专利名称：一种开闭所测控终端单元综合测试仪的制作方法
技术领域：
本发明属于电力自动化设备测试领域，涉及一种开闭所/环网柜测控终端的检验装置，尤其是一种开闭所测控终端单元综合测试仪。
背景技术：
开闭所自动化是城市配电自动化系统的重要组成部分，开闭所测控单元是用于测量、控制开闭所进出线断路器或负荷开关的装置，在测控单元安装前、开闭所后台管理机安装调试、开闭所与集控/调控中心联调时，都需要对测控单元的遥信、遥测、遥控机能进行测试，传统测试方式需要使用保护测试仪、万用表等诸多仪器工具，操作繁琐，需要操作人员较多，工作效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种开闭所测控终端单元综合测试仪。其通过RS485总线将各种功能模块联接。将原本独立的电压/电流信号源、用于测试测控终端出口继电器动作的万用表、用于向测控终端遥信接口提供通断信号的短接线等集成为一个整体，通过微控制器控制各部分协调工作，并配备双向智能遥控手柄，以达到提高工作效率，减少操作人员的目的。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的这种开闭所测控终端单元综合测试仪，包括由RS485总线联接为一体的主控单元、信号遥信单元、遥控监测模块、电压电流信号源、遥控手柄，人机界面；所述主控单元包括主控CPU模块和电源数据总线的插座排，主控单元居中调度各个功能模块；所述信号遥信单元包括面板、测试接口板、测试监控板、遥信控制MCU核心板；所述遥信控制MCU核心板集成了复位电路、晶振电路、RS485通信接口 ；所述遥控监测模块包括面板、测试接口板、测试监控板、遥控监测MCU核心板；所述电压电流信号源由脉宽调制电路、交流电压/交流电流变送器、模数变换器、输出控制电路五部分构成；所述遥控手柄通过半双工无线接口实现与主控单元、电压电流信号源的互动；整个综合测试仪各模块间通过RS485总线联接为一个整体。上述主控CPU模块通过轮询各个功能模块并解析其应答，使各模块间能够协同工作。上述遥信控制MCU核心板上有四组遥信信号控制电路，通过四个继电器实现四路遥信信号的控制。上述遥控监测MCU核心板上有四组监测电路，通过四个继电器实现外部信号与内部信号的隔离与控制。上述脉宽调制电路产生可控的方波控制信号，通过H桥电路实现PWM信号对高电压、大电流的控制以及单极性到双极性的转换；所述交流电压/交流电流变送器将高电压、大电流的交流信号变换为0-5V的直流电压；所述模数转换器通过交流电压/交流电流变送器采集输出的电压信号，反过来控制脉宽调制电路所产生方波的占空比；所述输出控制电路通过工作模式选择开关，选择在三相模式和两相模式中转换，通过双向遥控手柄来实现相序的变换。上述遥控手柄外包橡胶，头部有三颗200mW白光LED，内置锂电池。 上述人机界面为智能化全彩液晶人机界面，采用了内置多种字库,具有图形绘制功能的八寸大屏幕高分辨率全彩色智能化人机界面与高速图形处理器相结合的方式。本发明将原本独立的电压/电流信号源、用于测试测控终端出口继电器动作的万用表、用于向测控终端遥信接口提供通断信号的短接线等集成与一个箱体内，通过微控制器控制各部分协调工作，并配备双向智能遥控手柄，以达到提高工作效率，减少操作人员的目的。
图I为本发明的模块示意图2为遥信、遥控接口板电路图3为遥信、遥控接口板PCB图4为MCU (微控制器)板原理图
