專利名稱：智能綜合數(shù)字繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的智能綜合數(shù)字繼電器屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子，計(jì)算機(jī)與通信科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也為電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)注入了新的活力，促進(jìn)了電力系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，這又對電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)不斷提出了新的要求。針對傳統(tǒng)繼電保護(hù)的缺陷和新的要求，國內(nèi)外各種智能化，機(jī)電一體化的測控，監(jiān)視等微機(jī)型繼電保護(hù)裝置不斷涌現(xiàn)。目前市場較領(lǐng)先的產(chǎn)品有SIEMENS的7SJ6X、ABB的RER54X系列。它們都集成了多種功能，而且可由用戶配置保護(hù)邏輯和一次系統(tǒng)圖。如REF54X基于電流電壓的保護(hù)功能包括三相電流電壓、零序電流電壓、功率等；可以對斷路器、隔離刀閘、接地刀閘進(jìn)行控制；對電流和電壓輸入回路、斷路器電損耗、跳閘回路監(jiān)視；提供SPA和LON兩個(gè)串行通信規(guī)約；可以通過繼電器編程工具將開關(guān)量輸入輸出，LON輸入輸出連接到標(biāo)準(zhǔn)功能模塊上。但這類產(chǎn)品保護(hù)功能的可靠性和測量精度還不太高，保護(hù)功能還不全，速動性還較差，還不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的要求。
本

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種保護(hù)功能更全的，可靠性和測量精度更好的智能綜合數(shù)字繼電器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本智能綜合數(shù)字繼電器的構(gòu)成是，電壓電流互感器通過A/D轉(zhuǎn)換器連于數(shù)字信號處理器(DSP)，線性隔離電路連于A/D轉(zhuǎn)換器，繼電器輸出電路與數(shù)字輸入電路分別與光電隔離電路相連，主微處理器分別連于光電隔離電路、數(shù)字信號處理器、人機(jī)界面顯示模塊及以太網(wǎng)控制器。其中主微處理器又由單片機(jī)分別與看門狗電路、數(shù)據(jù)存儲器、溫度測量電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，雙口RAM，數(shù)據(jù)存儲器(PSD813F1)相連，其中實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路與數(shù)據(jù)存儲器(PSD813F1)分別與電源相連；人機(jī)界面顯示模塊由單片機(jī)分別與銷狀態(tài)電路、RS232通信接口電路、RS422通信接口電路、看門狗電路、數(shù)據(jù)存儲器(PSD934F2)、液晶顯示驅(qū)動電路(LCD)、指示燈驅(qū)動電路及鍵盤識別電路相連，其中數(shù)據(jù)存儲器還同時(shí)連于指示燈驅(qū)動電路及鍵盤識別電路，液晶顯示驅(qū)動電路還連于與升壓電路相連的顯示屏電路。
本智能綜合繼電器由于采用了A/D轉(zhuǎn)換器和高性能微處理器的強(qiáng)大運(yùn)算和控制功能以及大規(guī)模集成電路構(gòu)成智能化測控保護(hù)元件，集保護(hù)、測量和電度計(jì)量于一體，功能齊全，能更迅速，更準(zhǔn)確地完成各種繼電保護(hù)功能，使得保護(hù)和測量精度大力提高，增強(qiáng)了繼電器保護(hù)的可靠性和速動性，還能在線監(jiān)視開關(guān)柜本體的濕度、觸頭接觸部位的溫度、監(jiān)測分合閘線圈電流電壓，監(jiān)測斷路器行程、速度，監(jiān)測合閘彈簧狀態(tài)，斷路動作過程中的機(jī)械震動，根據(jù)專家系統(tǒng)提出維修計(jì)劃；本智能綜合數(shù)字繼電器支持以太網(wǎng)和IEC870-5-103規(guī)約；全部采用漢化界面，一次系統(tǒng)圖可任由用戶配置，易于使用操作。所以，本智能綜合數(shù)字繼電器很能適合替代中低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)繼電器，是構(gòu)成智能化開關(guān)柜的理想元件。


