一种电力二次设备的自适应开关量输入电路的制作方法

本发明涉及一种电力二次设备的自适应开关量输入电路，属于电力自动化技术领域。

背景技术：

在电力自动化装置中，开关量采集的应用非常普遍。国家电网公司对继电保护类装置的开关量输入动作门槛有的提出了更高的要求，开关量输入动作电压门槛必须满足55%-70%的额定电源电压，因此开关量的分、合状态判断依据必须依赖外部开关量直流电源的电压。开关量直流电源通常都是直接取自电力自动化装置中的电源或者外部直流屏输出的电源，有多种规格，例如DC24V、DV48V、DC110V和DC220V等，电源电压会随着所接负载的变化而变化。

电力自动化装置为了适应不同开关量输入电源下，保证开关量动作电压门槛落在55%-70%额定电源电压区间内，通常采取以下两种应对方式：

1）针对不同的开关量输入电源，采用不同的开关量输入回路硬件设计方案，采用不同的元器件。该方式造成了生产计划、库存管理、用户运维备件管理上的困难；

2）采用线性隔离光耦采样开关量输入信号，将采集的模拟量信号送至ADC，用软件计算开关量输入电压，判断是否开关量状态。该方式电路复杂，每一路开关量信号输入回路都要使用一个线性隔离光耦以及相应的隔离电源、差分运放等元器件；成本高，采用线性隔离光耦的开关量输入回路物料成本是采用常规光耦回路的上百倍。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电力二次设备的自适应开关量输入电路。实现了工业温度环境下开关量输入信号动作电压门槛的自适应精确识别。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种电力二次设备的自适应开关量输入的电路，包括：带ADC的CPU或是ADC、CPU采用分立器件的电路、开关量直流电源监视回路、开关量信号输入回路、温度监测回路。

所述ADC具有多个采样通道，分别对开关量信号输入回路、开关量直流电源监视回路、温度监测回路的输出模拟量采样。

所述开关量直流电源监视回路包括：限流电阻、采样电阻、线性隔离光耦、运放调理电路。所述线性隔离光耦的正信号输入端、负信号输入端之间并接采样电阻、滤波电容，正信号输入端串联多个限流电阻至开关量直流电源正端，负信号输入端串联多个限流电阻至开关量直流电源负端。线性隔离光耦的信号输出端口连接至运放调理电路驱动输出至ADC的采样通道。

所述开关量信号输入回路包括：开关量隔离光耦、限流电阻、采样电阻、运放调理电路，所述开关量隔离光耦的正信号输入端、负信号输入端之间并接滤波电容，正信号输入端串联多个限流电阻至外部开关量信号输出端正端，负信号输入端接到外部开关量信号输出端负端，开关量隔离光耦正信号输出端接CPU 侧电源的正电源，开关量隔离光耦负信号输出端经采样电阻、滤波电容接到CPU 侧电源的地端，同时负信号输出端经运放调理电路输出至ADC的采样通道。

所述温度监测回路包括：温度传感器、运放调理电路，所述温度传感器的输出经运放调理电路驱动后接入ADC模拟输入管脚。温度传感器用于监测开关量信号输入回路的环境温度。

电力二次设备自适应开关量输入电路判别方法：

步骤一：CPU 采集开关量直流电源监视回路的输出电压值Vai2，按该电路参数计算得出该回路的输入电压值，即开关量直流电源电压值Uin，以及开关量信号输入回路的输入门槛电压Um，一般取Uin的62.5%。CPU 读取温度监测回路的AD采样值，即当前各相关回路的工作温度t；

步骤二：CPU采集开关量信号输入回路的输出电压值Vai1；

步骤三：查该开关量信号输入回路在常温25°C输入输出电压关系表，将开关量信号输入回路的输入门槛电压Um作为输入电压值，查表得出对应的输入输出电压比值，求乘积得出对应的输出电压值，即为常温25°C该开关量信号输入回路的输出电压门槛值Vm（25°C）。

步骤四：查当前温度值t下的开关量信号输入回路温度特性系数表，得到比例系数K，可计算当前温度值t下的开关量信号输入回路的输出电压门槛值Vm（t°C），Vm（t°C）= Vm（25°C）/K。

