專利名稱：一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)中低壓繼電保護(hù)裝置，特別是一種提高裝置的抗干擾能 力，研制適用性廣泛的具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
繼電保護(hù)裝置在電力保護(hù)行業(yè)應(yīng)用廣泛，由于很多保護(hù)自動化廠家采用硬件系統(tǒng) 設(shè)計復(fù)雜，一般CPU外部要有程序存儲芯片、外擴(kuò)的靜態(tài)RAM、外擴(kuò)的A/D轉(zhuǎn)換芯片、并行的 數(shù)據(jù)存儲芯片、并行接口的液晶等，這樣CPU板的布線復(fù)雜，易受外界干擾，而且CPU板的廢 品率比較高。很多保護(hù)自動化廠家提供的保護(hù)產(chǎn)品有很多型號，尤其中低壓的保護(hù)裝置數(shù)量又 比較大，因此保護(hù)裝置的生產(chǎn)存在批量小、生產(chǎn)周期長、備品備件種類多的問題，用戶在選 型時面對型號繁多的裝置，選擇又比較困難。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實用新型為解決上述問題，設(shè)計了一種具有繼電保護(hù)智能配置功能 的綜合保護(hù)裝置。本實用新型是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，它包括DSP處理器用于完成 邏輯運算、A/D采樣、通訊處理；DSP處理器包括A/D轉(zhuǎn)換部件、SPI總線回路、GPIO回路、晶 振模塊、UART控制器和CAN模塊；電流、電壓互感器回路電流互感器回路將外部電流信號 轉(zhuǎn)換為小電壓信號；電壓互感器回路將外部電壓信號轉(zhuǎn)換為小電壓信號；電流、電壓互感 器回路通過信號調(diào)理電路與DSP處理器的A/D轉(zhuǎn)換部件相連；信號調(diào)理回路將電流、電壓 互感器回路轉(zhuǎn)換過來的小電壓的交流信號通過運放組成的偏置回路轉(zhuǎn)換為交流信號，并通 過濾波回路進(jìn)行濾波；信號調(diào)理回路與DSP處理器的A/D轉(zhuǎn)換部件相連；鐵電存儲器及時 鐘回路存儲參數(shù)、定值、事件記錄、電度值等多種參數(shù)，掉電數(shù)據(jù)不丟失；作為裝置運行的 時鐘，用于事件記錄；鐵電存儲器及時鐘回路與DSP處理器的SPI總線回路相連；開關(guān)量輸 入回路進(jìn)行光電隔離的數(shù)字量采集模塊，開關(guān)量輸入回路與DSP處理器的GPIO回路相連； 鍵盤輸入回路用于人機(jī)界面操作的輸入信號；鍵盤輸入回路與DSP處理器的GPIO回路相 連；外部晶振回路外部晶振回路與DSP處理器的晶振模塊相連，作為CPU運行的系統(tǒng)時 鐘；液晶顯示回路實現(xiàn)裝置狀態(tài)的顯示、參數(shù)和定值的設(shè)置等功能；液晶顯示回路與DSP 處理器的GPIO回路相連；繼電器輸出回路完成操作機(jī)構(gòu)的跳閘、合閘操作以及開關(guān)防跳 功能；繼電器輸出回路與DSP處理器的GPIO回路相連；RS485通訊回路與主站進(jìn)行通訊， 可將裝置運行狀態(tài)信息上送主站，并接收主站命令，實現(xiàn)遙控功能；RS485通訊回路與DSP 處理器的UART控制器相連；CAN通訊回路與主站進(jìn)行通訊，可將裝置運行狀態(tài)信息上送主 站，并接收主站命令，實現(xiàn)遙控功能；CAN通訊回路與DSP處理器的CAN模塊相連。本實用新型中，所述的DSP處理器為Microchip公司的dsPIC33FJ256GP710。[0008]本實用新型中，所述的電流、電壓互感器回路包括四個外部電流信號接口和三個 外部電壓信號接口。本實用新型中，鐵電存儲器及時鐘回路包括RAMTR0N公司的FM33256芯片及芯片 外部的時鐘回路。