圖1、智能綜合數(shù)字繼電器組成框圖。
圖1中標(biāo)號說明；1、電壓電流互感器，2、線性隔離電路，3、繼電器輸出電路，4、數(shù)字輸入電路，5、A/D轉(zhuǎn)換器，6、光電隔離電路，7、數(shù)字信號處理器，8、主微處理器，9、人機(jī)界面顯示模塊，10、以太網(wǎng)控制器。
圖2、智能綜合數(shù)字繼電器中的主微處理器的組成框圖。
圖2中的標(biāo)號說明11、看門狗電路，12、數(shù)據(jù)存儲器，13、單片機(jī)，14、溫度測量電路，15、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，16、雙口RAM，17、數(shù)據(jù)存儲器(PSD813F1)，18、電源。
圖3、智能綜合數(shù)字繼電器的人機(jī)界面顯示模塊組成框圖。
圖3中的標(biāo)號名稱19、鎖狀態(tài)電路，20、RS232通信接口電路，21、RS422通信接口電路，22、看門狗電路，23、單片機(jī)，24、鍵盤識別電路，25、指示燈驅(qū)動電路，26、數(shù)據(jù)存儲器，27、液晶顯示驅(qū)動電路，28、顯示屏電路，29、升壓電路。
圖4-8、主微處理器實(shí)施電路圖。
圖9-13、人機(jī)界面顯示模塊實(shí)施電路圖。
圖14、線性隔離電路實(shí)施例電路圖。
圖14中標(biāo)號名稱30、前級輸入電路，31、光電隔離電路，32、后級放大電路。
圖15、A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)施電路圖。
圖16與圖17、數(shù)字信號處理器實(shí)施例電路圖。
圖18、以太網(wǎng)控制器電路實(shí)施電路圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
及工作原理和工作過程。
由圖1可知，本發(fā)明的智能綜合數(shù)字繼電器的組成是電流電壓互感器1與線性隔離電路2各自聯(lián)于A/D轉(zhuǎn)換器5，A/D轉(zhuǎn)換器5的輸出再聯(lián)于數(shù)字信號處理器7；繼電器輸出電路3與數(shù)字輸入電路4各自聯(lián)于光電隔離電路6，光電隔離電路6的輸出再與主微處理器8相連，數(shù)字信號處理器7與人機(jī)界面顯示模塊9以及以太網(wǎng)控制器各自分別聯(lián)于主微處理器8。
圖2是本發(fā)明智能綜合數(shù)字繼電器中的主微處理器組成框圖，它由單片機(jī)(CPU)13分別聯(lián)于看門狗電路11，數(shù)據(jù)存儲器12，溫度測量電路14，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路15，雙口RAM16及數(shù)據(jù)存儲器17，其中實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路15與數(shù)據(jù)存儲器17還分別與電源相連。
圖3是本發(fā)明智能綜合數(shù)字繼電器中的人機(jī)界面顯示模塊組成框圖，它由單片機(jī)(CPU)23分別聯(lián)于鎖狀態(tài)電路19，RS232通信接口電路20，RS422通信接口電路21，看門狗電路22，鍵盤識別電路24，指示燈驅(qū)動電路25，數(shù)據(jù)存儲器26及液晶顯示驅(qū)動電路27；其中鍵盤識別電路24與指示燈驅(qū)動電路25還分別與數(shù)據(jù)存儲器26相連；顯示屏電路28分別聯(lián)于液晶顯示驅(qū)動電路27和升壓電路29。
圖4至圖18為本智能綜合數(shù)字繼電器的實(shí)施例電路圖，分述如下圖4-8、為主微處理器8的實(shí)施電路圖。其圖4中的(a)為32位單片機(jī)，可采用MC68332單片機(jī)，(b)為實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路15，可以采用DS1302集成塊電路，(c)為溫度測量電路14，如采用DS1620集成塊電路。圖5為數(shù)據(jù)存儲器17實(shí)施例電路圖，可采用PSD813F1芯片。圖6為數(shù)據(jù)存儲器12的實(shí)施例電路圖。圖7為看門狗電路11，可采用MAX705集成塊電路。圖8為雙口RAM存儲器16，可采用兩片IDT7005芯片。