图5为MCU板PCB图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参见图1，这种开闭所测控终端单元综合测试仪包括主控单元，信号遥信单元，遥控监测模块，电压电流信号源，遥控手柄，智能化全彩液晶人机界面；所述主控单元包括主控CPU模块和电源数据总线的插座排，主控单元居中调度各个功能模块，整个综合测试仪各模块间通过RS485总线联接为一个整体，主控CPU模块通过轮询各个功能模块并解析其应答，使各模块间能够协同工作。这种轮询机制避免了各功能模块对数据总线的无序占用，也避免了对显示模块等公共资源的争夺。主控CPU模块以200mS为周期进行轮询，也为各功能模块提供了一种5Hz的工作节拍，使各功能模块按照这种节拍进行工作。程控电话交换机就是使用这种工作方式，已经被证明是行之有效的。比如遥控监测模块在每次接收到属于自己的轮询报文后，应答上一次遥控检测和按钮检测的结果，并重新检测遥控动作和按钮动作，保存等待下一次被轮询后发送。采取这种方式首先可以避免CPU模块长时间等待遥控模块应答，其次可以消除大部分干扰，很大程度上避免误判。上述信号遥信单元包括面板、测试接口板、测试监控板、遥信控制MCU核心板；遥信控制板上有四组遥信信号控制电路，通过四个继电器实现四路遥信信号的控制。遥信控制MCU核心板的工作方式有两种( I)程序控制遥信方式当MCU通过驱动电路使继电器闭合时，与之相连的测试接口获得遥信信号；同时，遥信面板上相应的LED接通点亮，提示遥信信号已接通。程序控制遥信方式的使用是通过主控面板来操作的。主控面板上，对于遥信控制有顺序全遥信(红色)、遥信清除(黑色)、双点遥信A组、双点遥信B组、双点遥信C组、双点遥信D组(蓝色)六个控制按钮。当按下顺序全遥信后，主控CPU向遥信MCU发送顺序全遥信命令，遥信单元监控第一路闭合2S，然后分开，第二路再闭合2S，分开……依次执行，直至八路遥信全部输出完毕，回到初始状态。闭合时间可在I 15S之间调整。为了适应双点遥信测试的应用，设计了四组双点遥信，第一、二路为A组，第三、四路为B组，第五、六路为C组，第七、八路为D组。以A组为例，当第一次按下按钮时，第一路遥信闭合；第二次按下按钮，第一路遥信分开，第二路遥信闭合；第三次按下按钮，第一二路遥信均闭合；第四次按下按钮，第一二路遥信均分开，回到初始状态。四组双点遥信可以通过最多12次按钮动作组合出256种遥信状态。任何工作状态下，按下“遥信清除”按钮，遥信模块都会停止工作，回到初始状态，所有继电器分开。(2)手动控制遥信方式按下遥信面板上的按钮，相应继电器得电吸合，使测试接口获得遥信信号；同时，遥信面板上相应的LED接通点亮，提示遥信信号已接通。遥信控制MCU核心板是以28脚窄体单片机为核心，集成了必要的复位电路、晶振电路、RS485通信接口。28脚单片机共有IO 口 23个，MCU核心板占用了作为串行通信口的P3.0、P3. I,又利用P3. 7作为RS485收发控制线，其余的Pl. (ΓΡ1. 7、Ρ2. (ΓΡ2. 7、Ρ3. 2>3. 5都按顺序排列在核心板边缘，便于使用；同时，在IO 口旁布置了电源焊盘，方便遥控控制板取电。MCU核心板是遥信控制模块的核心，负责接收主控模块发出的遥控制报文，并驱动遥信控制板。图2是遥信、遥控接口板电路图，图3是遥信、遥控接口板PCB图；图3中下部标“XK”处为遥信、遥控选择跳线(如同PC主板上的跳线)，选择该电路板用作遥控信号检测或是遥信信号控制。当短接K-GND时，做为遥控检测电路板用，板上有四个继电器，继电器线圈通过测试仪面板上的遥控检测接口与被测装置的遥控出口连接。图3中上部有LED引线插座，下部有与MCU板的插针。当被测装置某路遥控出口闭合时，遥控检测板上相应继电器吸合，LED点亮，产生一个动作信号给图4、图5中的MCU，MCU中产生一个遥控动作报文暂存在核心板中，待主控CPU轮询时告知主控CPU。