jī)保護(hù)。早期傳統(tǒng)的微機(jī)繼電保護(hù)裝置采用單微處理器MCU結(jié)構(gòu)，模擬量輸入、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、人機(jī)接口和通訊回路掛靠在MCU主系統(tǒng)并行或串行總線上。微處理器MCU主系統(tǒng)執(zhí)行模擬量采集和計(jì)算、開關(guān)量輸入采集、邏輯判斷處理(即保護(hù)功能)、開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)、人機(jī)接ロ的運(yùn)行和通訊等繁重的任務(wù)。這使得這種結(jié)構(gòu)在模擬量精度、時(shí)間分辨率、人機(jī)接ロ的實(shí)時(shí)性和快速通訊幾個(gè)任務(wù)之間不能完全兼顧，而且系統(tǒng)擴(kuò)展性比較差。定型的產(chǎn)品不能很方便地增加采集的模擬量和開關(guān)量，也不能方便地增加輸出ロ。隨著技術(shù)的發(fā)展，為了解決單微處理器MCU結(jié)構(gòu)的微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)各個(gè)功能之間爭(zhēng)奪資源的沖突，以及滿足隨著電力系統(tǒng)發(fā)展對(duì)該類裝置大量數(shù)據(jù)處理能力、復(fù)雜分析算法、及先進(jìn)通信方面的要求，出現(xiàn)了雙MCU甚至多MCU硬件結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)，包括微處理器MCU與微處理器MCU、微處理器MCU與數(shù)字處理器DSP、數(shù)字處理器DSP與數(shù)字處理器DSP等幾種組合。其中微處理器MCU+數(shù)字處理器DSP的結(jié)構(gòu)比較常用，微處理器MCU完成保護(hù)裝置的總起動(dòng)元件和人機(jī)界面及通信功能，數(shù)字處理器DSP完成數(shù)據(jù)采集和各種分量的運(yùn)算功能。但這種方案仍然沒有能夠很好的解決對(duì)外圍模擬量采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等線路數(shù)量的靈活配置問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，用于電氣設(shè)備的繼電保護(hù)，能夠很好的解決對(duì)外圍模擬量采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等線路數(shù)量的靈活配置問題。本實(shí)用新型的思路是充分利用數(shù)字處理器(DSP)、微處理器(MPU)、可編程邏輯器件(CPLD)各自的特點(diǎn)，提出ー種三者緊密結(jié)合的的繼電保護(hù)架構(gòu)。具體而言，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案—種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，包括主控電路、顯示及鍵盤電路、采樣電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、通信電路，以及為上述各部件供電的輔助電源電路；所述主控電路包括相互之間通過總線連接的數(shù)字處理器、微處理器、可編程邏輯器件；采樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與所述數(shù)字處理器連接，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路與可編程邏輯器件連接，通信電路、顯示及鍵盤電路與微處理器連接。優(yōu)選地，所述采樣電路包括電流互感器電路和/或電壓互感器電路。采用上述技術(shù)方案時(shí)，數(shù)字處理器DSP完成各種電參量數(shù)據(jù)采集和各種分量的運(yùn)算功能，并將相關(guān)數(shù)據(jù)送給微處理器MPU進(jìn)行處理；微處理器MPU進(jìn)行相關(guān)保護(hù)等的處理；可編程邏輯器件CPLD實(shí)現(xiàn)顯示、開關(guān)量的采集和輸出。這樣，一方面利用數(shù)字處理器DSP芯片較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析、計(jì)算，降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度以提高可靠性；另ー方面，擴(kuò)展功能可由更擅長網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)接ロ等功能的微處理器MPU來完成；而可編程邏輯器件CPLD則可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能，同時(shí)時(shí)能夠很好的解決對(duì)外圍模擬量采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出等線路數(shù)量的靈活配置問題。

