专利名称：智能综合数字继电器的制作方法
技术领域：
本发明的智能综合数字继电器属电力系统继电保护技术领域。
背景技术：
随着电子，计算机与通信科学技术的飞速发展，也为电力系统的继电保护技术注入了新的活力，促进了电力系统科学技术的迅猛发展，这又对电力系统中的继电保护不断提出了新的要求。针对传统继电保护的缺陷和新的要求，国内外各种智能化，机电一体化的测控，监视等微机型继电保护装置不断涌现。目前市场较领先的产品有SIEMENS的7SJ6X、ABB的RER54X系列。它们都集成了多种功能，而且可由用户配置保护逻辑和一次系统图。如REF54X基于电流电压的保护功能包括三相电流电压、零序电流电压、功率等；可以对断路器、隔离刀闸、接地刀闸进行控制；对电流和电压输入回路、断路器电损耗、跳闸回路监视；提供SPA和LON两个串行通信规约；可以通过继电器编程工具将开关量输入输出，LON输入输出连接到标准功能模块上。但这类产品保护功能的可靠性和测量精度还不太高，保护功能还不全，速动性还较差，还不能满足现代电力系统继电保护的要求。
本
发明内容
本发明的目的在于，在现有技术的基础上，提供一种保护功能更全的，可靠性和测量精度更好的智能综合数字继电器。为实现上述目的，本智能综合数字继电器的构成是，电压电流互感器通过A/D转换器连于数字信号处理器(DSP)，线性隔离电路连于A/D转换器，继电器输出电路与数字输入电路分别与光电隔离电路相连，主微处理器分别连于光电隔离电路、数字信号处理器、人机界面显示模块及以太网控制器。其中主微处理器又由单片机分别与看门狗电路、数据存储器、温度测量电路、实时时钟电路，双口RAM，数据存储器(PSD813F1)相连，其中实时时钟电路与数据存储器(PSD813F1)分别与电源相连；人机界面显示模块由单片机分别与销状态电路、RS232通信接口电路、RS422通信接口电路、看门狗电路、数据存储器(PSD934F2)、液晶显示驱动电路(LCD)、指示灯驱动电路及键盘识别电路相连，其中数据存储器还同时连于指示灯驱动电路及键盘识别电路，液晶显示驱动电路还连于与升压电路相连的显示屏电路。
本智能综合继电器由于采用了A/D转换器和高性能微处理器的强大运算和控制功能以及大规模集成电路构成智能化测控保护元件，集保护、测量和电度计量于一体，功能齐全，能更迅速，更准确地完成各种继电保护功能，使得保护和测量精度大力提高，增强了继电器保护的可靠性和速动性，还能在线监视开关柜本体的湿度、触头接触部位的温度、监测分合闸线圈电流电压，监测断路器行程、速度，监测合闸弹簧状态，断路动作过程中的机械震动，根据专家系统提出维修计划；本智能综合数字继电器支持以太网和IEC870-5-103规约；全部采用汉化界面，一次系统图可任由用户配置，易于使用操作。所以，本智能综合数字继电器很能适合替代中低压开关柜传统继电器，是构成智能化开关柜的理想元件。
图1、智能综合数字继电器组成框图。
图1中标号说明；1、电压电流互感器，2、线性隔离电路，3、继电器输出电路，4、数字输入电路，5、A/D转换器，6、光电隔离电路，7、数字信号处理器，8、主微处理器，9、人机界面显示模块，10、以太网控制器。
图2、智能综合数字继电器中的主微处理器的组成框图。
图2中的标号说明11、看门狗电路，12、数据存储器，13、单片机，14、温度测量电路，15、实时时钟电路，16、双口RAM，17、数据存储器(PSD813F1)，18、电源。
图3、智能综合数字继电器的人机界面显示模块组成框图。
图3中的标号名称19、锁状态电路，20、RS232通信接口电路，21、RS422通信接口电路，22、看门狗电路，23、单片机，24、键盘识别电路，25、指示灯驱动电路，26、数据存储器，27、液晶显示驱动电路，28、显示屏电路，29、升压电路。
图4-8、主微处理器实施电路图。
图9-13、人机界面显示模块实施电路图。
图14、线性隔离电路实施例电路图。
图14中标号名称30、前级输入电路，31、光电隔离电路，32、后级放大电路。
