一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，包括控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊、交流模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊；本實用新型有功能完善、保護配置靈活、運行可靠、維護方便、可擴充性好等特點，較好地滿足了低壓保護測控裝置的性能要求；該裝置具有靈活的保護功能配置和保護出口配置功能，簡化了保護整定值的管理和使用，便于使用和維護。
【專利說明】一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型公開了一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，涉及電路設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，自動化的應(yīng)用可以分為變電站自動化、調(diào)度自動化、配電自動化、電能計量自動化和電力市場等。03年以來，我國的電力供應(yīng)緊張，根據(jù)國家電網(wǎng)的統(tǒng)計，電力自動化行業(yè)呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。由此，繼電保護產(chǎn)品的需求也急劇增長，而且對于繼電保護產(chǎn)品的性能、新技術(shù)的應(yīng)用等方面也提出了更高的要求。而變壓器是電力系統(tǒng)自動化控制設(shè)備中普遍使用的一款電氣設(shè)備，變壓器的繼電測控保護對于電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要意義。
[0003]繼電保護測試裝置是我公司在原產(chǎn)品基礎(chǔ)上開發(fā)的高智能化、多功能繼電保護校驗裝置。本裝置采用微電腦技術(shù)，由單片機、邏輯控制單元、交直流電流電壓輸出單元、高精度數(shù)據(jù)采集單元、LCD液晶顯示器、實時時鐘、打印機等組成，測量精度高、重復(fù)性好。
[0004]隨著電力系統(tǒng)自動化程度的不斷提高，繼電保護測控裝置數(shù)字化、智能化的趨勢日益明顯，并具有功能多樣化、通信接口豐富化、高可靠性和高性能指標等特點。目前，傳統(tǒng)低壓保護測控裝置的硬件平臺大多使用ARM+DSP+FPGA的多CPU結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以保證數(shù)據(jù)交換的實時性和保護功能的可靠性，但存在數(shù)據(jù)共享、設(shè)備間隔擴展、時鐘信號同步、功耗聞等方面的問題。
[0005]在繼電低壓保護測控裝置中，數(shù)字量輸入電路是一個重要的電路模塊，數(shù)字量輸入電路不但可以采集低壓供電系統(tǒng)中的負荷開關(guān)位置信號、熔斷器熔斷信號、低壓斷路器位置信號等普通開關(guān)量信號，而且還可以采集低壓變壓器的重瓦斯跳閘、輕瓦斯告警、超高溫跳閘、高溫告警等非電量信號。現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字量輸入電路大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，具有功能完善、保護配置靈活、運行可靠、維護方便、可擴充性好等特點，較好地滿足了低壓保護測控裝置的性能要求。
[0007]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，包括控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊、交流模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出豐吳塊；
[0009]其中，控制模塊分別連接A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換電路還與信號調(diào)理電路相連，所述第一光電隔離電路還與數(shù)字量輸入模塊相連，所述第二光電隔尚電路還與數(shù)字量輸出模塊相連；
[0010]所述數(shù)字量輸入模塊包括第一至第三電阻，第一至第三電容，整流橋模塊，光電耦合器，是數(shù)字量輸入端子，數(shù)字量輸入電路的公共端，數(shù)字量輸入的輸出端，為外接電壓端，其中，數(shù)字量輸入端子經(jīng)過第一電阻和整流橋模塊的第二引腳相連接，數(shù)字量輸入電路的公共端和整流橋模塊的第一引腳相連接，整流橋模塊的第四引腳分別和第一電容的一端、第二電阻的一端、第二電容的一端、光電耦合器的第一輸入端相連接，整流橋模塊的第三引腳分別和第一電容的另一端、第二電阻的另一端、第二電容的另一端、光電稱合器的第二輸入端相連接，光電I禹合器的第一輸出端分別和第三電容的一端、數(shù)字量輸入的輸出端、第三電阻的一端相連接，第三電阻的另一端和外接電壓端相連接，光電耦合器的第二輸出端和第三電容的另一端相連并接地。