本實用新型提出“單片解決方案”概念，“單片解決方案”是指DSP處理器(CPU)外 沒有并行數(shù)據(jù)總線，即用到并行數(shù)據(jù)總線的程序存儲器、RAM、A/D轉(zhuǎn)換芯片等全部使用CPU 內(nèi)部的部件；采用帶SPI總線接口的FM33256作為外部存儲器和時鐘芯片，該芯片為鐵電存 儲器，擦寫次數(shù)無限，且掉電不丟失數(shù)據(jù)；保護(hù)交流通道采用專用電流、電壓互感器接入電 流、電壓信號，并經(jīng)過調(diào)理回路輸入CPU的A/D轉(zhuǎn)換回路；遙信信號經(jīng)過光電隔離模塊以I/ 0方式被CPU采集，而不是通過總線方式采集；CPU采集交流量信號和遙信信號，經(jīng)過邏輯 運算以I/O方式控制繼電器輸出回路，完成操作機(jī)構(gòu)的跳閘、合閘操作以及開關(guān)防跳功能； CPU采用光電隔離的RS485接口與上級系統(tǒng)進(jìn)行通訊；通過鍵盤接收命令，控制液晶的顯示 結(jié)果，達(dá)到人機(jī)交互功能。采用“單片解決方案”，即用到并行數(shù)據(jù)總線的程序存儲器、RAM、A/D轉(zhuǎn)換芯片等全 部使用CPU內(nèi)部的部件，這樣CPU外部就沒有并行數(shù)據(jù)總線了，而CPU與外部元器件接口， 比如液晶、數(shù)字量輸入采集、數(shù)字量輸出控制等只采用I/O 口的方式處理。這樣印制板上減 少了大量布線，CPU高頻信號線也沒有引到CPU外部，減少了受電磁干擾的可能。同時由于 沒有外部數(shù)據(jù)總線，不存在數(shù)據(jù)總線的短接等故障問題，只要CPU能運行，外圍回路的檢測 很方便，這樣大大降低了 CPU板的廢品率。對于中低壓保護(hù)型號種類多帶來生產(chǎn)和選型的不方便問題，本實用新型為綜合保 護(hù)裝置，通過參數(shù)配置，本裝置適用于線路、電容器、配變、電動機(jī)等對象，這樣既符合電力 行業(yè)用戶的使用習(xí)慣，也減少了對無關(guān)定值的整定工作量。對廠家繼電保護(hù)設(shè)備的批量生 產(chǎn)、用戶的設(shè)備選型都帶來很大好處。本實用新型與現(xiàn)在技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.采用新一代DSP處理器，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，保護(hù)動作響應(yīng)速度快；2.大大減少了外圍器件數(shù)量，起到降低系統(tǒng)成本、降低系統(tǒng)復(fù)雜程度的作用，提高 了設(shè)備的抗干擾能力。3.裝置為綜合保護(hù)裝置，一臺裝置可適應(yīng)多種被保護(hù)對象，適合大批量生產(chǎn)，提高 生產(chǎn)效率；用戶選型方便，大大減少備品備件的數(shù)量，減少資源浪費。

附圖為本實用新型電路原理示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做更進(jìn)一步的解釋。如圖所示，本實用新型包括DSP處理器1、電流、電壓互感器回路2、信號調(diào)理回路 3、鐵電存儲器及時鐘回路4、開關(guān)量輸入回路5、鍵盤輸入回路6、外部晶振回路7 ；液晶顯示 回路8、繼電器輸出回路9、RS485通訊回路10和CAN通訊回路11。DSP處理器1為Microchip公司的dsPIC33FJ256GP710，片內(nèi)包括A/D轉(zhuǎn)換部件、SPI總線回路、GPIO回路(即通用輸入輸出回路)、晶振模塊、UART控制器(通用異步串口 控制器)、CAN模塊(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模塊)，它完成A/D采樣、邏輯運算及控制、通訊處理。 外部晶振回路7為DSP處理器1提供系統(tǒng)時鐘，驅(qū)動DSP處理器1正常運行，DSP處理器1 通過GPIO通用I/O接口，采集數(shù)字量信號，通過A/D轉(zhuǎn)換部件采集電流、電壓信號，將采集 到的信號經(jīng)過邏輯運算，再通過GPIO通用I/O接口驅(qū)動外部的繼電器輸出回路9，達(dá)到控制 功能。