图15、A/D转换器实施电路图。
图16与图17、数字信号处理器实施例电路图。
图18、以太网控制器电路实施电路图。
具体实施例方式
根据附图叙述本发明的具体实施方式
及工作原理和工作过程。
由图1可知，本发明的智能综合数字继电器的组成是电流电压互感器1与线性隔离电路2各自联于A/D转换器5，A/D转换器5的输出再联于数字信号处理器7；继电器输出电路3与数字输入电路4各自联于光电隔离电路6，光电隔离电路6的输出再与主微处理器8相连，数字信号处理器7与人机界面显示模块9以及以太网控制器各自分别联于主微处理器8。
图2是本发明智能综合数字继电器中的主微处理器组成框图，它由单片机(CPU)13分别联于看门狗电路11，数据存储器12，温度测量电路14，实时时钟电路15，双口RAM16及数据存储器17，其中实时时钟电路15与数据存储器17还分别与电源相连。
图3是本发明智能综合数字继电器中的人机界面显示模块组成框图，它由单片机(CPU)23分别联于锁状态电路19，RS232通信接口电路20，RS422通信接口电路21，看门狗电路22，键盘识别电路24，指示灯驱动电路25，数据存储器26及液晶显示驱动电路27；其中键盘识别电路24与指示灯驱动电路25还分别与数据存储器26相连；显示屏电路28分别联于液晶显示驱动电路27和升压电路29。
图4至图18为本智能综合数字继电器的实施例电路图，分述如下图4-8、为主微处理器8的实施电路图。其图4中的(a)为32位单片机，可采用MC68332单片机，(b)为实时时钟电路15，可以采用DS1302集成块电路，(c)为温度测量电路14，如采用DS1620集成块电路。图5为数据存储器17实施例电路图，可采用PSD813F1芯片。图6为数据存储器12的实施例电路图。图7为看门狗电路11，可采用MAX705集成块电路。图8为双口RAM存储器16，可采用两片IDT7005芯片。
图9-13、为人机界面显示模块9的实施例电路图。其中图9中的(D)是8位单片机23，可采用80C320单片机，(E)是数据存储器26(PSD934F2)。图10中的(F)为看门狗电路22(MAX813L)，(G)为通信接口电路21(RS422)，(H)为通信接口电路20(RS232)。图11中的(J)为键盘识别电路24，(K)为指示灯驱动电路25。(L)为显示屏电路28。
图12、为升压电路11，图13、为液晶显示驱动电路9。
图14、线性隔离电路2的实施例电路图。
本电路由前级输入电路30连于光电隔离电路31再连于后级放大电路32所组成。
图15、A/D转换器5的实施例电路图。
图16与图17、数字信号处理器7的实施例电路图。
图18、以太网控制器10的实施例电路图。
本智能综合数字继电器，凡未提供实施附图的组成部分，如光电隔离电路等，均是现有技术。
本智能综合数字继电器，主要采用14位A/D转换器和三片微处理器(CPU)构成，各个微处理器CPU分工不同，从而将功能细化，加强了装置的稳定性和准确性。其中数字信号处理器(DSP)负责数据处理，它将模拟信号波形通过小波分析及快速傅立叶变换还原为基波、谐波及其他高次分量，然后归一化，供主微处理器8使用；主微处理器8主要完成逻辑运算、控制、通信、诊断分析等功能，其中通信支持以太网，IEC870-5-103规约，PROFI BUS，可以很灵活地实现和其他保护装置的互联，主微处理器核心为一实时多任务操作系统RTOS，从而保证了各任务的实时执行；人机界面显示模块单独使用一片微处理器(CPU)，用来本地显示装置的数据及状态，支持MOD BUS等多种PLC规约，不但可与综合数字继电器通过422/485相连，而且还可以很方便地接在其它PLC上，只需要在软件中设置参数即可。
