专利名称：一种微机综合保护测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种微机综合保护测控装置，用于高压交流异步电动机等电气设备的继电保护。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展，高压交流异步电动机在エ矿企业得到了广泛的应用。但此类高压电机一旦损坏，将造成企业全线停车，并且维修周期长、费用高，给生产造成较大的影响。而且此类高压电机往往运行在高温、尘多等地恶劣环境中，容易发生轴承损坏，定转子相擦故障以及机械过负荷引起电机绕组绝缘老化，定子绕组的相间短路，匝间短路及单相接地等故障。如不及时发现处理，一旦电机损坏，直接威胁着企业的安全生产，给企业造成较大的损失，因此必须采取微机保护。早期传统的微机继电保护装置采用单微处理器MCU结构，模拟量输入、开关量输入、开关量输出、人机接口和通讯回路挂靠在MCU主系统并行或串行总线上。微处理器MCU主系统执行模拟量采集和计算、开关量输入采集、逻辑判断处理(即保护功能)、开关量输出驱动、人机接ロ的运行和通讯等繁重的任务。这使得这种结构在模拟量精度、时间分辨率、人机接ロ的实时性和快速通讯几个任务之间不能完全兼顾，而且系统扩展性比较差。定型的产品不能很方便地增加采集的模拟量和开关量，也不能方便地增加输出ロ。随着技术的发展，为了解决单微处理器MCU结构的微机继电保护系统各个功能之间争夺资源的冲突，以及满足随着电力系统发展对该类装置大量数据处理能力、复杂分析算法、及先进通信方面的要求，出现了双MCU甚至多MCU硬件结构的保护系统，包括微处理器MCU与微处理器MCU、微处理器MCU与数字处理器DSP、数字处理器DSP与数字处理器DSP等几种组合。其中微处理器MCU+数字处理器DSP的结构比较常用，微处理器MCU完成保护装置的总起动元件和人机界面及通信功能，数字处理器DSP完成数据采集和各种分量的运算功能。但这种方案仍然没有能够很好的解决对外围模拟量采集、开关量输入、开关量输出等线路数量的灵活配置问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种微机综合保护测控装置，用于电气设备的继电保护，能够很好的解决对外围模拟量采集、开关量输入、开关量输出等线路数量的灵活配置问题。本实用新型的思路是充分利用数字处理器(DSP)、微处理器(MPU)、可编程逻辑器件(CPLD)各自的特点，提出ー种三者紧密结合的的继电保护架构。具体而言，本实用新型采用以下技术方案—种微机综合保护测控装置，包括主控电路、显示及键盘电路、采样电路、开关量输入电路、开关量输出电路、通信电路，以及为上述各部件供电的辅助电源电路；所述主控电路包括相互之间通过总线连接的数字处理器、微处理器、可编程逻辑器件；采样电路通过A/D转换电路与所述数字处理器连接，开关量输入电路、开关量输出电路与可编程逻辑器件连接，通信电路、显示及键盘电路与微处理器连接。优选地，所述采样电路包括电流互感器电路和/或电压互感器电路。采用上述技术方案时，数字处理器DSP完成各种电參量数据采集和各种分量的运算功能，并将相关数据送给微处理器MPU进行处理；微处理器MPU进行相关保护等的处理；可编程逻辑器件CPLD实现显示、开关量的采集和输出。这样，一方面利用数字处理器DSP芯片较强的数据处理能力实现数据的实时采集、分析、计算，降低软件设计的复杂程度以提高可靠性；另ー方面，扩展功能可由更擅长网络通信、人机接ロ等功能的微处理器MPU来完成；而可编程逻辑器件CPLD则可以通过软件编程实现复杂逻辑功能，同时时能够很好的解决对外围模拟量采集、开关量输入、开关量输出等线路数量的灵活配置问题。
图I为本实用新型的微机综合保护测控装置结构示意图；图2为显示及键盘电路；图3为辅助电源电路；图4为电流互感器电路；图5为电压互感器电路；图6为开关量输入电路；图7为开关量输出电路；图8为通信电路；图9为A/D转换电路；图10为数字处理器电路；图11为数字处理器外围电路；图12为可编程逻辑电路；图13为微处理电路；图14为微处理器外围电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明本实用新型的微机综合保护测控装置，如图I所示，包括主控电路、显示及键盘电路、采样电路、开关量输入电路、开关量输出电路、通信电路，以及为上述各部件供电的辅助电源电路；所述主控电路包括相互之间通过总线连接的数字处理器DSP、微处理器MPU、可编程逻辑器件CPLD ;采样电路通过A/D转换电路与所述数字处理器连接，开关量输入电路、开关量输出电路与可编程逻辑器件连接，通信电路、显示及键盘电路与微处理器连接。本具体实施方式
