可视化便携式高压断路器机械特性记录方法
【专利摘要】本发明涉及开关电器检测装置、信息通讯技术和配电网自动化设备【技术领域】，特别是涉及一种可视化便携式的高压断路器机械特性记录系统。应用于高压断路器机械特性的检测与数据的收集，为高压断路器工作状况优劣评估提供数据依据。数据经过信号采集、信号放大电路、AD模数转换电路、数字信号处理器、数据存储各个模块的处理，利用U盘通过USB接口将数据信号导出，PC机通过利用上位机显示软件系对U盘进行识别、扫描和读取操作，将信号经过处理后由曲线形式显示于上位机界面。实践充分印证，本发明具有直观性、快速性、灵活性和便捷性。
【专利说明】可视化便携式高压断路器机械特性记录方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电器检测、信息通讯技术和配电网自动化设备【技术领域】，特别是涉及一种可视化便携式的高压断路器机械特性记录方法，应用于高压断路器机械特性的检测与数据的收集，为高压断路器工作状况优劣评估提供数据依据。
【背景技术】
[0002]目前高压断路器机械特性检测装置普遍存在着现场数据信号收集困难的问题。串口 RS-232传输距离最大约为15m，最高速率为20KBPS，且其只能支持点对点通信；而串口RS-485/422最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为lOMb/s。不具备超远距离收集数据迅速性、便捷性。同时高压断路器的检测装置普遍还局限于单板集成结构的设计，会因某个器件的损坏影响到整个装置的工作，降低了检测装置的便携性和灵活性。鉴于目前高压断路器机械特性检测装置只是单单对下位机实现数据信号的采集，缺少对信号的直观显示。不能够直观的观察到所得数据形成的波形，进而不利于数据直观分析，致使对断路器机械特性状况不能做出快速、正确的评估。
【发明内容】
[0003]针对现有高压断路器机械特性检测装置的状况，本发明提出一种基于USB通讯便携式的高压断路器机械特性记录系统，改善现有高压断路器机械特性检测装置不能超远距离传输的缺陷，结合所设计出的可视化上位机显示软件，本记录系统达到了便携性和灵活性的优点。
[0004]技术方案:本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种可视化便携式高压断路器·机械特性记录方法，其特征在于:该方法在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电流信号采集采用霍尔电流传感器CHB-25NP，它是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到± 0 8%，响应时
间小于1/<S和极好的线性度，能准确测量电流信号；通过这两个传感器分别实现对行程、脱扣器线圈电流信号的采集；信号放大电路模块采用由0PA177和INA105构成的放大电路；0PA177是精密双极性运算放大器，失调电压小于10/ιΤ ,温漂为OJ/O^C以及非常低
的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，INA105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度；在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换；信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算；MS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储；为了实现下位机和上位机之间的通讯，本发明使用的是USB通讯模块，USB通讯支持热插拔，即在不切断主机电源的情况下可以安全地插入和拔出IJSB设备,提供低速1.5Mbps全速12Mbps、和高速480Mbps (USB2.0)三种速率来适应不同类型的设备；通过以ZN63B-12型户内高压真空断路器为试验对象进行检测，实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的快速传输，直观显示和大容量存储。
[0005]优点效果:本发明通过以ZN63B-12型户内高压真空断路器为实验对象，对ZN63B-12型户内高压真空断路器在离线状态下的机械特信号性进行采集。数据经过信号采集、信号放大电路、AD模数转换电路、数字信号处理器、数据存储各个模块的处理，利用U盘通过USB接口将数据信号导出，PC机通过利用上位机显示软件系对U盘进行识别、扫描和读取操作，将信号经过处理后由曲线形式显示于上位机界面。实践充分印证，本发明具有直观性、快速性、灵活性和便捷性。
[0006]【专利附图】
【附图说明】:图1为本发明以CH376为核心的USB通讯模块电路图；
图2为本发明示波器显示分合闸行程图；
