專利名稱：智能開關(guān)綜合保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能高低壓開關(guān)綜合保護裝置，尤其涉及一種在礦井中使用的智能高低壓開關(guān)綜合保護裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的大多數(shù)礦井高低壓開關(guān)都采用模擬電子電路進行控制，由于模擬電子電路本身存在的缺點，不能對監(jiān)控器進行自我檢測，功能少，精度低，一致性差和無通訊功能。少數(shù)較高實時控制速度的高壓饋電開關(guān)數(shù)碼綜合保護監(jiān)控器方案，雖然采用數(shù)字技術(shù)進行控制，但其存在如下缺點1、采用RS485通訊方式，通訊速率低，輪巡周期長，可靠性差；2、采用數(shù)字邏輯電路對零序電壓和零序電流進行相位比較，存在保護死區(qū)；3、外部采集的交流信號都被換成直流信號，然后將直流信號傳送到多路電子開關(guān)選擇輸入單路A/D轉(zhuǎn)換電路采樣成數(shù)字信號，再由單片機根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號進行判斷，這樣在電網(wǎng)出現(xiàn)瞬間嚴重短路故障時開關(guān)反應時間不夠迅速，應付不了重大災害事故；4、采用多個模擬開關(guān)芯片配合單路輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)多路模擬信號的切換輸入，連線復雜，一致性不好；5、程序升級需要打開裝置外殼并更換芯片。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供一種通信可靠、保護快速準確、程序升級方便的智能開關(guān)綜合保護裝置。
本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實用新型的結(jié)構(gòu)特點是采用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經(jīng)相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路采用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經(jīng)處理后的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉(zhuǎn)換電路TLC1543，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經(jīng)處理后的方波信號，所述方波信號送入CPLD芯片，CPLD芯片中經(jīng)相位分析后的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數(shù)和故障記錄的存儲器芯片AT24C512，并且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點也在于設置多個按鍵與所述CPLD芯片相連接，在所述CPLD芯片中的一路輸出端直接連接繼電器電路。
設置CAN總線控制芯片SJA1000，所述CAN總線控制芯片SJA1000通過光電耦合芯片6N137連接到CAN總線驅(qū)動芯片PCA82C250。
設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339及其外圍電路構(gòu)成，在所述信號處理電路中放大后的三相電流采樣信號有一路直接輸入比較器LM339，以所述比較器的輸出端信號通過三極管驅(qū)動繼電器，以所述繼電器驅(qū)動外部拉閘執(zhí)行機構(gòu)。
本實用新型是以微控制器內(nèi)置的監(jiān)控程序?qū)π盘栠M行分析，實時數(shù)據(jù)在顯示屏中顯示，當線路發(fā)生過載、過流、斷相、和漏電故障時，微控制器驅(qū)動繼電器進行保護操作并將故障信息保存至存儲器。
與已有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型中外部采集的零序電壓和零序電流信號不僅被傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器進行有效值采樣，而且兩者被放大并整形后送入CPLD進行實時相位分析，分析結(jié)果并不直接驅(qū)動保護電路，而是由微控制器讀取后和預整定的漏電參數(shù)進行比較，最終判斷是否在本分支線路發(fā)生漏電故障，因此能夠適應所有補償條件，不存在保護死區(qū)，其保護功能快速而準確；2、本實用新型與外部通訊采用CAN現(xiàn)場控制總線方式，CAN總線是具有最大傳輸速率1兆位/秒的多主機結(jié)構(gòu)總線，CAN不像傳統(tǒng)的網(wǎng)絡那樣只能點到點地傳送報文。CAN總線上的節(jié)點將數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中廣播，任何對報文有興趣的節(jié)點都能夠接收這個數(shù)據(jù)，而且知道這個信息是從哪里發(fā)出。