圖I為本實(shí)用新型的微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為顯示及鍵盤電路；圖3為輔助電源電路；圖4為電流互感器電路；圖5為電壓互感器電路；圖6為開關(guān)量輸入電路；圖7為開關(guān)量輸出電路；圖8為通信電路；圖9為A/D轉(zhuǎn)換電路；圖10為數(shù)字處理器電路；圖11為數(shù)字處理器外圍電路；圖12為可編程邏輯電路；圖13為微處理電路；圖14為微處理器外圍電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)用新型的微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，如圖I所示，包括主控電路、顯示及鍵盤電路、采樣電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、通信電路，以及為上述各部件供電的輔助電源電路；所述主控電路包括相互之間通過總線連接的數(shù)字處理器DSP、微處理器MPU、可編程邏輯器件CPLD ;采樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與所述數(shù)字處理器連接，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路與可編程邏輯器件連接，通信電路、顯示及鍵盤電路與微處理器連接。本具體實(shí)施方式
中，采樣電路包括電流互感器電路、電壓互感器電路。輔助電源電路給整個(gè)裝置提供電源，主控電路對(duì)電流互感器電路、電壓互感器電路、開關(guān)量輸入電路提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，顯示及鍵盤電路完成人機(jī)界面顯示、鍵盤輸入處理和整定值設(shè)置，主控電路與顯示及鍵盤電路之間通過微處理器的地址數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，主控電路根據(jù)整定值判斷是否滿足故障(或報(bào)警)條件，當(dāng)滿足條件時(shí)，主控電路控制開關(guān)量輸出電路中相應(yīng)輸出繼電器動(dòng)作，同時(shí)在上述保護(hù)過程對(duì)相關(guān)記錄進(jìn)行儲(chǔ)存。顯示及鍵盤電路如圖2所示。由按鍵組成的按鍵陣列，經(jīng)過可編程邏輯器件CPLD動(dòng)態(tài)掃描后，獲得的按鍵值信號(hào)，通過可編程邏輯器件CPLD數(shù)據(jù)總線D [31. . O]送給MCU處理，另外，液晶顯示所需要的控制信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)，也由數(shù)據(jù)總線D[31. . O]送入可編程邏輯器件CPLD，在轉(zhuǎn)送給XI，Xl為液晶插座。輔助電源電路如圖3所示，其外部DC220V輔助電源經(jīng)端ロ 1，2接入裝置，由Pl電源模塊將外部DC220V電壓轉(zhuǎn)換為裝置所需要的工作電壓，供給后級(jí)電路使用，同時(shí)3. 3V電壓由Pl電源模塊輸出的5V電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路獲得(圖中未畫出)。本實(shí)施方式中，采樣電路包括電流互感器電路以及電壓互感器電路。電流互感器電路如圖4所示，外部電流互感器二次接線端經(jīng)過端ロ Ia，Ia'接入裝置內(nèi)部，經(jīng)過Tl電流 互感器轉(zhuǎn)換，Rl采樣電阻采樣，Cl，R2, C2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后，獲得ー模擬采樣信號(hào)IA，送入主控電路。電壓互感器電路如圖5所示，外部電壓互感器二次接線端經(jīng)過端ロ Ua，Un接入裝置內(nèi)部，經(jīng)過T2電壓互感器轉(zhuǎn)換，C3，R3，C4組成的濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后，獲得ー模擬采樣信號(hào)UA，送入主控電路。開關(guān)量輸入電路如圖6所示，端ロ I處接外部DC220V正端，端ロ 2處接外部DC220V負(fù)端，經(jīng)過電阻R18，光耦N9形成ー電流回路后，使得Al端電位發(fā)生改變，經(jīng)Nll隔離后，供給后級(jí)電路判斷外部開關(guān)量輸入狀態(tài)；開關(guān)量輸出電路如圖7所示，光藕NlO 2腳獲得ー低電平信號(hào)后，在+3. 3V，R23，光藕NlO內(nèi)部發(fā)光二極管，以及光藕NlO 2腳底電平之間形成ー電流回路，使得光耦NlOエ作，因此，光耦內(nèi)部三極管導(dǎo)通，使得+24V與24V地之間形成ー電流回路，繼電器K3動(dòng)作，輸出開關(guān)量；K4-3，K4-4可以接外部開關(guān)輔助接點(diǎn)，在外部開關(guān)動(dòng)作后，Κ4-3，Κ4-4之間為+DC220V電源，經(jīng)電阻R8限流后，繼電器Κ4動(dòng)作，使得觸點(diǎn)5，6接通，后級(jí)光耦Ν7同時(shí)導(dǎo)通，使得Ν7的4腳電位發(fā)生改變，送后級(jí)電路判斷開光動(dòng)作狀況。通信電路如圖8所示，其中集成電路NI的3腳、6腳、7腳分別連接至主控電路單片機(jī)，NI的12腳、13腳連接至外部通信接ロ，通過單片機(jī)發(fā)送命令，經(jīng)NI轉(zhuǎn)換后，實(shí)現(xiàn)與外部上位機(jī)的485通信。圖9為A/D轉(zhuǎn)換電路；圖10為數(shù)字處理器電路；圖11為數(shù)字處理器外圍電路；圖12為可編程邏輯電路；圖13為微處理電路；圖14為微處理器外圍電路。