专利名称：一种微机监控保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的保护装置，特别是涉及到 一种用于变电站及发电厂 用电系统的中、低压微机保护和监控装置。
背景技术：
随着计算机技术的进步，处理器的运算速度和精度不断提高，且成本不断 减低，这使得电力系统中原本由分立元件构成的保护电路逐渐被微机保护所取 代。通常，微机保护装置包括开关量和模拟量输入输出接口和与该等接口连接 的-徵处理器。处理器通过输入接口获取待检测的信号并根据预先编制的程序进 行运算和对电力系统的运行状况作出判断，并根据判断结果，在检测出电力系 统的装置工作异常时，通过输出接口输出相应的控制信号，对被测装置提供保 护。由于对于被测装置的运行状态判断由软件实现，因此，可通过使用性能更
好的CPU和更好的算法来改善保护装置的性能，并且可以很容易的根据被测装
置的不同，通过调整软件的参数而实现广泛的适应性。可实现测量、控制与保 护的一体化。
但是，现有的微机保护装置在实际使用中也有其不足。如不支持网络应用， 相互之间通信困难，参数输入方式复杂，传统的使用键盘输入的方式要求用户 记住大量的命令行，以至于对操作人员有较高的要求。监控和保护均由单一的
CPU处理，速度慢。
发明内容
本实用新型的目的即在于提供一种微机保护和监控的装置，以克服现有技 术的上述问题，实现监控保护系统的高精度控制、灵活安装，并提高故障反应速度。
为达此目的，本实用新型提供了一种一种微机监控保护装置，包括箱体及 位于其中的微处理器模块、以及与之耦合的输入输出模块，其特征在于，所述
3装置还包括通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总 线与其它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输 入、输出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离；液晶 显示模块，其与所述微处理器模块连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或 在微机保护装置的参数设置过程中进行显示；旋转鼠标，所述旋转鼠标具有一 旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的鼠标电路，所述鼠标电路与微处理器模 块电性连接，旋转所述旋转盘以在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项 间进行切换。
本实用新型的有益效果在于本实用新型的机箱结构具有良好的抗干扰性 能，且拆装方便。电路结构上将监测与保护分别使用两个不同的处理器实现， 可以提高故障应变速度，并且两个处理器之间通过双口进行通信，可以实现较 高的数据实时交互速率。通过输入输出接口的可编程设计，使用户可以灵活定 义各个接口的功用，便于外部接线以及其他扩展应用。使用旋转鼠标作为指令 输入接口，便于使用者操作，同时节省了操作空间。
图1是本实用新型微机保护装置实施例一的电路模块示意图； 图2是本实用新型微机保护装置实施例二的结构模块示意图。
具体实施方式
本实用新型的微机保护装置包括机箱和电路部分，下面将分别从机械和电 路部分的构成角度进行详细说明。其中一具体实施方式
的电路结构如图l所示， 从图中可见，其包括微处理器模块、输入、输出接口模块，通信接口模块和 光电隔离电路以及人机接口模块。
其中，所述输入输出接口模块通常包括对被保护的设备如电动机的电流和 电压进行采样的互感输入单元和对其进行控制的继电输出单元以及进行数字和 或/模拟通信信号输入/输出的信号单元。
光电隔离电路，耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间， 用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离，优选地，光电隔离电路包括在 互感输入单元和微处理器模块的输入接口之间设有的输入隔离电路和设于微处 理器模块的输出接口与继电输出单元之间的输出隔离电路。其中，互感输入单元可由一定数量的电压互感器和电流互感器实现，而光电隔离电路则由光耦元 件实现信号隔离。
为了实现开关量输入、开关量输出对交直流信号的通用，所述输入隔离电 路优选使用双向光电耦合芯片实现，并且串联一RC滤波电路。从而对相应的信 号进行"取模"获得其幅值信息和进行滤波处理，从而增大装置的适用范围。
这里微处理器模块包括微处理器、给微处理器供电的电源电路和微处理器 相应的外围电路。例如，为使该保护装置便于工业应用，电源电路最好具备将