同时为了提供有效的音响提示，MCU板还控制了一个蜂鸣器，当监测到遥控动作时，无论动作时间多短促，蜂鸣器都会持续鸣响1S，确保使用者能感知到。当短接YX-K时，图2、3中电路板做为遥信信号控制板，板上包括四个继电器和一个ULN2003驱动器以驱动继电器，继电器的两组接点分别连接LED和被测装置的遥信接口，遥信信号控制板下部与MCU相连。当使用者按下测试仪面板上按钮或主控CPU发出程序控制指令时，MCU通过驱动器使继电器吸合，与之相连的测试接口获得遥信信号；同时，遥信面板上相应的LED接通点亮，提示遥信信号已接通。所以遥控检测和遥信信号控制是通过操作面板(包括按钮、LED、蜂鸣器)一主控CPU——MCU板——遥控/遥信接口板这一系统来完成的。上述遥控监测模块包括面板、测试接口板、测试监控板、遥控监测MCU核心板；遥控监测板上有四组监测电路，通过四个继电器实现外部信号与内部信号的隔离与控制。遥控模块具有遥控监测、音响提示及遥控命令请求功能。当被测装置某路遥控出口继电器闭合时，遥控监控板上相应继电器吸合，LED点亮，产生一个遥控动作报文暂存在MCU核心板中，待主控CPU轮询时告知主控CPU。同时为了提供有效的音响提示，MCU核心板控制了一个蜂鸣器，当监测到遥控动作时，无论动作时间多短促，蜂鸣器都会持续鸣响1S，且该时间可调。遥控命令请求通过遥控控制面板上的按钮来进行操作。当遥控按钮按下并保持超过200mS时，MCU记录按钮动作，产生遥控请求报文，待主控CPU轮询时告知主控CPU。完成轮询应答后，清除遥控动作、按钮动作记录。遥控监测MCU核心板与遥信控制MCU核心板外观相似，但实质上完全不同。不但要向主控单元提供遥控动作、遥控请求报文，还要接收主控单元的指令。所述的电压电流信号源由脉宽调制电路、交流电压/交流电流变送器、模数变换器、输出控制电路五部分构成；脉宽调制电路产生占空比可控的方波控制信号，以SPWM方式模拟正弦波，通过H桥电路实现PWM信号对高电压、大电流的控制以及单极性到双极性的转换；交流电压/交流电流变送器将高电压、大电流的交流信号变换为0-5V的直流电压；模数转换器通过交流电压/交流电流变送器采集输出的电压信号，反过来控制脉宽调制电路所产生方波的占空比，从而实现较为准确、稳定的电压、电流信号。输出控制电路控制电压、电流信号在A、B、C三相信号输出端子上的输出，通过工作模式选择开关，可选择在三相模式和两相模式中转换。相序的变换通过双向遥控手柄来实现。遥控手柄采用双向智能遥控手柄通过半双工无线接口实现与主控单元、智能化电压电流信号源的互动；双向智能遥控手柄是开闭所测控终端综合测试仪中的特色。该遥控手柄通过半双工无线接口实现与主控单元、智能化电压电流信号源的互动。双向智能遥控手柄外包橡胶，具有一定的防护能力；头部有三颗200mW白光LED ;内置锂电池，最大负荷工作状态下可持续约十小时。使用时，当按下按钮后，双向遥控手柄将按钮动作以综合测试仪内部规约报文形式传送给主控单元，由主控单元控制智能化电压电流模块在待机一A相输出——(B相输出)——C相输出四种状态之间切换；主控单元也发送控制报文给双向遥控手柄，使双向遥控手柄尾部的相序指示灯显示黄、绿、红三色，同时头部高亮LED点亮。开闭所测控单元的液晶屏普遍存在可视角度小、对比度低的问题，屏幕内容难以辨识，但根据我们的实践经验，对液晶屏进行补充照明可以显著提高目视辨别效果。因此遥控手柄提供自动开关的辅助照明功能，方便工作中使用。通过双向智能遥控器切换电压电流信号输出，并反向控制双向智能遥控器提供相序提示、照明功能，在现场工作时，可使测试仪操作手与测控单元观察手合二为一，节省了宝贵的人力资源。人机界面为智能化全彩液晶人机界面采用了内置多种字库，具有图形绘制功能的8寸大屏幕高分辨率全彩色智能化人机界面(HMI)与高速图形处理器相结合的方式。主频33MHz的图形处理器处理速度是遥信控制模块等MCU的80倍，能够迅速将主控模块提供的规约报文转换为复杂的图形数据。8寸800*600分辨率的全彩色液晶屏不但提供了丰富的信息，还为综合测试仪以后升级扩展更多功能提供了空间。
