专利名称：新型微机控制备用电源自动投入装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力输配电装置的控制装置，涉及一种新型微机控制备用电源自动投入装置。
背景技术：
目前，变电所运行的备用电源自动投入装置有电磁式和微机型两种。电磁式的备用电源自动投入装置由于需要通过大量的继电器等机械、电气设备对备用电源自动投入过程进行控制，其占用空间大、设备成本高、维护麻烦、不易实现远程控制。而微机控制备用电源自动投入装置通过微机程序对备用电源自动投入过程进行控制，其成本低、易于实现远程控制。但现有的微机控制备用电源自动投入装置所采用的控制方法完全是按照人们提出的动作流程来设计，不完全符合备用电源自动投入的基本原理，与电磁式的设备相比，其动作原理复杂、运行方式局限性大，运行可靠性得不到保证。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种动作控制原理简单、可靠性高、适应范围广的新型微机控制备用电源自动投入装置。
本实用新型的新型微机控制备用电源自动投入装置，其控制电路包括核心控制模块、交流量采入模块、开关量采入模块、液晶显示和键盘模块，以及一个作为各模块间信号连接通道的母板。其中，交流量采入模块的交流信号输入端通过现场互感器引入电压电流信号量，其电信号模拟量输出端经过母板与核心控制模块的电信号模拟量输入端连接；开关量采入模块的信号采入端与现场的位置开关和节点信号连接，其继电器动作信号输出端与现场控制电力线路开关投切的继电器连接，其电信号开关量的输入、输出端经过母板与核心控制模块的电信号开关量输入、输出端连接；核心控制模块的液晶控制信号输出端及键盘信号输入端分别经过母板与液晶显示和键盘模块连接。
上述的核心控制模块由CPU核心电路、CPLD信号综合和扩展模块、频率测量模块、通讯接口模块、数据采集模块、静态数据存储器、非易失性数据存储器和实时时钟模块组成，并通过一个信号接口与其它部分连接，所述CPU核心电路的通讯信号输入输出端经过通讯接口模块与信号接口连接，信号接口上的模拟量信号输入部分与数据采集模块连接，同时模拟量信号输入部分还经过频率测量模块与CPU核心电路连接，信号接口的开入开出量信号的输入输出部分与CPLD信号综合和扩展模块连接，信号接口上的通讯信号输入输出部分经过通讯接口模块与CPU核心电路连接，信号接口的液晶显示控制和键盘信号读取部分与CPLD信号综合和扩展模块连接，数据采集模块的输出端通过数据总线分别与CPU核心电路、CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块连接，CPU核心电路的地址信号输出端通过地址信号总线分别与CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块连接，CPU核心电路的控制信号输出端通过也分别连接到CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块中，CPLD信号综合和扩展模块的控制信号输出端连接到数据采集模块中。
本实用新型的新型微机控制备用电源自动投入装置，其控制电路动作控制原理简单、可靠性高，同时其完全符合备用电源自动投入的基本原理，能够适用于现有的各种备用电源自动投入的接线方式。
图1是本实用新型控制电路的结构框图；图2是本实用新型实施例的交流量采入模块的电路图；图3是本实用新型实施例的开关量采入模块的电路图；图4是本实用新型实施例的母板部分的电路图；图5是本实用新型实施例的液晶显示和键盘模块的电路图；图6是本实用新型实施例的核心控制模块的电路结构框图；图7是核心控制模块中的CPU核心电路的电路图；图8是核心控制模块中的CPLD信号综合和扩展模块的电路图；图9是CPLD信号综合和扩展模块中CPLD芯片的内部功能示意图；图10是核心控制模块中的数据采集模块的电路图；图11是核心控制模块中的静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块的电路图；