中，采样电路包括电流互感器电路、电压互感器电路。辅助电源电路给整个装置提供电源，主控电路对电流互感器电路、电压互感器电路、开关量输入电路提供的数据进行计算处理，显示及键盘电路完成人机界面显示、键盘输入处理和整定值设置，主控电路与显示及键盘电路之间通过微处理器的地址数据总线实时交互数据，主控电路根据整定值判断是否满足故障(或报警)条件，当满足条件时，主控电路控制开关量输出电路中相应输出继电器动作，同时在上述保护过程对相关记录进行储存。显示及键盘电路如图2所示。由按键组成的按键阵列，经过可编程逻辑器件CPLD动态扫描后，获得的按键值信号，通过可编程逻辑器件CPLD数据总线D [31. . O]送给MCU处理，另外，液晶显示所需要的控制信号、数据信号，也由数据总线D[31. . O]送入可编程逻辑器件CPLD，在转送给XI，Xl为液晶插座。辅助电源电路如图3所示，其外部DC220V辅助电源经端ロ 1，2接入装置，由Pl电源模块将外部DC220V电压转换为装置所需要的工作电压，供给后级电路使用，同时3. 3V电压由Pl电源模块输出的5V电压经过转换电路获得(图中未画出)。本实施方式中，采样电路包括电流互感器电路以及电压互感器电路。电流互感器电路如图4所示，外部电流互感器二次接线端经过端ロ Ia，Ia'接入装置内部，经过Tl电流 互感器转换，Rl采样电阻采样，Cl，R2, C2组成的滤波网络滤波后，获得ー模拟采样信号IA，送入主控电路。电压互感器电路如图5所示，外部电压互感器二次接线端经过端ロ Ua，Un接入装置内部，经过T2电压互感器转换，C3，R3，C4组成的滤波网络滤波后，获得ー模拟采样信号UA，送入主控电路。开关量输入电路如图6所示，端ロ I处接外部DC220V正端，端ロ 2处接外部DC220V负端，经过电阻R18，光耦N9形成ー电流回路后，使得Al端电位发生改变，经Nll隔离后，供给后级电路判断外部开关量输入状态；开关量输出电路如图7所示，光藕NlO 2脚获得ー低电平信号后，在+3. 3V，R23，光藕NlO内部发光二极管，以及光藕NlO 2脚底电平之间形成ー电流回路，使得光耦NlOエ作，因此，光耦内部三极管导通，使得+24V与24V地之间形成ー电流回路，继电器K3动作，输出开关量；K4-3，K4-4可以接外部开关辅助接点，在外部开关动作后，Κ4-3，Κ4-4之间为+DC220V电源，经电阻R8限流后，继电器Κ4动作，使得触点5，6接通，后级光耦Ν7同时导通，使得Ν7的4脚电位发生改变，送后级电路判断开光动作状況。通信电路如图8所示，其中集成电路NI的3脚、6脚、7脚分别连接至主控电路单片机，NI的12脚、13脚连接至外部通信接ロ，通过单片机发送命令，经NI转换后，实现与外部上位机的485通信。图9为A/D转换电路；图10为数字处理器电路；图11为数字处理器外围电路；图12为可编程逻辑电路；图13为微处理电路；图14为微处理器外围电路。电流互感器电路获得的电流采样信号ΙΑ，以及电压互感器电路获得的采样电压信号UA，经过电压跟随器Ν2后送入A/D转换器进行模数转换，转换后的数字信号通过数据总线DD [15. . O]送入数字处理器DSP计算处理，处理后的数据再通过HPI接ロ HD [7. . O]送入微处理器MPU，微处理器MPU根据所获得的数据，执行相关的保护运算，当满足故障条件时，发出跳闸信号，跳闸信号通过数据总线D [31. . O]送入可编程逻辑器件CPLD，可编程逻辑器件CPLD根据所获得的数据信号，发送相关命令至开关量输出电路，实现开关量输出。开关量输入电路6所获得的数据，送入可编程逻辑器件CPLD，再通过数据总线D [31. . O]送入微处理器MPU，由微处理器微处理器MPU判断外部开关量状态，Ν9，NlO为数字处理器DSP外扩存储器，用于程序运行，数据存储等，Ν32，Ν33, Ν34为微处理器MPU外扩存储器，同样用于程序运行，数据存储等；该微机综合保护测控装置具有三段定时限过流保护、不平衡保护、过负荷保护、过热保护、零序过流保护、零序过压保护、低电压保护、过电压保护、非电量保护、过流闭锁功能、低电压启动闭锁功能、电机启动逻辑闭锁功能、电机启动控制功能、PT断线检查、遥控、遥测、遥信等功能。该微机综合保护测控装置还具有完善的事件报告处理功能，可保存最新的16次 电机启动记录、最新的16次跳闸记录、最新的16次故障录波记录、最新的64次遥信记录、最新的64次报警记录。
权利要求1.一种微机综合保护测控装置，包括主控电路、显示及键盘电路、采样电路、开关量输入电路、开关量输出电路、通信电路，以及为上述各部件供电的辅助电源电路；其特征在干，所述主控电路包括相互之间通过总线连接的数字处理器、微处理器、可编程逻辑器件；采样电路通过A/D转换电路与所述数字处理器连接，开关量输入电路、开关量输出电路与可编程逻辑器件连接，通信电路、显示及键盘电路与微处理器连接。
2.如权利要求I所述微机综合保护测控装置，其特征在于，所述采样电路包括电流互感器电路和/或电压互感器电路。
专利摘要本实用新型公开了一种微机综合保护测控装置，用于电气设备的继电保护，该装置包括主控电路、显示及键盘电路、采样电路、开关量输入电路、开关量输出电路、通信电路，以及为上述各电路供电的辅助电源电路；所述主控电路包括相互之间通过总线连接的数字处理器、微处理器、可编程逻辑器件；采样电路通过A/D转换电路与所述数字处理器连接，开关量输入电路、开关量输出电路与可编程逻辑器件连接，通信电路、显示及键盘电路与微处理器连接。本实用新型充分利用数字处理器DSP、微处理器MPU、可编程逻辑器件CPLD各自的特点，能很好的解决对外围模拟量、开关量采集、开关量输出等线路数量的灵活配置。
文档编号H02H7/08GK202488106SQ20122006162
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者孙芝雨, 殷建强, 管瑞良, 邵建国, 顾海峰, 黄震 申请人:常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)