電流互感器電路獲得的電流采樣信號(hào)ΙΑ，以及電壓互感器電路獲得的采樣電壓信號(hào)UA，經(jīng)過電壓跟隨器Ν2后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線DD [15. . O]送入數(shù)字處理器DSP計(jì)算處理，處理后的數(shù)據(jù)再通過HPI接ロ HD [7. . O]送入微處理器MPU，微處理器MPU根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)，執(zhí)行相關(guān)的保護(hù)運(yùn)算，當(dāng)滿足故障條件時(shí)，發(fā)出跳閘信號(hào)，跳閘信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線D [31. . O]送入可編程邏輯器件CPLD，可編程邏輯器件CPLD根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)，發(fā)送相關(guān)命令至開關(guān)量輸出電路，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量輸出。開關(guān)量輸入電路6所獲得的數(shù)據(jù)，送入可編程邏輯器件CPLD，再通過數(shù)據(jù)總線D [31. . O]送入微處理器MPU，由微處理器微處理器MPU判斷外部開關(guān)量狀態(tài)，Ν9，NlO為數(shù)字處理器DSP外擴(kuò)存儲(chǔ)器，用于程序運(yùn)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，Ν32，Ν33, Ν34為微處理器MPU外擴(kuò)存儲(chǔ)器，同樣用于程序運(yùn)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等；該微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置具有三段定時(shí)限過流保護(hù)、不平衡保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過熱保護(hù)、零序過流保護(hù)、零序過壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、非電量保護(hù)、過流閉鎖功能、低電壓?jiǎn)?dòng)閉鎖功能、電機(jī)啟動(dòng)邏輯閉鎖功能、電機(jī)啟動(dòng)控制功能、PT斷線檢查、遙控、遙測(cè)、遙信等功能。該微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置還具有完善的事件報(bào)告處理功能，可保存最新的16次 電機(jī)啟動(dòng)記錄、最新的16次跳閘記錄、最新的16次故障錄波記錄、最新的64次遙信記錄、最新的64次報(bào)警記錄。
權(quán)利要求1.一種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，包括主控電路、顯示及鍵盤電路、采樣電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、通信電路，以及為上述各部件供電的輔助電源電路；其特征在干，所述主控電路包括相互之間通過總線連接的數(shù)字處理器、微處理器、可編程邏輯器件；采樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與所述數(shù)字處理器連接，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路與可編程邏輯器件連接，通信電路、顯示及鍵盤電路與微處理器連接。
2.如權(quán)利要求I所述微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，其特征在于，所述采樣電路包括電流互感器電路和/或電壓互感器電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置，用于電氣設(shè)備的繼電保護(hù)，該裝置包括主控電路、顯示及鍵盤電路、采樣電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、通信電路，以及為上述各電路供電的輔助電源電路；所述主控電路包括相互之間通過總線連接的數(shù)字處理器、微處理器、可編程邏輯器件；采樣電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與所述數(shù)字處理器連接，開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路與可編程邏輯器件連接，通信電路、顯示及鍵盤電路與微處理器連接。本實(shí)用新型充分利用數(shù)字處理器DSP、微處理器MPU、可編程邏輯器件CPLD各自的特點(diǎn)，能很好的解決對(duì)外圍模擬量、開關(guān)量采集、開關(guān)量輸出等線路數(shù)量的靈活配置。
文檔編號(hào)H02H7/08GK202488106SQ20122006162
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者孫芝雨, 殷建強(qiáng), 管瑞良, 邵建國, 顧海峰, 黃震 申請(qǐng)人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)