[0011]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述控制模塊采用的芯片型號為0MAP5910。
[0012]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號為TLC3578。
[0013]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述通信接口采用的芯片型號為RTL8019AS。
[0014]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述第一光電隔離電路采用的芯片型號為EL852。
[0015]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本實用新型設(shè)置有豐富的保護功能，包括三段式帶復(fù)壓閉鎖的定時限過流保護、三段式過負荷保護、反時限過流保護、零序電流保護、負序電流保護、低電壓保護、過電壓保護和PT斷線告警等；保護測控裝置按照模塊化的設(shè)計思想，將不同的保護功能給劃分為獨立的模塊，各個模塊具有獨立的入口條件和出口狀態(tài)，并且每個模塊設(shè)置有控制軟壓板，可以通過控制軟壓板的投入或退出來配置裝置的保護功能，各保護功能的整定值和出口方式(跳閘或告警)可以通過按鍵或通信網(wǎng)絡(luò)來配置；這種模塊化的設(shè)計使保護功能具有極強的可讀性和移植性，各模塊間的協(xié)作關(guān)系清晰明了，有利于提高保護的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的模塊連接示意圖。
[0017]圖2是本實用新型中數(shù)字量輸入電路的電路圖，
[0018]其中:R1至R3分別為第一至第三電阻，Cl至C3分別為第一至第三電容，ZL為整流橋模塊，OP為光電耦合器，DIIN是數(shù)字量輸入端子，DICOM是數(shù)字量輸入電路的公共端，D1UT為數(shù)字量輸入的輸出端，VCC為外接電壓端。

【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0020]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本實用新型中涉及到的相關(guān)模塊及其實現(xiàn)的功能是在改進后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上搭載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計算機軟件程序或有關(guān)協(xié)議就可實現(xiàn)，并非是對現(xiàn)有技術(shù)中的計算機軟件程序或有關(guān)協(xié)議進行改進。例如，改進后的計算機硬件系統(tǒng)依然可以通過裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來實現(xiàn)該硬件系統(tǒng)的特定功能。因此，可以理解的是，本實用新型的創(chuàng)新之處在于對現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進及其連接組合關(guān)系，而非僅僅是對硬件模塊中為實現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進。
[0021]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本實用新型中提到的相關(guān)模塊是用于執(zhí)行本申請中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項或多項的硬件設(shè)備。所述硬件設(shè)備可以為所需的目的而專門設(shè)計和制造，或者也可以采用通用計算機中的已知設(shè)備或已知的其他硬件設(shè)備。所述通用計算機有存儲在其內(nèi)的程序選擇性地激活或重構(gòu)。
[0022]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本實用新型的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0023]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)具有與本實用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
[0025]本實用新型的模塊連接示意圖如圖1所示，一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，包括控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊、交流模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊；