圖9-13、為人機(jī)界面顯示模塊9的實(shí)施例電路圖。其中圖9中的(D)是8位單片機(jī)23，可采用80C320單片機(jī)，(E)是數(shù)據(jù)存儲器26(PSD934F2)。圖10中的(F)為看門狗電路22(MAX813L)，(G)為通信接口電路21(RS422)，(H)為通信接口電路20(RS232)。圖11中的(J)為鍵盤識別電路24，(K)為指示燈驅(qū)動電路25。(L)為顯示屏電路28。
圖12、為升壓電路11，圖13、為液晶顯示驅(qū)動電路9。
圖14、線性隔離電路2的實(shí)施例電路圖。
本電路由前級輸入電路30連于光電隔離電路31再連于后級放大電路32所組成。
圖15、A/D轉(zhuǎn)換器5的實(shí)施例電路圖。
圖16與圖17、數(shù)字信號處理器7的實(shí)施例電路圖。
圖18、以太網(wǎng)控制器10的實(shí)施例電路圖。
本智能綜合數(shù)字繼電器，凡未提供實(shí)施附圖的組成部分，如光電隔離電路等，均是現(xiàn)有技術(shù)。
本智能綜合數(shù)字繼電器，主要采用14位A/D轉(zhuǎn)換器和三片微處理器(CPU)構(gòu)成，各個(gè)微處理器CPU分工不同，從而將功能細(xì)化，加強(qiáng)了裝置的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。其中數(shù)字信號處理器(DSP)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，它將模擬信號波形通過小波分析及快速傅立葉變換還原為基波、諧波及其他高次分量，然后歸一化，供主微處理器8使用；主微處理器8主要完成邏輯運(yùn)算、控制、通信、診斷分析等功能，其中通信支持以太網(wǎng)，IEC870-5-103規(guī)約，PROFI BUS，可以很靈活地實(shí)現(xiàn)和其他保護(hù)裝置的互聯(lián)，主微處理器核心為一實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS，從而保證了各任務(wù)的實(shí)時(shí)執(zhí)行；人機(jī)界面顯示模塊單獨(dú)使用一片微處理器(CPU)，用來本地顯示裝置的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，支持MOD BUS等多種PLC規(guī)約，不但可與綜合數(shù)字繼電器通過422/485相連，而且還可以很方便地接在其它PLC上，只需要在軟件中設(shè)置參數(shù)即可。
基本工作原理是，電壓、電流信號通過電壓電流互感器PT、CT，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號變?yōu)榭杀粩?shù)字信號處理器(DSP)處理的數(shù)字信號，數(shù)字信號處理器(DSP)將信號進(jìn)行分析，并將結(jié)果存放于公共數(shù)據(jù)區(qū)，主微處理器CPU根據(jù)不同的波形數(shù)據(jù)及用戶設(shè)定作邏輯處理，及時(shí)將各種情況反映到出口繼電器或人機(jī)界面微處理器和通過以太網(wǎng)控制器反映到SCADA監(jiān)控系統(tǒng)。開關(guān)柜的母線溫度、斷路器的分合閘線圈電流、位置狀態(tài)等都能通過溫度傳感器和電流傳感器及位移傳感器將變化傳遞給綜合數(shù)字繼電器，綜合數(shù)字繼電器由專家系統(tǒng)分析，提供開關(guān)柜使用情況及提出維修計(jì)劃。
本智能綜合數(shù)字繼電器可采用分立式結(jié)構(gòu)，即主機(jī)和顯示模塊分開，這樣便于裝置在開關(guān)柜中的安裝，開關(guān)柜面板只需留下厚度小于30mm的空間即可。主機(jī)部分可在柜內(nèi)空余地方隨意安置，也可根據(jù)用戶需要，不用顯示模塊，使得智能綜合數(shù)字繼電器安裝更為靈活和方便。顯示模塊支持多種標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約，可以作為其他自動化裝置的顯示模塊。主機(jī)采用插件式結(jié)構(gòu)，分為主板、繼電器板、模擬量輸入板、開關(guān)量輸入板和電源板等，都采用相同的總線結(jié)構(gòu)，可以很自由地互換和擴(kuò)展，使產(chǎn)品的升級換代極為方便。