通過SPI總線控制器，訪問外部SPI接口的鐵電存儲器及時鐘回路4，讀取和保存設(shè) 備的參數(shù)、定值，并可保存保護(hù)的故障信息。UART控制器和CAN模塊經(jīng)過外部驅(qū)動回路，可 擴(kuò)展為RS485通訊回路10和CAN通訊回路11，實現(xiàn)與主站的通訊。電流、電壓互感器回路2包括四個TA電流互感器、三個TV電壓互感器。電流、電 壓互感器回路2通過信號調(diào)理電路3與DSP處理器1的A/D轉(zhuǎn)換部件相連；4組外部電流 信號通過內(nèi)部的電流互感器轉(zhuǎn)換為小電壓信號；3組外部的電壓信號通過內(nèi)部的電壓互感 器轉(zhuǎn)換為小電壓信號。信號調(diào)理回路3包括7組專用信號調(diào)整回路，信號調(diào)理回路3與DSP處理器1的 A/D轉(zhuǎn)換部件相連。將電流、電壓互感器回路2轉(zhuǎn)換過來的小電壓的交流信號通過運放組成 的偏置回路轉(zhuǎn)換為0 3. 3V的交流信號，并通過濾波回路進(jìn)行濾波。鐵電存儲器及時鐘回路4包括1個FM33256芯片，內(nèi)部包含實時時鐘、上電復(fù)位和 看門狗回路和FRAM鐵電存儲器，鐵電存儲器及時鐘回路4與DSP處理器1的SPI總線回路 相連。FRAM鐵電存儲器存儲參數(shù)、定值、事件記錄、電度值等多種參數(shù)，利用鐵電存儲器擦寫 次數(shù)無限次的特點，用于保存計算電度值，可以掉電保存，電度數(shù)據(jù)不丟失。系統(tǒng)軟件讀取 鐵電存儲器及時鐘回路4的實時時鐘，作為裝置運行的時鐘，用于事件記錄；開關(guān)量輸入回路5包括十一個采用光耦進(jìn)行光電隔離的數(shù)字量采集模塊，開關(guān)量 輸入回路5與DSP處理器1的GPIO回路相連；進(jìn)行光電隔離的數(shù)字量采集模塊。鍵盤輸入回路6包括九個鍵盤，用于人機(jī)界面操作的輸入信號；鍵盤輸入回路6與 DSP處理器1的GPIO回路相連。外部晶振回路7作為CPU運行的系統(tǒng)時鐘；外部晶振回路7與DSP處理器1的晶 振模塊相連。液晶顯示回路8包括一個液晶顯示回路，現(xiàn)裝置狀態(tài)的顯示、參數(shù)和定值的設(shè)置 等功能；液晶顯示回路8與DSP處理器1的GPIO回路相連。繼電器輸出回路9包括四組由CPU的I/O管腳直接輸出的開出控制信號以及其控 制的繼電器模塊；完成操作機(jī)構(gòu)的跳閘、合閘操作以及開關(guān)防跳功能；繼電器輸出回路9與 DSP處理器1的GPIO回路相連。RS485通訊回路10包括一路經(jīng)過光電隔離的RS485通訊回路，與主站進(jìn)行通訊，可 將裝置運行狀態(tài)信息上送主站，并接收主站命令，實現(xiàn)遙控功能；RS485通訊回路10與DSP 處理器1的UART控制器相連。CAN通訊回路11包括一路經(jīng)過光電隔離的CAN通訊回路，與主站進(jìn)行通訊，可將裝 置運行狀態(tài)信息上送主站，并接收主站命令，實現(xiàn)遙控功能；CAN通訊回路11與DSP處理器 1的CAN模塊相連所述的裝置采集交流電流、電壓信號，由電流、電壓互感器回路2隔離后，經(jīng)過信 號調(diào)理回路3輸入DSP處理器1的A/D轉(zhuǎn)換部件，由DSP處理器1完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，遙信信號經(jīng)過開關(guān)量輸入回路5 (光電隔離回路)輸入DSP處理器1，DSP處理器1經(jīng)過對交流量的 計算以及遙信回路的邏輯判別，經(jīng)過繼電器輸出回路9的輸出，完成操作機(jī)構(gòu)的跳閘、合閘 操作以及開關(guān)防跳功能，實現(xiàn)對相關(guān)對象的保護(hù)。裝置的運行狀態(tài)以及定值和參數(shù)設(shè)置都 可通過鍵盤輸入回路6和液晶顯示回路8進(jìn)行人機(jī)交互訪問。裝置內(nèi)部信息通過RS485通 訊回路10或CAN通訊回路11上傳到上級系統(tǒng)，并可以接受上級系統(tǒng)的控制命令。 