[0026]本實用新型中數(shù)字量輸入電路的電路圖如圖2所示，其中，控制模塊分別連接A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換電路還與信號調(diào)理電路相連，所述第一光電隔離電路還與數(shù)字量輸入模塊相連，所述第二光電隔離電路還與數(shù)字量輸出模塊相連。
[0027]本實用新型中數(shù)字量輸入電路的電路圖如圖2所示，所述數(shù)字量輸入模塊包括第一至第三電阻，第一至第三電容，整流橋模塊，光電耦合器，是數(shù)字量輸入端子，數(shù)字量輸入電路的公共端，數(shù)字量輸入的輸出端，為外接電壓端，其中，數(shù)字量輸入端子經(jīng)過第一電阻和整流橋模塊的第二引腳相連接，數(shù)字量輸入電路的公共端和整流橋模塊的第一引腳相連接，整流橋模塊的第四引腳分別和第一電容的一端、第二電阻的一端、第二電容的一端、光電耦合器的第一輸入端相連接，整流橋模塊的第三引腳分別和第一電容的另一端、第二電阻的另一端、第二電容的另一端、光電耦合器的第二輸入端相連接，光電耦合器的第一輸出端分別和第三電容的一端、數(shù)字量輸入的輸出端、第三電阻的一端相連接，第三電阻的另一端和外接電壓端相連接，光電耦合器的第二輸出端和第三電容的另一端相連并接地。
[0028]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述控制模塊采用的芯片型號為0MAP5910。多核處理器0MAP5910是TI公司推出的開放式多媒體應(yīng)用平臺，片內(nèi)集成了 DSP處理器和ARM處理器，DSP處理器基于TMS320C55X核，提供2個乘累加(MAC)單元，I個40位的算術(shù)邏輯單元和I個16位的算術(shù)邏輯單元，由于DSP采用了雙ALU結(jié)構(gòu)，大部分指令可以并行運行，其工作頻率達150MHz，并且功耗更低。ARM處理器是基于ARM9核的TI925T處理器，包括了 I個16KByte的指令cache和8KByte的數(shù)據(jù)cache, I個協(xié)處理器,指令長度可以是16位或者32位。0MAP5910具有集成度高、硬件可靠性和穩(wěn)定性強、數(shù)據(jù)處理能力強、低功耗等優(yōu)點。
[0029]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號為TLC3578。交流模擬量輸入模塊包括電壓互感器、電流互感器，并依次連接信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，用于將交流模擬信號轉(zhuǎn)換為能被0MAP5910處理的數(shù)字信號；數(shù)字量輸入模塊用于采集負荷開關(guān)位置信號、低壓斷路器位置信號、熔斷器熔斷信號等普通開關(guān)量信號，還可以采集重瓦斯動作跳閘、輕瓦斯動作告警等非電量信號；數(shù)字量輸出模塊主要用于各種保護裝置的出口跳閘、信號報警等功能；按鍵和顯示模塊主要用于人機交互；通信模塊用于與其它智能設(shè)備和監(jiān)控中心進行通信。
[0030]低壓保護測控裝置采集的交流模擬信號包括三相測量電流、三相保護電流、零序電流和三相電壓，三相測量電流使用5A/3.53V的線性電流互感器采樣，三相保護電流信號使用100A/7.07V的電流互感器采樣，零序電流使用20A/7.07V的電流互感器采樣，三相電壓使用220V/7.07V的電壓互感器采樣，共需要10路A/D轉(zhuǎn)換通道。
[0031]A/D轉(zhuǎn)換芯片使用TI公司生產(chǎn)的TLC3578，它是8通道14位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用單5V模擬電源和3V飛V數(shù)字電源供電，模擬量輸入范圍為-lOV'lOV，完全可以滿足同時接多個互感器的設(shè)計要求。TLC3578同0MAP5910的串行接口主要由片選信號、時鐘信號SCLK、串行數(shù)據(jù)輸入SDI和三態(tài)串行數(shù)據(jù)輸出SDO四個引腳組成，/EOC端連接至0MAP5910的中斷輸入端，當TLC3578內(nèi)部FIFO存儲區(qū)滿時產(chǎn)生相應(yīng)的外部中斷，觸發(fā)相應(yīng)中斷程序?qū)?shù)據(jù)讀走。
[0032]數(shù)字量輸入模塊不但可以采集低壓供電系統(tǒng)中的負荷開關(guān)位置信號、熔斷器熔斷信號、低壓斷路器位置信號等普通開關(guān)量信號，而且還可以采集低壓變壓器的重瓦斯跳閘、輕瓦斯告警、超高溫跳閘、高溫告警等非電量信號。該裝置設(shè)有20路強電數(shù)字量輸入接口，并提供有4路可編程的備用非電量輸入接口，便于非電量功能擴展。