220V交流工频(50Hz)输入转换为始于相应微处理器工作的电压输出。而该微 处理器则可由单片机、CPLD、或DSP等具有数据处理功能的元件实现，在本实 施例中，优选以DSP作为微处理器，以充分利用其数据处理功能。而所述外围 电路则包括例如存储器、A/D(D/A)转换电路，输出锁存电路等。
通信接口模块与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备 进行通信；例如，所述通信接口模块为支持CAN (Controller Area Network,控制 器局域网)总线通信，包括CAN总线控制器和CAN收发器。CAN总线为一种多主 方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有较高的位速率，高抗干扰性，而且 能够检测出产生的任何错误。信号传输距离达到1 OKm时，仍然可提供高达5Kbps 的数据传输速率，适于多个监控保护装置之间的通信。
人机交互模块，通常包括 一液晶显示输出模块，其与所述微处理器模块 连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或在微机保护装置的参数设置过程中 进行显示；以及一指令输入模块，其与所述微处理器模块连接，用于进行微机 保护装置的参数设置。
其中，所述液晶显示输出模块包括一液晶显示屏以及显示控制电路，其实 形式可为现有技术的任何方式，只要能提供根据微处理器的显示内容输出进行 显示的功能即可。而所述指令输入模块则可用键盘、鼠标、麦克风中的一种或 几种的组合作为输入接口。考虑到其实际的应用环境，优选方式为通过一旋转 鼠标实现人机交互。所述旋转鼠标是一种通过旋钮实现类似鼠标功能的装置， 所述旋转鼠标具有一旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的鼠标电路，旋转所 述旋转盘可以使屏幕光标在在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项间进 行切换，而按下确认按钮则执行选中的选项。所述确认按钮可以是单个按钮， 也可以是如现有鼠标般设置左键和右键，并执行相应功能，其实现原理类似现 有的鼠标，而优点在于可集成到一面板之上，从而避免现有的鼠标需能自由移动且需要垫板进行光标定位，所需空间大且不便集成的不足。
为了进一步提升本装置的性能，所述微处理器模块可设置两个微处理器，
其中第一微处理器用于监控信号的输入、输出控制与处理；第二微处理器用于 保护信号的输入、输出控制与处理，两个微处理器之间通过双口 ARM进行通信。 而所述第一、第二微处理器为用DSP实现。
进一步地，为了便于对被保护对象的运行情况进行记录，所述微处理器模 块还包括一与所述微处理器连接的实时时钟和掉电保护存储器。以提供时间信 息，避免每次运行时均需重新设定时间的麻烦；以及防止因意外断电而导致数 据丢失。
所述微处理器模块还包括一录波单元，其用于对被保护对象运行状态参数 的波形进行记录，以及提供部分电源监测和故障报警功能。为进行硬件冗余设 计，该录波单元可使用单独的一片ARM实现。
并且，现有的微机保护装置的输入输出接口出场后即为固定设置，这给实 际安装过程中的布线造成很多不便，无论是初次布线或是改变其应用对象而进 行重新接线，要实现最优布线均较困难。因此，根据本实用新型的一个较佳实 施例，该输入输出模块还包括一接口编程模块，用于对输入输出接口进行编程。 其可用一具有输入、输出接口以及数据处理能力的芯片实现，例如一单片机； 亦可使用软件程序模拟实现。通过该接口编程模块，可以由用户对输入输出模 块的各个接口的对应关系重新定义，以利于布线。
在上述电路结构实际实施时，可将微处理器模块和通信接口模块集成于一 第一 PCB (印刷电路板)板上，将互感输入单元与输入隔离电路集成在一第二 PCB板上，而将所述继电输出单元与所述输出隔离电路集成在第三电路板上，其 中，所述第二、第三电路板亦可以一块电路板实现，各个电路4反之间以数据线 进行连接。从而便于强电与弱电的隔离。
从机械结构角度来说，本新型的微处理器模块、输入、输出接口模块，通 信接口模块和光电隔离电路均设置于机箱之内。为具有良好的抗电磁干扰(EMI) 能力，机箱优选为金属材料制成的全封闭结构，例如铝合金，其包括前盖、后 盖和一体成型的箱体，前、后盖与箱体以可拆装的方式连接在一起，例如通过 螺丝固定。且所述箱体内侧成型有平行排列的多种宽度的凹槽，以供不同规格 的电路板固定之用。上述各个PCB板即滑设于所述凹槽中，并通过螺丝固定于 凹槽边缘的螺孔，这样的设计使得电路板的拆装均十分方便，便于元件更换。