图12是核心控制模块中的通讯接口模块的电路图。
具体实施方式
如图1所示，该新型微机控制备用电源自动投入装置的控制电路包括核心控制模块、交流量采入模块、开关量采入模块、液晶显示和键盘模块，以及一个作为各模块间信号连接通道的母板。
其中交流量采入模块的作用是对现场的互感器引入的电压电流模拟信号进行采集，并输入到核心控制模块。如图2所示实施例的电路中，现场的电压电流互感器输出的模拟交流电压电流信号PT1-1，PT1-2等，经由测量用交流变压器PT1-PT6，CT1-CT6，隔离和变换成可供计算机识别的+/-10V信号IA，IB，IC，UA，UB，UC，UL1～3，IL1～3，再连接至一个HEADER32×2接线端子排上让核心控制模块在CPU的控制下进行数据采集。
开关量采入模块的功能一是将现场12V或是24V的开关量信号加以隔离转换，变成能够被核心控制模块可靠稳定的识别的电气信号，二是将主控制板发出的5V信号加以驱动放大，控制继电器输出动作，从而达到控制现场设备的目的。其实施例的电路图如附图3所示。HEADER32×2和CON6和CON16分别是开关量采入模块和母板或是外界联系的端子排。端子排CON6上的开入量信号IN1至IN12和公共端INCOM构成回路，这些开入量信号经由光电藕合521-4隔离后的输出引到HEADER32×2上，即KI1～KI12，从而和核心控制模块发生联系。端子排CON16上的信号是控制电力设备动作的开出量信号，核心控制模块发出的8路动作信号DL～DL8经由HEADER32×2接口，分别经过8个9013三极管驱动，521-4光藕隔离，去驱动8个中间继电器，进一步放大其驱动能力，其输出信号即为端子排CON16上的OUT1-1到OUT8-2。利用这8对信号实现对现场设备的控制。
图4所示的是本实用新型实施例的母板电路，它将各模块的信号进行联系。
本实用新型实施例的液晶显示和键盘模块电路如图5所示，它提供了和液晶显示模块的接口端子JP1，核心控制模块提供给该端子的信号有8位数据总线D0～D7；复位信号LCDRST；读写控制信号WR，RD；指令数据通道选择信号A0；液晶控制的片选信号LCD；供电电压+5和GND；以及用于液晶背光控制的负压VO。该电路板还提供和母板的控制信号联系的接口端子JP_CPU1。其提供的信号除了上述之外还有控制LED灯亮灭的信号L1～L7，串口通信信号232R，232T。装置的运行标志灯LED1～7用以显示装置正常，报警，动作，供电情况等状态，整定校对装置需要的RS232串口J1。其控制信号均由JP_CPU1给出。
如图6所示，控制电路的核心控制模块由以下几个部分组成(1)CPU核心电路；(2)CPLD信号综合和扩展模块；(3)数据采集模块和频率测量模块；(4)静态数据存储器及非易失性数据存储和实时时钟模块；(5)通讯接口模块。其中CPU在软件控制下对各个硬件构成进行各种操作，CPLD填补了核心CPU和外围部件的信号差异。
CPU核心电路附图7所示。它包括一个型号为TMS320F240的芯片U_DSP，电路中的所有的信号，不管其如何变幻，最终都是由其发送或是接收；5043芯片是硬件看门狗电路，当装置软件故障时可保证软件可靠复位，其控制信号WDI，WD_SO，WS_SI，WDSCK是通过CPU的控制，在CPLD内部经由信号变换后输出(参见图8)，来自键盘的手动复位信号ERST，来自5043的自动复位信号，R1和EC1组成的上电复位电路一起实现三种不同状况下的装置复位，即手动，故障，上电；20M有源晶振提供CPU工作的时钟信号，输出至DSP的XTAL1/CLKIN引脚；装置的编程调试通过JTAG口的信号TRST，TMS，TDI，