CAN協(xié)議提供了五種錯誤檢測和修正的方法，如果報文被破壞它能夠檢測出來而且網(wǎng)絡中的所有節(jié)點會忽略這個報文，該報文會一直被傳送到被準確接收為止，因此CAN總線在電噪聲很大的環(huán)境中仍能夠準確地傳輸數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)的RS485通訊方式相比，CAN總線方式能獲得更高的通訊速率和可靠性；3、本實用新型采用CAN總線方式，CAN總線協(xié)議的標識符能夠用于多主機的總線仲裁，在對饋電開關(guān)綜合保護裝置進行標識符設置時，根據(jù)饋電開關(guān)所處的層次賦予不同優(yōu)先權(quán)的標識符，賦予總饋電開關(guān)保護裝置節(jié)點最低優(yōu)先權(quán)標識符，而賦予下轄的分支饋電開關(guān)保護裝置較高優(yōu)先權(quán)標識符。假設總饋電開關(guān)節(jié)點檢測到本負載支路發(fā)生漏電故障時，它向CAN總線發(fā)送漏電信息報文，此時若其下轄支路分饋電開關(guān)節(jié)點也檢測到漏電故障并同樣發(fā)送漏電信息報文。由于CAN總線協(xié)議本身保證較高優(yōu)先權(quán)標識符的報文的優(yōu)先權(quán)較高的特點，分饋電開關(guān)節(jié)點會贏得總線仲裁并拉閘保護，總饋電開關(guān)因為失去總線仲裁不動作，反之，若分饋電開關(guān)未檢測到而總饋電開關(guān)檢測到漏電故障，則總饋電開關(guān)贏得總線仲裁并拉閘保護。這樣利用CAN總線協(xié)議特點實現(xiàn)了選擇性漏電保護；
4、本實用新型的具體實施中，對于電網(wǎng)發(fā)生瞬間嚴重短路故障，采用沖擊電流直接驅(qū)動保護繼電器執(zhí)行切斷負荷，而不必通過A/D轉(zhuǎn)換并送入單片機處理，大大縮短保護響應時間；5、本實用新型中直流有效值信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換采用多路輸入A/D轉(zhuǎn)換電路，避免了單路A/D轉(zhuǎn)換電路配合多個模擬開關(guān)芯片實現(xiàn)的連線復雜且一致性不好的缺點；6、本實用新型保護裝置通過采用具備ISP(在線系統(tǒng)編程)技術(shù)的單片機，固件程序可以通過串行通訊接口寫入單片機而無需打開裝置外殼并拆下芯片，使得保護裝置的程序升級更加方便快捷。
圖1為本實用新型整體電路框圖。
圖2為本實用新型一種優(yōu)選實施中的CAN總線接口電路圖。
圖3是本實用新型一種優(yōu)選實施中的CPLD相位分析電路圖。
圖4是本實用新型一種優(yōu)選實施中的瞬間嚴重短路故障速斷保護電路圖。
圖5是本實用新型一種優(yōu)選實施中的多路輸入A/D轉(zhuǎn)換電路圖。
圖6和圖7是本實用新型一種優(yōu)選實施中的ISP電路圖。
以下通過具體實施方式
對本實用新型作進一步描述具體實施方式
參見圖1，本實施例采用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經(jīng)相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路采用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經(jīng)處理后的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉(zhuǎn)換電路TLC1543，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經(jīng)處理后的方波信號，所述方波信號送入CPLD芯片，CPLD芯片中經(jīng)相位分析后的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數(shù)和故障記錄的存儲器芯片AT24C512，并且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
具體實施中，信號處理電路使用運算放大器芯片LM324對各采樣信號進行放大和整流，以其輸出的直流有效值信號送入多路A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC1543進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，信號處理電路還使用LM339芯片對零序電流和零序電流進行整形，以其輸出的方波信號送入CPLD芯片EPM7128進行相位分析。
微控制器芯片內(nèi)置監(jiān)控程序?qū)π盘栠M行分析，實時數(shù)據(jù)送到顯示屏顯示，當線路發(fā)生過載、過流、斷相、和漏電故障時，微控制器驅(qū)動繼電器進行保護操作并將故障信息保存至存儲器。
具體實施中，設置多個按鍵與CPLD相連接，在所述芯片CPLD的一路輸出端，直接連接繼電器電路；參見圖2，CAN總線控制芯片SJA1000連接到微控制器P89C51RD2的輸入/輸出端口，CAN總線控制芯片SJA1000通過光電耦合芯片6N137連接到CAN總線驅(qū)動芯片PCA82C250；微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)通過CAN總線接口與外部遠程上位機進行通信。能夠執(zhí)行上位機的指令并利用CAN總線協(xié)議特點結(jié)合微控制器軟件設計實現(xiàn)了選擇性漏電保護。
