一种有载调压分接开关测试仪的制作方法

本发明涉及一种开关测试仪，具体涉及一种有载调压分接开关测试仪。

背景技术：

高压开关是发电厂、变电站的电器设备中重要的控制和保护设备，当设备和线路发生故障时能快速切除故障，保证无故障部分正常运行，起运行保护作用。高压开关依靠机械部件完成开合线路动作，为保证高压开关安全运行，必须对其机械部件的机械特性进行检测，现有技术多额外设置显示器、按键等来完成人机交互模式，这种处理方式不仅复杂，而且精度不高，而且检测有一定延迟。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种结构设计简单、合理，能增强高压开关机械特性检测的精度和实时性，电路可靠性高、成本低的有载调压分接开关测试仪。

本发明的技术方案如下：

上述的有载调压分接开关测试仪，包括PC机、ARM处理器、可编程门阵列单元、信号调理及采样电路、采样数据存储器、高压开关控制电路、电流传感器和位移传感器；所述PC机通过以太网接口连接ARM处理器；所述ARM处理器通过网络接口连接所述可编程门阵列单元；所述可编程门阵列单元连接所述信号调理及采样电路且还连接所述高压开关控制电路；所述可编程门阵列单元还通过光电耦合器连接所述采样数据存储器；所述信号调理及采样电路分别连接所述电流传感器、位移传感器和高压开关；所述信号调理及采样电路与所述高压开关之间传送开关量数据；所述高压开关控制电路、电流传感器和位移传感器均与高压开关连接。

所述有载调压分接开关测试仪，其中：所述可编程门阵列单元包括行程AD采样模块、电压AD采样模块、电流AD采样模块、开关量采集模块、接口模块、读写仲裁器、读写控制器和外部存储器；所述行程AD采样模块连接所述电压AD采样模块，所述电压AD采样模块连接所述电流AD采样模块，所述电流AD采样模块连接所述开关量采集模块并通过所述开关量采集模块连接所述高压开关控制电路；所述行程AD采样模块、电压AD采样模块和电流AD采样模块均一端连接所述读写仲裁器，另一端连接所述接口模块并通过所述接口模块连接所述ARM处理器；所述读写仲裁器还分别连接所述开关量采集模块、接口模块和读写控制器；所述读写控制器与所述外部存储器连接。

所述有载调压分接开关测试仪，其中：所述信号调理及采样电路是由芯片U1、电阻R1～R11、三极管Q1～Q2、电容C1～C2和运算放大器U2连接组成；所述芯片U1的1号引脚连接三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极通过所述电阻R9连接所述运算放大器U2的输出端，所述三极管Q2的发射极接地；所述芯片U1的2号引脚连接通过所述电阻R8接地；所述电阻R10为可调电阻且包括滑片和一对接线端；所述电阻R10其中一个接线端连接所述三极管Q1的发射极，另一个接线端接地，滑片连接所述芯片U1的3号引脚；所述芯片U1的4号引脚连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极所述电阻R1连接所述芯片U1的8号引脚；所述电容C2一端接地，另一端连接所述芯片U1的4号引脚；所述电阻R2一端连接所述芯片U1的1号引脚，另一端连接所述芯片U1的8号引脚；所述芯片U1的5号引脚接地，所述芯片U1的6号引脚为输出端，所述芯片U1的7号引脚连接电源VCC；所述电阻R3一端接地，另一端连接所述运算放大器U2的同相输入端；所述电阻R11一端连接所述运算放大器U2的输出端，另一端连接所述运算放大器U2的同相输入端；所述电阻R4一端连接所述芯片U1的8号引脚，另一端连接所述运算放大器U2的同相输入端；所述电阻R5一端连接所述芯片U1的8号引脚，另一端连接所述运算放大器U2的反相输入端；所述电阻R6一端连接负电压输入端，另一端连接所述运算放大器U2的反相输入端；所述电阻R7一端连接所述运算放大器U2的反相输入端，另一端连接所述电容C2并通过所述电容C2连接所述运算放大器U2的输出端。

所述有载调压分接开关测试仪，其中：所述芯片U1的型号为UC1845，所述运算放大器U2的型号为LM741J。

所述有载调压分接开关测试仪，其中：所述信号调理及采样电路中的信号调理包括隔离、缓冲与放大。

所述有载调压分接开关测试仪，其中：所述高压开关控制电路采用交流接触器实现直流控制交流电路的分合，以控制所述高压开关。

有益效果：

本发明有载调压分接开关测试仪结构设计简单、合理，其以ARM处理器和可编程门阵列单元为下位机系统，以PC机为上位机系统，充分发挥了ARM处理器2的处理能力强、接口丰富、系统软件开发便捷的优点以及可编程门阵列单元在多路数据并行采样上精度高的优势，增强了高压开关机械特性检测的精度和实时性；同时，信号调理及采样电路是由芯片U1、电阻R1～R11、三极管Q1～Q2、电容C1～C2和运算放大器U2连接组成，有效避免了对负电压采样的繁琐处理，提高了电路可靠性，降低了成本。

附图说明

图1为本发明有载调压分接开关测试仪的结构框图；

图2为本发明有载调压分接开关测试仪的可编程门阵列单元与ARM处理器、高压开关控制电路及高压开关之间的连接框图；

图3为本发明有载调压分接开关测试仪的信号调理及采样电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至3所示，本发明有载调压分接开关测试仪，包括PC机1、ARM处理器2、可编程门阵列单元3、信号调理及采样电路4、采样数据存储器5、高压开关控制电路6、电流传感器7和位移传感器8。