以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，其特征在于，它包括DSP處理器用于完成邏輯運算、A/D采樣、通訊處理；DSP處理器包括A/D轉(zhuǎn)換部件、 SPI總線回路、GPIO回路、晶振模塊、UART控制器和CAN模塊；電流、電壓互感器回路電流互感器回路將外部電流信號轉(zhuǎn)換為小電壓信號；電壓互 感器回路將外部電壓信號轉(zhuǎn)換為小電壓信號；電流、電壓互感器回路通過信號調(diào)理電路與 DSP處理器的A/D轉(zhuǎn)換部件相連；信號調(diào)理回路將電流、電壓互感器回路轉(zhuǎn)換過來的小電壓的交流信號通過運放組成 的偏置回路轉(zhuǎn)換為交流信號，并通過濾波回路進(jìn)行濾波；信號調(diào)理回路與DSP處理器的A/D 轉(zhuǎn)換部件相連；鐵電存儲器及時鐘回路存儲參數(shù)、定值、事件記錄、電度值等多種參數(shù)，掉電數(shù)據(jù)不丟 失；作為裝置運行的時鐘，用于事件記錄；鐵電存儲器及時鐘回路與DSP處理器的SPI總線 回路相連；開關(guān)量輸入回路進(jìn)行光電隔離的數(shù)字量采集模塊，開關(guān)量輸入回路與DSP處理器的 GPIO回路相連；鍵盤輸入回路用于人機(jī)界面操作的輸入信號；鍵盤輸入回路與DSP處理器的GPIO回 路相連；外部晶振回路外部晶振回路與DSP處理器的晶振模塊相連，作為CPU運行的系統(tǒng)時鐘；液晶顯示回路實現(xiàn)裝置狀態(tài)的顯示、參數(shù)和定值的設(shè)置等功能；液晶顯示回路與DSP 處理器的GPIO回路相連；繼電器輸出回路完成操作機(jī)構(gòu)的跳閘、合閘操作以及開關(guān)防跳功能；繼電器輸出回 路與DSP處理器的GPIO回路相連；RS485通訊回路與主站進(jìn)行通訊，可將裝置運行狀態(tài)信息上送主站，并接收主站命 令，實現(xiàn)遙控功能；RS485通訊回路與DSP處理器的UART控制器相連；CAN通訊回路與主站進(jìn)行通訊，可將裝置運行狀態(tài)信息上送主站，并接收主站命令， 實現(xiàn)遙控功能；CAN通訊回路與DSP處理器的CAN模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，其特征在 于，所述的DSP處理器為Microchip公司的dsPIC33FJ256GP710。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，其特征在 于，所述的電流、電壓互感器回路包括四個外部電流信號接口和三個外部電壓信號接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，其特征在 于，鐵電存儲器及時鐘回路包括RAMTR0N公司的FM33256芯片及芯片外部的時鐘回路。
專利摘要本實用新型中公開了一種具有繼電保護(hù)智能配置功能的綜合保護(hù)裝置，它包括DSP處理器、電流、電壓互感器回路、信號調(diào)理回路、鐵電存儲器及時鐘回路、開關(guān)量輸入回路、鍵盤輸入回路、外部晶振回路、液晶顯示回路、繼電器輸出回路、RS485通訊回路和CAN通訊回路。本實用新型采用新一代DSP處理器，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，保護(hù)動作響應(yīng)速度快；大大減少了外圍器件數(shù)量，起到降低系統(tǒng)成本、降低系統(tǒng)復(fù)雜程度的作用，提高了設(shè)備的抗干擾能力；裝置為綜合保護(hù)裝置，一臺裝置可適應(yīng)多種被保護(hù)對象，適合大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率；用戶選型方便，大大減少備品備件的數(shù)量，減少資源浪費。
文檔編號H02H7/22GK201854018SQ201020554669
公開日2011年6月1日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者楊曉渝, 高明 申請人:南京安能電氣控制設(shè)備有限公司