[0033]數(shù)字量輸出模塊采用啟動繼電器閉鎖形式，啟動繼電器的控制信號由0MAP5910的ARM內(nèi)核控制，出口繼電器的控制信號由0MAP5910的DSP內(nèi)核控制，只有啟動繼電器動作后，才能開放出口繼電器的正電源，從而實現(xiàn)數(shù)字量輸出控制的部分解耦，避免由于器件損壞而引起保護誤動作。當需要輸出時，首先使啟動繼電器的DOENH置高電平，DOENL置低電平，光電耦合器EL852導通，啟動繼電器動作，其常開觸點閉合，使+24VE連接到+24V;然后將DOOUT置為低電平，光電耦合器EL852導通，出口繼電器動作，其常開觸點閉合，使跳閘或告警電路導通。
[0034]保護測控裝置設(shè)置有豐富的保護功能，包括三段式帶復(fù)壓閉鎖的定時限過流保護、三段式過負荷保護、反時限過流保護、零序電流保護、負序電流保護、低電壓保護、過電壓保護和PT斷線告警等。保護測控裝置按照模塊化的設(shè)計思想，將不同的保護功能給劃分為獨立的模塊，各個模塊具有獨立的入口條件和出口狀態(tài)，并且每個模塊設(shè)置有控制軟壓板，可以通過控制軟壓板的投入或退出來配置裝置的保護功能，各保護功能的整定值和出口方式(跳閘或告警)可以通過按鍵或通信網(wǎng)絡(luò)來配置。這種模塊化的設(shè)計使保護功能具有極強的可讀性和移植性，各模塊間的協(xié)作關(guān)系清晰明了，有利于提高保護的可靠性。
[0035]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述通信接口采用的芯片型號為RTL8019AS。
[0036]作為本實用新型的進一步優(yōu)化方案，所述第一光電隔離電路采用的芯片型號為EL852。
[0037]本實用新型提出了以0MAP5910為核心處理器的低壓保護測控裝置設(shè)計方案，使整個裝置的硬件結(jié)構(gòu)更加簡潔和優(yōu)化，有效地降低了裝置的整體功耗，提提高了裝置的可靠性和可擴展性。同時，裝置具有靈活的保護功能配置和保護出口配置功能，簡化了保護整定值的管理和使用，便于使用和維護。
[0038]上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)，在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，其特征在于:包括控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊、交流模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊； 其中，控制模塊分別連接A/D轉(zhuǎn)換電路、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、復(fù)位電路、時鐘電路、GPS校時電路、存儲器、按鍵電路、顯示電路、通信接口、電源模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換電路還與信號調(diào)理電路相連，所述第一光電隔離電路還與數(shù)字量輸入模塊相連，所述第二光電隔尚電路還與數(shù)字量輸出模塊相連； 所述數(shù)字量輸入模塊包括第一至第三電阻，第一至第三電容，整流橋模塊，光電耦合器，是數(shù)字量輸入端子，數(shù)字量輸入電路的公共端，數(shù)字量輸入的輸出端，為外接電壓端，其中，數(shù)字量輸入端子經(jīng)過第一電阻和整流橋模塊的第二引腳相連接，數(shù)字量輸入電路的公共端和整流橋模塊的第一引腳相連接，整流橋模塊的第四引腳分別和第一電容的一端、第二電阻的一端、第二電容的一端、光電耦合器的第一輸入端相連接，整流橋模塊的第三引腳分別和第一電容的另一端、第二電阻的另一端、第二電容的另一端、光電耦合器的第二輸入端相連接，光電I禹合器的第一輸出端分別和第三電容的一端、數(shù)字量輸入的輸出端、第三電阻的一端相連接，第三電阻的另一端和外接電壓端相連接，光電耦合器的第二輸出端和第三電容的另一端相連并接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，其特征在于:所述控制模塊采用的芯片型號為0MAP5910。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片型號為TLC3578。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，其特征在于:所述通信接口采用的芯片型號為RTL8019AS。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進數(shù)字量輸入電路的繼電低壓保護測控裝置，其特征在于:所述第一光電隔離電路米用的芯片型號為EL852。
【文檔編號】H02J13/00GK204118711SQ201420653543
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】錢華杰, 蔡亞萍 申請人:金陵科技學院