该PC机为上位机系统，其通过以太网接口连接ARM处理器2。

该ARM处理器2和可编程门阵列单元3为上位机系统；其中，该ARM处理器2通过Bank接口连接可编程门阵列单元3。

该可编程门阵列单元3还分别连接信号调理及采样电路4和高压开关控制电路6；该可编程门阵列单元3还通过光电耦合器连接采样数据存储器5，加入光电耦合器以隔离可编程门阵列单元3与采样数据存储器5之间的电气连接。其中，该可编程门阵列单元3包括行程AD采样模块31、电压AD采样模块32、电流AD采样模块33、开关量采集模块34、接口模块35、读写仲裁器36、读写控制器37和外部存储器38；该行程AD采样模块31连接电压AD采样模块32，该电压AD采样模块32连接电流AD采样模块33，该电流AD采样模块33连接开关量采集模块34并通过开关量采集模块34连接高压开关控制电路6；该行程AD采样模块31、电压AD采样模块32和电流AD采样模块33均一端连接读写仲裁器36，另一端连接接口模块35并通过接口模块35连接ARM处理器2；该读写仲裁器36还分别连接开关量采集模块34、接口模块35和读写控制器37；该读写控制器37与外部存储器38连接。

该信号调理及采样电路4分别连接电流传感器7、位移传感器8和高压开关9；其中，该信号调理及采样电路4与高压开关9之间传送开关量数据；该信号调理及采样电路4中的信号调理包括隔离、缓冲与放大。

该高压开关控制电路6、电流传感器7和位移传感器8均与高压开关9连接；其中，该高压开关控制电路6在合闸操作前，对弹簧操纵机构进行储能的电机是交流电机；该高压开关控制电路6采用灵敏度高、控制功率低及电磁干扰小的交流接触器实现直流控制交流电路的分合以控制高压开关9。

该信号调理及采样电路4是由芯片U1、电阻R1～R11、三极管Q1～Q2、电容C1～C2和运算放大器U2连接组成；其中，该芯片U1型号为UC1845，该运算放大器U2型号为LM741J。该芯片U1的1号引脚连接三极管Q2的集电极，该三极管Q2的基极连接电阻R9并通过电阻R9连接运算放大器U2的输出端，该三极管Q2的发射极接地；该芯片U1的2号引脚连接电阻R8并通过电阻R8接地；该电阻R10为可调电阻且包括一对接线端和滑片；该电阻R10其中一个接线端连接三极管Q1的发射极，另一个接线端接地，滑片连接芯片U1的3号引脚；该芯片U1的4号引脚连接三极管Q1的基极，该三极管Q1的集电极连接电阻R1并通过电阻R1连接芯片U1的8号引脚；该电容C2一端接地，另一端连接芯片U1的4号引脚；该电阻R2一端连接芯片U1的1号引脚，另一端连接芯片U1的8号引脚；该芯片U1的5号引脚接地，6号引脚为输出端，7号引脚连接电源VCC；该电阻R3一端接地，另一端连接运算放大器U2的同相输入端；该电阻R11一端连接运算放大器U2的输出端，另一端连接运算放大器U2的同相输入端；该电阻R4一端连接芯片U1的8号引脚，另一端连接运算放大器U2的同相输入端；该电阻R5一端连接芯片U1的8号引脚，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；该电阻R6一端连接负电压输入端，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；该电阻R7一端连接运算放大器U2的反相输入端，另一端连接电容C2并通过电容C2连接运算放大器U2的输出端。

其中，如图3，当电压输入端电压减小，即输出负载减小，输出电流增大时，运算放大器U2的反相输入端的电位升高，与运算放大器U2同相输入端的基准电压进行比较后，运算放大器U2输出端的电位降低，致使芯片U1的1号引脚电压增大，即芯片U1的6号引脚的输出脉冲的脉宽增大；当电压输入端电压增大，即输出负载增大，输出电流减小时，运算放大器U2的反相输入端的电位降低，与运算放大器U2同相输入端的基准电压进行比较后，运算放大器U2输出端的电位升高，致使芯片U1的1号引脚电压减小，即芯片U1的6号引脚的输出脉冲的脉宽减小。

本发明的工作原理：

本发明需要同时采集多路模拟及数字信号量并将采集的信号量存储到外部存储器38中，可编程门阵列单元3挂接在ARM处理器2的Bank接口，ARM处理器2通过读写接口模块35来实现同可编程门阵列单元3的通信；接口模块35需要完成ARM处理器2读写时序及命令解析；当ARM处理器2向接口模块35写入分/合闸命令后，通过接口模块35驱动外围电路执行高压开关分/合闸动作，并在监测到分/合闸线圈带电后立即发出采样请求信号到行程AD采样模块31、电压AD采样模块32和电流AD采样模块33；行程AD采样模块31、电压AD采样模块32和电流AD采样模块33将对采样请求信号进行应答。为提高外部存储器38利用率，减少可编程门阵列单元3读写外部存储器38的次数，将两次或多次AD采样值合并为一组32bit据再送给读写仲裁器模块发起一次外部存储器38写请求，因外部存储器38读写客户端多,且同一时间只能处理一次读或写请求，所以需要通过读写仲裁器36进行仲裁，仲裁完成后将请求、地址、数据送给读写控制,37，读写控制器37负责完成对外部存储器38的读写操作；分/合闸动作完成后采样还将持续一定时间，以确保开关动触头稳定，采样彻底完成后，接口模块35将给ARM处理器2送出中断，ARM处理器2就会从外部存储器38中读取采样数据封装后送给PC机1处理。

本发明结构设计简单、合理，能增强高压开关机械特性检测的精度和实时性，电路可靠性高、成本低，适于推广与应用。