图3为本发明上位机显示分合闸行程图。
【具体实施方式】
[0007]该记录系统包括下位机硬件系统(包括信号采集、信号放大电路、模数转换电路、数字信号处理器、数据存储单元、USB通信)和上位机显示软件系统两部分。对于组成该系统的硬件部分采用功能模块化设计，使各个功能电路独立，便于硬件电路的调试。
[0008]USB通信可以改变现有RS-232、RS-485/422串口不能远距离传输这一缺陷，大大提高本记录系统的便携性。为此，本发明选用的是在DSP的控制下，具有U盘和SD卡文件管理功能、USB-HOST主机接口功能和USB设备接口功能的CH376芯片。CH376芯片具有通用的被动并行接口，可以直接连接DSP。CH376的TXD引脚通过1ΚΩ左右的下拉电阻接地或者直接接地，从而使CH376工作于并口方式。USB总线包括一对5V电源线和一对数据信号线，通常，+5V电源线是红色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线是白色，如表I所示。`
[0009]表1 USB电缆线数字编号与颜色
编号I信号I典型电缆线颜色
1_V_M_
2_?___
3~ 绿色
~ |gnd I黑色
USB插座USB HOST可以直接连接USB设备，必要时可以在提供给USB设备的+5V电源线上串接具有限流作用的快速电子开关，USB电源电压必须是5V。电容C40用于CH376内部电源节点退耦，040是容量为4700--到0.0211?的独石或者高频瓷片电容。电容CJ16用于外部电源退耦，CJ16是容量为0.1 μ F的独石或者高频瓷片电容。晶体X1、电容C42和C43用于CH376的时钟振荡电路。USB-HOST主机方式要求时钟频率比较准确，晶体Xl的频率是12MHz ± 0.4%。，C42和C43是容量为15pF~30pF的独石或高频瓷片电容。
[0010]为使CH376可靠复位，电源电压从OV上升到5V的上升时间应该少于100ms。如果电源上电过程较慢并且电源断电后不能及时放电，那么CH376将不能可靠复位。可以在RSTI引脚与VCC之间跨接一个容量为0.1 μ F或者0.47 μ F的电容Cll延长复位时间。
[0011]如果CH376的电源电压为3.3V，那么应该将V3引脚与VCC引脚短接，共同输入3.3V电压，并且电容C40可以省掉。
[0012]在设计印刷线路板PCB时，需要注意:退耦电容C42和C43尽量靠近CH376的相连引脚；使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰；尽量缩短XI和XO引脚相关信号线的长度，为了减少高频时钟对外界的干扰，可以在相关元器件周边环绕地线或者覆铜。
[0013]针对高压断路器机械特性记录系统数据显示不直观的缺陷，在该发明中开发了在VC++6.0中利用串口控件MSComm、显示控件TeeChart结合数据库SQL Server 2000的开发方法，并对下位机USB通讯接口进行扫描、识别并读取。使数据显示操作简便，界面友好；解决了实际中普遍存在的数据显示不直观的问题。
[0014]本发明利用TeeChart控件可以非常方便地实现多路高压真空断路器机械特性信号的显示，其属性的控制也非常方便，只用很少的指令就可以实现高压真空断路器机械特性信号的缩放、扫描速度等工作。在高压真空断路器机械特性信号的采集系统中，往往是同时显示多路不同运动特性信号。
[0015]在显示多路信号时可以采用多个Chart (每个Chart显示一道信号)或I个Chart中多个Series (每个Series代表一道信号)。本发明米用I个Chart中多个Series (每个Series代表一道信号)方式。用来表示行程、电流信号等，由于不同运动特性信号的主要频率成分不同，变化的快慢不同，一般采用不同的采样频率进行采样；并且为了便于观察，在显示波形时常采用不同显示扫描速度。根据信号的频率和采样频率调整信号的显示速度。Chart的宽度，即显示Series所包含的点数是可以设置的。当采集的数据不断添加到Series中时。Chart根据设置的点数自动调整Series显示的数据。如窗口宽度为2048的显示速度是窗口宽度1024为的I倍。因此，可以通过改变窗口的宽度，即改变窗口中Series的点数来改变信号的扫描速度。Chart面板设计为:横轴设置为时间轴，设置长度为(TlOOms，步长为5ms。纵轴为多个Series分别代表行程、电流等不同量值。但他们是单位和长度各不同，这些设置均根据高压真空断`路器自身特性设置而成。在这里列出几个量的纵轴设计:行程长度设置为(TlOmm,步长为5mm。电流设置为0-θ.04Α,步长为0.02。
[0016]在分析高压真空断路器机械特性信号的过程中，也经常需要对图形进行局部缩放或整体平移来对局部数据进行观察，其中局部缩放可以使用鼠标拖拽即可完成，整体平移可以添加TeeChart的辅助工具AxisScroll,如果要对X坐标能整体平移,只要给绘图控件X坐标添加一个AxisScroll对象即可。