6而所述液晶显示模块和旋转鼠标则安装在所述前盖之上，作为面板侧供用 户进行观察和操作。
根据微处理器模块预先存储的程序，其可具有下述一项或几项或全部功能，
例如延时；电流保护，包括速断保护、延时速断保护、过电流保护以及零 序电流保护；功率方向保护；故障录波；脉冲量记录；S0E记录；谐波分析；网 络通信。
如图2所示的实施例中，该监控保护装置包括由DSP实现的微处理器，具 有CAN通信接口，包括实时时钟和掉电保护存储器，输入输出接口模块包括5 路可编程继电器出口、 8路交直流逻辑可编程开关量输入、12路12位同步AD 采样电路以及模拟信号工频检测电路。同时，该实施例还包括由ARM实现的全 通道录波、装置故障报警通道和数据ARM电源检测单元。
通过上述内容，可以看出，本实用新型的机箱结构具有良好的抗干扰性能， 且拆装方便。电路结构上将监测与保护分别使用两个不同的处理器实现，可以 提高故障应变速度，并且两个处理器之间通过双口进行通信，可以实现较高的 数据实时交互速率。通过输入输出接口的可编程设计，使用户可以灵活定义各 个接口的功用，便于布线以及其他扩展应用。使用旋转鼠标作为指令输入接口 ， 便于使用者操作，同时节省了操作空间。
权利要求1、一种微机监控保护装置，包括箱体及位于其中的微处理器模块、以及与之耦合的输入输出模块，其特征在于，所述装置还包括通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离；液晶显示模块，其与所述微处理器模块连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或在微机保护装置的参数设置过程中进行显示；旋转鼠标，所述旋转鼠标具有一旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的鼠标电路，所述鼠标电路与微处理器模块电性连接，旋转所述旋转盘以在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项间进行切换。
2、 根据权利要求1所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述光电隔离电路包括双向光电耦合芯片，以实现交直流通用。
3、 根据权利要求1所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述通信接口模块为支持CAN总线。
4、 根据权利要求1所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述微处理器模块包括两个微处理器，其中第一微处理器用于监控信号的输入、输出控制与处理；第二^fi处理器用于保护信号的输入、输出控制与处理，两个微处理器之间通过双口 ARM进^f亍通^[言。
5、 根据权利要求4所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述第一、第二微处理器为DSP。
6、 根据权利要求1所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述微处理器模块还包括一与所述微处理器连接的实时时钟和掉电保护存储器。
7、 根据权利要求1所述的微机监控保护装置，其特征在于，所述输入输出模块还包括一接口编程模块，用于对输入输出接口进行编程。
8、 根据权利要求l所述的微机监控保护装置，其特征在于，所迷装置还包括一录波模块，以对检测到的变量波形进行记录。
专利摘要一种微机监控保护装置，包括箱体及位于其中的微处理器模块、与之耦合的输入输出模块，以及通信接口模块，其与所述微处理器模块通信连接，并通过通信总线与其它设备进行通信；光电隔离电路，其耦合于所述微处理器模块和所述输入、输出接口模块之间，用于进行外部信号与微处理器之间的电气隔离；液晶显示模块，其与所述微处理器模块连接，用于显示被保护对象的工作状态和/或在微机保护装置的参数设置过程中进行显示；旋转鼠标，所述旋转鼠标具有一旋转盘和一确认按钮，以及与之连接的鼠标电路，所述鼠标电路与微处理器模块电性连接，旋转所述旋转盘以在所述液晶显示模块显示的菜单栏的不同选项间进行切换。从而实现高精度控制和快速反应。
文档编号G06F17/00GK201409015SQ20092000407
公开日2010年2月17日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年11月14日
发明者侯其峰, 侯红民, 刘太华, 常红旗, 鉴 张, 张维民, 李增利, 李慧勇, 梁丽娟, 迅 王, 王敬仁, 田秀红, 翟富昌, 赵长兵 申请人:北京德威特电力系统自动化有限公司