參見圖3，CPLD相位分析電路由EPMP7128芯片構(gòu)成。經(jīng)過整形后的零序電壓和零序電流方波送入CPLD，通過在CPLD內(nèi)部檢測運算得出相位差，結(jié)果可供微控制器直接讀取并判斷在本裝置的負載側(cè)是否發(fā)生漏電故障，進而決定是否進行拉閘保護。
參見圖4，設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339(U4000)及其外圍電路構(gòu)成，在所述信號處理電路中放大后的三相電流采樣信號除了輸入A/D轉(zhuǎn)換電路進行采樣之外，另有一路直接輸入比較器LM339，以比較器的輸出端信號通過三極管驅(qū)動繼電器，以所述繼電器驅(qū)動外部拉閘執(zhí)行機構(gòu)。
當任意一相發(fā)生瞬間嚴重短路故障時，短路信號進入比較器與+5V進行電壓比較，比較器輸出的低電平使Q4000導通，約+5V的電壓使Q4001導通，保護繼電器RE4000吸合驅(qū)動外部執(zhí)行機構(gòu)拉閘保護，使瞬間嚴重短路故障不經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路送入微控制器判斷而直接速斷保護。
參見圖5，多路輸入A/D轉(zhuǎn)換電路由TLC1543及其外部電路構(gòu)成。多路有效值信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入微控制器P89C51RD2。
參見圖6和圖7，本實施例中，ISP電路由支持ISP功能的微控制器P89C51RD2和RS232接口芯片MAX232及其外圍電路構(gòu)成。安裝了升級程序的上位PC機發(fā)送的微控制器程序升級命令和數(shù)據(jù)以及微控制器返回的編程狀態(tài)數(shù)據(jù)通過MAX232完成電平轉(zhuǎn)換，配合程序升級軟件對微控制器程序?qū)崿F(xiàn)在線系統(tǒng)編程，完成程序更新。
權(quán)利要求1.智能開關(guān)綜合保護裝置，其特征是采用以微控制器P89C51RD2為核心的控制電路，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經(jīng)相應互感器輸出到信號處理電路，所述信號處理電路采用運算放大器LM324兩路輸出，一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經(jīng)處理后的模擬信號，以所述模擬信號送入多路A/D轉(zhuǎn)換電路TLC1543，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓中經(jīng)處理后的方波信號，所述方波信號送入CPLD芯片，CPLD芯片中經(jīng)相位分析后的輸出信號送入微控制器；所述微控制器外接用以保存整定參數(shù)和故障記錄的存儲器芯片AT24C512，并且，微控制器通過CAN總線接口與外部設備進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是設置多個按鍵與所述CPLD芯片相連接，在所述CPLD芯片中的一路輸出端直接連接繼電器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是設置CAN總線控制芯片SJA1000，所述CAN總線控制芯片SJA1000通過光電耦合芯片6N137連接到CAN總線驅(qū)動芯片PCA82C250。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護裝置，其特征是設置瞬間嚴重短路故障速斷保護電路，由比較器LM339及其外圍電路構(gòu)成，在所述信號處理電路中放大后的三相電流采樣信號有一路直接輸入比較器LM339，以所述比較器的輸出端信號通過三極管驅(qū)動繼電器，以所述繼電器驅(qū)動外部拉閘執(zhí)行機構(gòu)。
專利摘要智能開關(guān)綜合保護裝置，其特征是以微控制器為核心，電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓經(jīng)互感器輸出到信號處理電路，信號處理電路一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓和工作電壓經(jīng)處理后的模擬信號，再送入多路A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送入微控制器；另一路分別輸出電源三相電流、零序電流、零序電壓、工作電壓中經(jīng)處理后的方波信號，再送入CPLD芯片，CPLD芯片中經(jīng)相位分析后的輸出信號送入微控制器；微控制器外接存儲器電路，并通過CAN總線接口電路與外部設備通信。本實用新型通信可靠、保護快速準確、程序升級方便。
文檔編號H02H3/04GK2912063SQ20062007591
公開日2007年6月13日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者陳金龍, 伍軼斌, 薛慶軍, 李勇, 袁亮, 王勇, 覃祖茂, 伍文, 賴育君 申請人:柳州市騰龍信息科技有限公司, 淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司