基本工作原理是，电压、电流信号通过电压电流互感器PT、CT，经A/D转换器将模拟信号变为可被数字信号处理器(DSP)处理的数字信号，数字信号处理器(DSP)将信号进行分析，并将结果存放于公共数据区，主微处理器CPU根据不同的波形数据及用户设定作逻辑处理，及时将各种情况反映到出口继电器或人机界面微处理器和通过以太网控制器反映到SCADA监控系统。开关柜的母线温度、断路器的分合闸线圈电流、位置状态等都能通过温度传感器和电流传感器及位移传感器将变化传递给综合数字继电器，综合数字继电器由专家系统分析，提供开关柜使用情况及提出维修计划。
本智能综合数字继电器可采用分立式结构，即主机和显示模块分开，这样便于装置在开关柜中的安装，开关柜面板只需留下厚度小于30mm的空间即可。主机部分可在柜内空余地方随意安置，也可根据用户需要，不用显示模块，使得智能综合数字继电器安装更为灵活和方便。显示模块支持多种标准的通信规约，可以作为其他自动化装置的显示模块。主机采用插件式结构，分为主板、继电器板、模拟量输入板、开关量输入板和电源板等，都采用相同的总线结构，可以很自由地互换和扩展，使产品的升级换代极为方便。智能综合数字继电器任一元件损坏时，都不会造成保护误动作，且能发出装置异常信号；所有引出端子与装置弱电系统(CPU电源系统)之间不存在有电的联系；实时时钟信号及其它主要动作信号在失去直流电源的情况下不会丢失。装置突然加电，断电或电源电压缓慢上升、下降，装置均不会误动作和误发信号；本智能综合数字继电器所有芯片采用贴片及回流焊工艺，从而确保了装置的可靠性。
权利要求
1.一种智能综合数字继电器，其特征在于电压电流互感器(1)通过A/D转换器(5)连于数字信号处理器(7)，线性隔离电路(2)连于A/D转换器(5)，继电器输出电路(3)与数字输入电路(4)分别与光电隔离电路(6)相连，主微处理器(8)分别与光电隔离电路(6)、数字信号处理器(7)、人机界面显示模块(9)、以太网控制器(10)相连。
2.根据权利要求1所述的智能综合数字继电器，其特征在于，主微处理器(8)由单片机(13)分别与看门狗电路(11)、数据存储器(12)、温度测量电路(4)、实时时钟电路(5)、双口RAM(16)、数据存储器(17)相连，其中实时时钟电路(5)与数据存储器(17)分别与电源(18)相连。
3.根据权利要求1或2所述的智能综合数字继电器，其特征在于，人机界面显示模块(9)由单片机(23)分别与锁状态电路(19)、RS232通信接口电路(20)、RS422通信接口电路(21)、看门狗电路(22)、数据存储器(26)、液晶显示驱动电路(27)、指示灯驱动电路(25)及键盘识别电路(24)相连，其中数据存储器(26)还同时连于指示灯驱动电路(25)及键盘识别电路(24)、液晶显示驱动电路(27)还连于与升压电路(29)相连的显示屏电路(28)。
4.根据权利要求1或2所述的智能综合数字继电器，其特征在于线性隔离电路(2)由前级输入电路(30)连于光电隔离电路(31)再连于后级放大电路(32)所组成。
5.根据权利要求3所述的智能综合数字继电器，其特征在于线性隔离电路(2)由前级输入电路(30)连于光电隔离电路(31)再连于后级放大电路(32)所成。
全文摘要
一种智能综合数字继电器属电力系统继电保护技术，包括电压电流互感器(1)、线性隔离电路(2)、继电器输出电路(3)、数字输入电路(4)、A/D转换器(5)、光电隔离电路(6)、数字信号处理器(7)、主微处理器(8)、人机界面显示模块(9)、以太网控制器(10)所组成。本智能综合继电器由于采用了A/D转换器和高性能微处理器的强大运算和控制功能以及大规模集成电路构成智能化测控保护元件，集保护、测量和电度计量于一体，功能齐全，能迅速、准确地完成各种继电器保护，保护功能强、测量精度高、速动性快、可靠性高；还能监测开关柜湿度、触头温度、分合闸线圈电流电压、断路器行程、速度等等；并支持以太网和IEC870－103规约，全部采用汉字化界面，便于配置和操作，能替代传统的中低压开关柜继电器。
文档编号H02H3/26GK1414675SQ0213171
公开日2003年4月30日 申请日期2002年9月2日 优先权日2001年12月12日
发明者张杭, 王道军, 迮静强 申请人:南京因泰莱电器股份有限公司