专利名称：低压数字继电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及变电所进线柜或其它需显示各种电量参数的低压开关柜与低压配电系统自动化应用的低压数字继电器。
背景技术：
在低压电力系统中，涉及测量、计量、继电保护等基本要求。传统的低压元件多采用机电式结构，这种结构的低压元件性能差，体积大，成本高，功能单一，而且不具备智能。随着微电子技术、计算机技术、网络技术的飞速发展及其在低压电力系统中的广泛应用，使得各种智能低压元件的开发成为可能，而且正在迅速发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压数字继电器，可以完成测量、计量、保护等多种功能；它们既可单独工作，又可与计算机及其它智能单元一起构成智能化监控、保护及信息网络系统。
本发明的技术方案是低压数字继电器，包括继电器，微处理器输入端分别连接交流采样电路、开关量输入电路和按键设置电路的输出端，微处理器与掉电保护和硬件看门狗电路、串行通信电路连接，微处理器的输出端分别连接继电器电路、显示驱动电路和指示电路。
交流采样电路包括三相电流和三相电压互感器。
指示电路包括合闸、分闸、故障指示灯。
按键设置电路包括设置键“SET”、升键“▲”、降键“”、状态转换键 显示驱动电路包括四组数码显示管。
继电器保护电路包括短路继电器、故障报警继电器、分闸继电器、合闸继电器。
本发明的有益效果是，低压数字继电器是根据我国对电力设备运行、保护和计算机监控要求设计的，适合我国工矿企业、民用建设等供配电的自动化装置。可取代传统的电流表、电压表、频率表、功率因数表、有功/无功表等，还具有电流、电压等多种保护继电器的功能，外型小巧、美观，安装省时、省力、省体积，是用于保护供电线路、电动机、水泵等重要电力设备的理想仪器。本发明主要用于低压系统(0.4KV)的继电保护，具有很强的综合测量、显示功能；能直接显示三相电流、三相电压、功率因数、无功功率、有功功率、电度、频率等电量参数；能指示断路器的分闸、合闸和故障状态。通过面板上的操作按键可整定CT变比、便可直接显示进线的一次电流、一次电压；通过对各项保护参数的整定，便可实现短路速断、过流报警、过压报警、欠压报警等保护功能。通过RS485接口，可以组成功能完善、经济实用的计算机电能管理网络系统。
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的微处理器电路原理图。
图3是本发明的采样电路原理图。
图4是本发明的电流互感器电路原理图。
图5是本发明的电压互感器电路原理图。
图6是本发明的开关量输入电路原理图。
图7是本发明的继电器驱动电路原理图。
图8是本发明的继电器电路连接原理图。
图9是本发明的按键电路连接原理图。
图10是本发明的通信接口电路原理图。
图11是本发明的看门狗电路原理图。
图12是本发明的显示驱动电路原理图。
图13是本发明的指示电路原理图。
图14是本发明的前面板外观示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参见图1，低压数字继电器包括交流采样电路1、微处理器2、继电器电路3、显示驱动电路4、掉电保护和硬件看门狗电路5、串行通信接口电路6、按键设置电路7、开关量输入电路8、指示电路9九个部分。微处理器2输入端分别接收来自交流采样电路1、掉电保护和硬件看门狗电路5、串行通信电路6、开关量输入电路8的信号；微处理器2的输出端分别控制继电器电路3、显示驱动电路4、按键设置电路7、指示电路9。所述的交流采样电路1由三相电压互感器H4、H5、H6、三相电流互感器H1、H2、H3、A/D转换器U11(总共三片)和外围电路组成。继电器电路3由短路继电器J1、故障报警继电器J2、分闸继电器J3、合闸继电器J4，光隔芯片U5和驱动接口T1、T2、T3、T4组成。显示驱动电路4由驱动芯片U1、U2，数码管LED1、LED2、LED3、LED4等外围电路组成。掉电保护和硬件看门狗电路5由集看门狗定时器、电压监控和EEPROM为一体的芯片U7和复位电路组成。串行通信接口电路6由串行通信驱动器U10和光隔芯片U3、U4组成。功能键电路7由四个按键KEY1、KEY2、KEY3、KEY4组成。开关量输入电路8由光隔芯片U6和外围电路组成。指示电路9由三级管T5、T6、T7、T8、T9、T10以及发光二极管D1～D12、D13、D14、D15组成。
参见图2、图3、图4、图5，所述的交流采样电路1由三相电压互感器H4、H5、H6、三相电流互感器H1、H2、H3、A/D转换器U11(共三路)和外围电路组成。此处以其中的一相(A相)为例加以说明，A/D转换器U11的VN+和IN+端与输入信号A_V_IN、A_I_IN连接，其输入信号分别为来自电压互感器的电压信号和电流互感器的电流信号，A/D转换器U11将模拟信号转换成微处理器U8能够进行处理的数字信号，A/D转换器U11的CS片选端连接微处理器U8的WR端，A/D转换器U11的SDI和SDO端连接微处理器U8的P14和P12端，A/D转换器U11的SCLK连接微处理器U8的P13端。A/D转换器U11是采用CMOS工艺制造的用于测量能量的单片集成电路芯片CS5460A，包含一个可编程的增益放大器、两个模数转换器，两个高通滤波器，具有系统整定以及功率计算功能。信号经采样电路1采样后，进入微处理器2，微处理器U8对数据进行计算、分析、处理等，从而实现各种继电保护功能。