步骤五：比较该开关量信号输入回路的输出电压值Vai1与输出电压门槛值Vm（t°C）。当Vai1≥Vm（t°C）时，该开关量信号输入回路的开关量输入有效；否则无效。

所述开关量信号输入回路在常温25°C时输入输出电压关系表为常温25°C时该回路的输入、输出电压的比值。由于开关量隔离光耦电流传输比参数差异，相同温度、相同输入电压条件下，同型号的多只开关量隔离光耦输出电压值有差异。该表的数值需要预先测试，并存储在系统的非易失存储器中。

所述开关量信号输入回路温度特性系数表，该系数表为在不同温度环境下、不同输入电压条件下开关量信号输入回路的输出电压值与常温25°C下输出电压值的比值。该系数表数据为多路开关量信号输入回路测量数据的算术平均值。该值存储在系统的非易失存储器中。

有益效果：本发明提供的一种电力二次设备的自适应开关量输入电路，能自动适应以下24VDC-300VDC开入量，可以将任意一点电压作为开关量有效判断门槛，降低电路设计成本，保障电力二次设备的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明以3路开关量输入为例的结构框图1；

图2为本发明以3路开关量输入为例的结构框图2；

图3为本发明的电路示意图；

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2所示，主要有用于采集开关量的开关量信号输入回路三路，用于监视开关量直流电源电压的开关量直流电源监测回路，用于测量环境温度的温度监测回路，以及负责处理开关量信号输入回路、开关量直流电源监测回路和开关量电路温度监测回路输出模拟信号，完成模数转换的ADC可采用独立器件或集成于CPU中，完成输入开关量自适应判断的CPU。

如图3所示，该图中仅示出了一路开关量信号输入回路，所述开关量信号输入回路包括：一开关量隔离光耦U1、一限流电阻R1、一防反二极管D1，所述开关量隔离光耦U1的正、负信号输入端之间并接一滤波电容C1，其正信号输入端串接限流电阻R1到开关量信号的输出端正端，其负信号输入端接到开关量信号的输出端负端，其正信号输出端接CPU 侧电源的正电源端VCC，其负信号输出端经一采样电阻R2和滤波电容C2接到CPU 侧电源的地端，同时负信号输出端经由R3、C3、U2构成的运放调理电路接至ADC输入管脚；

所述开关量直流电源监测回路包括：一线性隔离光耦U3、两限流电阻R4和R6、一采样电阻R5，线性隔离光耦U3的正、负信号输入端之间并接一滤波电容C4，其正信号输入端串接限流电阻R4到开关量直流电源的输出端正端，其负信号输入端串接限流电阻R6到开关量直流电源的输出端负端，线性隔离光耦U3的正负输出端接由电阻R7、R8、R9、R10、电容C5、C6和运放U4构成的运放调理电路接至ADC输入管脚；

所述温度监测回路为一温度传感芯片，输出端接至ADC输入管脚。

如图4所示，是本发明工作原理如下：

1)CPU采集开关量直流电源监测回路的输出电压Vai2，由于线性隔离光耦器件的输入、输出电压比值恒定，可由限流电阻和采样电阻的分压比、线性隔离光耦的输入、输出电压比值及运放调理电路的放大系数计算得出开关量输入电源电压Uin；

2)CPU对温度监测回路的输出模拟量采样，得到当前开关量信号输入回路工作温度t；

3)CPU采集开关量信号输入回路的输出电压值Vai1；

4)根据开关量输入电源电压Uin，计算对应的输入门槛电压Um，查该开关量信号输入回路的常温25°C时输入输出电压关系表可知此回路在常温25°C时对应Um的输出电压门槛值Vm（25°C）。查开关量信号输入回路温度特性系数表，可得在当前温度t下该开关量信号输入回路的输出电压门槛值Vm（t°C）与25°C时输出电压门槛值Vm（25°C）的比例系数K，计算出Vm（t°C）= Vm（25°C）/K；

5)比较 Vai1和输出电压门槛值Vm（t°C）的关系，当Vai1≥Vm（t°C）时，开关量信号输入回路的开关量输入有效；否则无效。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。