TDO，EMU0，EMU1实现；U_DSP上的主要信号有16位数据总线D0～D15，16位地址总线A0～A15，读写控制信号DS，PS，IS，READY，R/W，W/R，WE，利用这些信号来完成对外部设备的控制和访问；中断信号NMI，KI_INT，KEY_INT，INT_CAN，利用外部中断和上述信号一起完成对键盘和通讯的控制；AD模块的通道选择信号ADA0～ADA3用以控制AD数据采集模块的通道切换；CAP1，CAP2是频率测量模块的输出信号，用以测量电压频率；HPULSO，SPULSO是GPS校时脉冲的接口信号；BLIGHT，LIGHT1，LIGHT2，LIGHT3控制装置面板上的LED灯的亮灭；信号DE，TXD，RXD，MCPRESET，TXORTS，TX1RTS，TX2RTS是通讯模块的控制信号。
如图9所示，CPLD信号综合和扩展模块电路的核心是一个型号为XC95108的CPLD芯片(其内部电路的功能模块如图9所示)。在该电路中，信号D0～D7和A0～A7是DSP发出或接受的数据和地址总线；LCD，LCDRD，LCDWE，LCD_C/D，LCDRST是液晶控制模块的控制信号；READY信号用以实现DSP在访问慢速外部设备时的时序匹配；AD976和R/C是数据采集控制模块的AD转换启动信号和片选信号；1644，DS，IS，DAT_CS是数据存储模块的读写片选信号；W/R，WE是DSP提供给CPLD内部逻辑的输入信号，用以实现对外部设备的访问控制；WDT，WD_SI，WD_SO，WDSCK是看门狗的控制逻辑信号；KI1～KI12，DL1～DL8，LOCAL，SET是开入开出量模块提供的开入开出量信号；KEY1～KEY7是键盘信号，在CPLD内部实现DSP对其的访问控制逻辑。
数据采集模块的电路图如图10所示，经由PTCT板出来的12路+/10v的交流模拟量Ua1、Ub1、Uc1、Ua2、Ub2、Uc2、U11、U12、Ibak1、Ibak2、Ibak3、Ibak4，经由RC低通滤波网络滤掉高频成分后得到信号AN1～AN12，和+5V，0V，6V，-6V一起接至MX7506上，MX 7506可以通过CPU发出的ADAO～4通道选择信号来选择16路输入模拟量信号中的一路输出。将输出模拟信号接到16位AD转换器，将其变为数字量，从而使各种数字处理方式可行。AD的启动转换信号R/C和转化结果读取信号AD976由CPU的读写控制信号和地址总线在CPLD内部综合而成。结果输出在数据总线D0～D15上。
静态数据存储器以及非易失性数据存储和实时时钟模块的电路如图11所示，其中静态数据存储芯片CY7c1021-15vc用于装置数据采集，计算过程中原始值，中间值和结果的存储，非易失性数据存储芯片DS1644用于故障前后的模拟量和动作信息的记录。信号A0～A15，D0～D15分别是地址总线和数据总线，读写控制信号就是DSP发出的读写信号WE，W/R。片选信号PS，DAR_CS，1644用以选择对特定外设的访问。
通讯接口模块的电路如图14所示，一方面，为了保持和传统通讯方式的兼容性，装置保留了带有RS232/485标准硬件接口，通过DSP自带的SCI接口实现。另一方面，由于CAN总线接口本身的一些特点和功能使其更适合用于电力系统设备组网，为了增强装置在电力系统综合自动化系统中的通讯能力，装置设计了符合CAN2.0B协议的现场总线通讯接口。对于传统的RS232/485通信方式而言，CPU的SCI口发出的TXD，RXD和DE信号经由MAX232和MAX485电平转换成标准通信电平，其中通过跳线开关SW1来决定装置的通信信号输出究竟是这两种协议中的哪一种。对于CAN协议的现场总线通讯方式而言，装置采用带有SPI接口的CAN控制器MCP2510和CAN驱动器82c250。MCP2510是带SPI接口的CAN控制器，与CAN2.0A/B协议兼容，能够发送、接收标准和扩展数据结构的消息，位速率可达1Mb/s，对其的控制是通过工业标准SPI接口实现。