在图11中考虑可靠性及参数和数据掉电保存问题，掉电保护和硬件看门狗电路5使用了集电源监视和看门狗电路为一体的非易失性集成芯片U7(X25045串行口芯片)，解决了历史数据存贮和参数、数据的掉电存贮，同时简化了电路，提高了系统的可靠性。X25045的引脚SI、SO、CK、CS分别与图2中CPU电路P14、P12、P13、P11相连。本发明的核心是采用单片机(微处理器)技术，CPU采用的是8位高性能的CHMOS单片机AT89C55WD，它内部包含了多种传统的外部设备电路，如时钟发生器、I/O口、串行口、定时/计数器、布尔处理器等，适合于数据的实时采集、处理、存贮和传送收发的控制系统。
参见图10，本发明通信接口采用的是RS-485总线方式，此方式简单方便。RS485标准通讯接口可以将继电保护装置的所有信息实时发送到上一级监控系统；或完成上级调度系统的各种控制操作。为了减少线路干扰，通讯线路均采用高速光耦隔离芯片TLP521系列U3、U4进行隔离。总线方式采用MAXIAM公司的半双工RS485驱动接收器模块U10(MAX3082)，此模块驱动能力强，通讯距离可达1200米，最多可255台装置组网，与上位机串行通信，实现遥测、遥信、遥调、遥控功能。具体的电路连接是MAX3082经过光隔输出RXD、TXD、RS485分别接微处理器U8的RXD、TXD、P10引脚。
参见图2、图7、图8，光隔芯片U5(TLP521-4)，三极管T1、T2、T3、T4和继电器J1、J2、J3、J4组成了继电器电路。微处理器U8计算处理的信号经过引脚P25、P26、P15、P16，连接继电器驱动电路的JD01、JD02、JD03、JD04经三极管T1、T2、T3、T4驱动放大输出控制继电器J1、J2、J3、J4的吸合。继电器J1输出为短路跳闸，继电器J2输出为报警，继电器J3输出为分闸，继电器J4输出为合闸。
图6为开关量输入电路8由光隔芯片U6(TLP521-2)及外围电路组成，信号从U6的输出U_IN1、U_IN2连接图2中微处理器U8的RD和T1引脚。
参见图12，本发明显示驱动电路4由U1、U2、LED1、LED2、LED3、LED4组成。驱动芯片ZLG7289A的时钟CLK、DIO分别与图2中微处理器U8的P13、P12引脚相连。图9为显示板上的按键设置电路7，按键有4个，分别是KEY1、KEY2、KEY3、KEY4键，它们和图2中微处理器U8的P00、P01、P03、P02引脚相连。
图13指示电路(9)由三极管T8、T9、T10等组成，图2中微处理器输出引脚P04、P21、P20分别接三极管T8、T9、T10的基极，LED4、LED5、LED6指示电路用于指示分/合闸和故障显示、测量指示灯。
参见图14为前面板外观图SET键可设置仪表的两个状态
1.测控状态本仪表开机后直接进入测控状态，也可通过按“显示”键片刻，即可从参数设置状态转入测控状态，在此状态，可实现电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率测量、显示；当分/合闸控制为ON时，按“▲”键片刻，做合闸按钮，合闸操作时每按一次，合闸继电器闭合输出200ms；当分/合闸控制为ON时，按下“”键片刻，做分闸按钮，分闸操作时每按一次，分闸继电器闭合输出200ms；显示状态在2-3分钟后，即可进入显示数码管休眠状态，当快速按下“▲”、“”、 中的任意一键，便可将数码管休眠状态转变成显示状态。
2.参数整定状态按下“SET”键片刻，当最左上边数码管显示“SET”时，由测控状态进入参数设置状态，这时，逐次按“设置”键，最左下边数码管循环显示整定内容，最右下边数码管循环显示整定值，最右上边数码管循环显示序号。
权利要求
1.低压数字继电器，包括继电器，其特征在于微处理器(2)输入端分别连接交流采样电路(1)、开关量输入电路(8)和按键设置电路(7)的输出端，微处理器(2)与掉电保护和硬件看门狗电路(5)、串行通信电路(6)连接，微处理器(2)的输出端分别连接继电器电路(3)、显示驱动电路(4)和指示电路(9)。
2.如权利要求1所述的低压数字继电器，其特征在于交流采样电路(1)包括三相电流和三相电压互感器。
3.如权利要求1所述的低压数字继电器，其特征在于指示电路(9)包括合闸、分闸、故障指示灯。
4.如权利要求1所述的低压数字继电器，其特征在于按键设置电路(7)包括设置键“SET”、升键“▲”、降键“”、状态转换键
5.如权利要求1所述的低压数字继电器，其特征在于显示驱动电路(4)包括四组数码显示管。
6.如权利要求1所述的低压数字继电器，其特征在于继电器保护电路(3)包括短路继电器、故障报警继电器、分闸继电器、合闸继电器。
全文摘要
本发明涉及一种电力用低压数字继电器，集计量、保护、通讯、控制、监测等功能于一体；包括采样电路、微处理器、继电保护电路、显示驱动电路、RS－485总线通信接口、掉电保护电路和按键电路等。本发明具有很强的综合测量、显示功能；能直接显示三相电流、三相电压、总的功率因数、总的无功功率、总的有功功率、频率等电量参数；能指示断路器的分闸、合闸和故障状态。通过面板上的操作按键可整定CT变比、便可直接显示进线的一次电流、一次电压；通过对各项保护参数的整定，便可实现短路速断、过压报警、欠压报警等保护功能。可取代传统的电流表、电压表、频率表、功率因素表、有功/无功表等。
文档编号H01H71/04GK1479423SQ0313437
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月7日 优先权日2003年7月7日
发明者刘曙光, 姜雪明 申请人:刘曙光, 姜雪明