权利要求
1.一种开闭所测控终端单元综合测试仪，其特征在于包括由RS485总线联接为一体的主控单元、信号遥信单元、遥控监测模块、电压电流信号源、遥控手柄，人机界面；所述主控单元包括主控CPU模块和电源数据总线的插座排，主控单元居中调度各个功能模块；所述信号遥信单元包括面板、测试接口板、测试监控板、遥信控制MCU核心板；所述遥信控制MCU核心板集成了复位电路、晶振电路、RS485通信接口 ；所述遥控监测模块包括面板、测试接口板、测试监控板、遥控监测MCU核心板；所述电压电流信号源由脉宽调制电路、交流电压/交流电流变送器、模数变换器、输出控制电路五部分构成；所述遥控手柄通过半双工无线接口实现与主控单元、电压电流信号源的互动；整个综合测试仪各模块间通过RS485总线联接为一个整体。
2.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述主控CPU模块通过轮询各个功能模块并解析其应答，使各模块间能够协同工作。
3.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述遥信控制MCU核心板上有四组遥信信号控制电路，通过四个继电器实现四路遥信信号的控制。
4.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述遥控监测MCU核心板上有四组监测电路，通过四个继电器实现外部信号与内部信号的隔离与控制。
5.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述脉宽调制电路产生可控的方波控制信号，通过H桥电路实现PWM信号对高电压、大电流的控制以及单极性到双极性的转换；所述交流电压/交流电流变送器将高电压、大电流的交流信号变换为0-5V的直流电压；所述模数转换器通过交流电压/交流电流变送器采集输出的电压信号，反过来控制脉宽调制电路所产生方波的占空比；所述输出控制电路通过工作模式选择开关，选择在三相模式和两相模式中转换，通过双向遥控手柄来实现相序的变换。
6.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述遥控手柄外包橡胶，头部有三颗200mW白光LED，内置锂电池。
7.根据权利要求I所述的一种开闭所测控终端单元综合测试仪其特征在于所述人机界面为智能化全彩液晶人机界面，采用了内置多种字库，具有图形绘制功能的八寸大屏幕高分辨率全彩色智能化人机界面与高速图形处理器相结合的方式。
全文摘要
一种开闭所测控终端单元综合测试仪，包括主控单元，遥信信号单元，遥控监测模块，智能化电压电流信号源，双向智能遥控手柄单元，智能化全彩液晶人机界面；整个综合测试仪各模块间通过RS485总线联接为一个整体。将原本独立的电压/电流信号源、用于测试测控终端出口继电器动作的万用表、用于向测控终端遥信接口提供通断信号的短接线等集成与一个箱体内，通过微控制器控制各部分协调工作，并配备双向智能遥控手柄，以达到提高工作效率，减少操作人员的目的。
文档编号G01R31/00GK102928707SQ20121042926
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者刘刚, 崔琪, 张萍, 解菠, 李敏, 赵敏, 白璟, 梁茜 申请人:西安供电局, 国家电网公司