[0017]该装置通过以ΖΝ63Β-12型户内高压真空断路器为实验对象，对ΖΝ63Β-12型户内高压真空断路器在离线状态下的机械特信号性进行采集。数据经过信号采集、信号放大电路、AD模数转换电路、数字信号处理器、数据存储各个模块的处理，利用U盘通过USB接口将数据信号导出，PC机通过利用上位机显示软件系对U盘进行识别、扫描和读取操作，将信号经过处理后由曲线形式显示于上位机界面。实践充分印证，本发明具有直观性、快速性、灵活性和便捷性。
[0018]实施例:本发明实现的是对高压断路器行程、脱扣器线圈电流信号的采集和处理。并以ΖΝ63Β-12型户内高压真空断路器为对象进行测试。在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电流信号采集采用霍尔电流传感器CHB-25NP，它是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到±，响应时间小于1/6和极好的线性度，能准确测量电流信号。通过这两个传感器分别实现对行程、脱扣器线圈电流信号的采集。信号放大电路模块采用由0PA177和INA105构成的放大电路。0PA177是精密双极性运算放大器，失调电压小于10/?Τ ,温漂为OJ/fF/_C以及非常
低的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，INA105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度。在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换。信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算。TMS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储。为了实现下位机和上位机之间的通讯，本发明使用的是USB通讯模块，USB通讯支持热插拔，即在不切断主机电源的情况下可以安全地插入和拔出IJSB设备,提供低速1.5Mbps全速12Mbps、和高速480Mbps (USB2.0)三种速率来适应不同类型的设备。通过以ZN63B-12型户内高压真空断路器为试验对象进行检测，该装置实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的快速传输，直观显示和大容量存储。
[0019]通过图2与图3高压断路器行程信号的示波器采样波形和上位机显示波形对比可以看出，两者的波形趋势和幅值基本一致，证明了此套可视化便携式高压真空断路器机械特性记录系统的准确性。·
【权利要求】
1.一种可视化便携式高压断路器机械特性记录方法，其特征在于:该方法在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电流信号采集采用霍尔电流传感器CHB-25NP，它是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到，响应时间小于￥和极好的线性度，能准确测量电流信号；通过这两个传感器分别实现对行程、脱扣器线圈电流信号的采集；信号放大电路模块采用由0ΡΑ177和ΙΝΑ105构成的放大电路；0ΡΑ177是精密双极性运算放大器，失调电压小于,温漂为(U^F/-C以及非常低的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，ΙΝΑ105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度；在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换；信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算；MS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储；为了实现下位机和上位机之间的通讯，本发明使用的是USB通讯模块，USB通讯支持热插拔，即在不切断主机电源的情况下可以安全地插入和拔出IJSB设备,提供低速1.5Mbps全速12Mbps、和高速480Mbps (USB2.0)三种速率来适应不同类型的设备；通过以ZN63B-12型户内高压真空断路器为试验对象进行检测，实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的快速传输，直·观显示和大容量存储。
【文档编号】G01R31/327GK103852717SQ201210498271
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】徐建源, 张阳, 李斌, 杨壮壮, 杨艳辉 申请人:沈阳工业大学