智能綜合數(shù)字繼電器任一元件損壞時(shí)，都不會造成保護(hù)誤動作，且能發(fā)出裝置異常信號；所有引出端子與裝置弱電系統(tǒng)(CPU電源系統(tǒng))之間不存在有電的聯(lián)系；實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號及其它主要動作信號在失去直流電源的情況下不會丟失。裝置突然加電，斷電或電源電壓緩慢上升、下降，裝置均不會誤動作和誤發(fā)信號；本智能綜合數(shù)字繼電器所有芯片采用貼片及回流焊工藝，從而確保了裝置的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種智能綜合數(shù)字繼電器，其特征在于電壓電流互感器(1)通過A/D轉(zhuǎn)換器(5)連于數(shù)字信號處理器(7)，線性隔離電路(2)連于A/D轉(zhuǎn)換器(5)，繼電器輸出電路(3)與數(shù)字輸入電路(4)分別與光電隔離電路(6)相連，主微處理器(8)分別與光電隔離電路(6)、數(shù)字信號處理器(7)、人機(jī)界面顯示模塊(9)、以太網(wǎng)控制器(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能綜合數(shù)字繼電器，其特征在于，主微處理器(8)由單片機(jī)(13)分別與看門狗電路(11)、數(shù)據(jù)存儲器(12)、溫度測量電路(4)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(5)、雙口RAM(16)、數(shù)據(jù)存儲器(17)相連，其中實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路(5)與數(shù)據(jù)存儲器(17)分別與電源(18)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能綜合數(shù)字繼電器，其特征在于，人機(jī)界面顯示模塊(9)由單片機(jī)(23)分別與鎖狀態(tài)電路(19)、RS232通信接口電路(20)、RS422通信接口電路(21)、看門狗電路(22)、數(shù)據(jù)存儲器(26)、液晶顯示驅(qū)動電路(27)、指示燈驅(qū)動電路(25)及鍵盤識別電路(24)相連，其中數(shù)據(jù)存儲器(26)還同時(shí)連于指示燈驅(qū)動電路(25)及鍵盤識別電路(24)、液晶顯示驅(qū)動電路(27)還連于與升壓電路(29)相連的顯示屏電路(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能綜合數(shù)字繼電器，其特征在于線性隔離電路(2)由前級輸入電路(30)連于光電隔離電路(31)再連于后級放大電路(32)所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能綜合數(shù)字繼電器，其特征在于線性隔離電路(2)由前級輸入電路(30)連于光電隔離電路(31)再連于后級放大電路(32)所成。
全文摘要
一種智能綜合數(shù)字繼電器屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)，包括電壓電流互感器(1)、線性隔離電路(2)、繼電器輸出電路(3)、數(shù)字輸入電路(4)、A/D轉(zhuǎn)換器(5)、光電隔離電路(6)、數(shù)字信號處理器(7)、主微處理器(8)、人機(jī)界面顯示模塊(9)、以太網(wǎng)控制器(10)所組成。本智能綜合繼電器由于采用了A/D轉(zhuǎn)換器和高性能微處理器的強(qiáng)大運(yùn)算和控制功能以及大規(guī)模集成電路構(gòu)成智能化測控保護(hù)元件，集保護(hù)、測量和電度計(jì)量于一體，功能齊全，能迅速、準(zhǔn)確地完成各種繼電器保護(hù)，保護(hù)功能強(qiáng)、測量精度高、速動性快、可靠性高；還能監(jiān)測開關(guān)柜濕度、觸頭溫度、分合閘線圈電流電壓、斷路器行程、速度等等；并支持以太網(wǎng)和IEC870－103規(guī)約，全部采用漢字化界面，便于配置和操作，能替代傳統(tǒng)的中低壓開關(guān)柜繼電器。
文檔編號H02H3/26GK1414675SQ0213171
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者張杭, 王道軍, 迮靜強(qiáng) 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司