片选信号MCP510用以选择对MCP2510的控制权。SO，SI，SCK是标准的SPI接口，和DSP的SPI接口相连，当接收到外部通讯数据是，INT_CAN对DSP发出中断，从而进行处理。MCPRESET用于对MCP2510的复位控制。TXORTS，TX1RTS，TX2RTS是DSP对外发送数据时的启动信号。信号被MCP2510转换成符合CAN协议格式的数据后从TxCan，RxCan引脚输出到82c250，将其从CMOS电平转换成符合CAN协议的物理电平标准。82c250是CAN协议控制器和物理总线的驱动接口，为总线提供不同的发送能力和对CAN控制器提供不同的接收能力。
权利要求1.一种新型微机控制备用电源自动投入装置，其特征是其控制电路包括核心控制模块、交流量采入模块、开关量采入模块、液晶显示和键盘模块，以及一个作为各模块间信号连接通道的母板，其中，交流量采入模块的交流信号输入端通过现场互感器引入电压电流信号量，其电信号模拟量输出端经过母板与核心控制模块的电信号模拟量输入端连接；开关量采入模块的信号采入端与现场的位置开关和节点信号连接，其继电器动作信号输出端与现场控制电力线路开关投切的继电器连接，其电信号开关量的输入、输出端经过母板与核心控制模块的电信号开关量输入、输出端连接；核心控制模块的液晶控制信号输出端及键盘信号输入端分别经过母板与液晶显示和键盘模块连接。
2.根据权利要求1所述的新型微机控制备用电源自动投入装置，其特征是所述的核心控制模块由CPU核心电路、CPLD信号综合和扩展模块、频率测量模块、通讯接口模块、数据采集模块、静态数据存储器、非易失性数据存储器和实时时钟模块组成，并通过一个信号接口与其它部分连接，所述CPU核心电路的通讯信号输入输出端经过通讯接口模块与信号接口连接，信号接口上的模拟量信号输入部分与数据采集模块连接，同时模拟量信号输入部分还经过频率测量模块与CPU核心电路连接，信号接口的开入开出量信号的输入输出部分与CPLD信号综合和扩展模块连接，信号接口上的通讯信号输入输出部分经过通讯接口模块与CPU核心电路连接，信号接口的液晶显示控制和键盘信号读取部分与CPLD信号综合和扩展模块连接，数据采集模块的输出端通过数据总线分别与CPU核心电路、CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块连接，CPU核心电路的地址信号输出端通过地址信号总线分别与CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块连接，CPU核心电路的控制信号输出端通过也分别连接到CPLD信号综合和扩展模块、静态数据存储器以及非易失性数据存储器和实时时钟模块中，CPLD信号综合和扩展模块的控制信号输出端连接到数据采集模块中。
专利摘要本实用新型属于电力输配电装置的控制装置，涉及一种新型微机控制备用电源自动投入装置。在其控制电路中，交流量采入模块的交流信号输入端通过现场互感器引入电压电流信号量，其电信号模拟量输出端经过母板与核心控制模块的电信号模拟量输入端连接；开关量采入模块的信号采入端与现场的位置开关和节点信号连接，其继电器动作信号输出端与现场控制电力线路开关投切的继电器连接，其电信号开关量的输入、输出端经过母板与核心控制模块的电信号开关量输入、输出端连接；核心控制模块的液晶控制信号输出端及键盘信号输入端分别经过母板与液晶显示和键盘模块连接。本实用新型动作控制原理简单、可靠性高，能够适用于现有的各种备用电源自动投入的接线方式。
文档编号H02J9/06GK2634710SQ0322158
公开日2004年8月18日 申请日期2003年5月2日 优先权日2003年5月2日
发明者汤大海, 冯迎春, 郑建勇, 宋明 申请人:江苏省电力公司镇江供电公司, 东南大学