专利名称：电动机微机继电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动机微机继电保护装置，主要用于大中型电动电保护领域。
现有用于电动机继电保护的有基于热继电器的保护，基于晶体管集成电路的保护，基于普通单片机的保护，以上三种技术的产品目前都有应用。基于热继电器的保护是以热敏电阻和继电器为核心，主要问题是时滞大、精度低，热敏电阻和继电器的可靠性差，单个继电器功能单一，应用该技术的产品系统结构复杂，可靠性差，反应速度慢，目前处于淘汰阶段。基于晶体管集成电路的保护的主要问题在于抗干扰的要求难于很好达到，并且一旦设计好后一般不可能再扩展，难于实现比较好的人机接口。基于普通单片机的保护的主要问题是限于普通单片机的速度和数据处理能力，难于实现高级算法和可扩展的通信接口。
本实用新型的目的是以DSP为核心设计的电动机保护技术，所要解决的技术问题是数据采集及数据处理速度，加强数据处理能力，达到的效果是实时性好，反应速度快，功能集成度高，通信功能强，人机界面友好。本实用新型是一种对大中型异步电动机提供综合、全面、精确、快速保护的技术。
本实用新型的技术方案是这种电动机微机继电保护装置包括信号采样与调理电路、计算与比较电路、存储器、通信电路、输出电路与执行电路，其计算与比较电路用DSP微处理器芯片U4，通信电路采用通信芯片U6作为双路串行收发器，它们的连接关系是DSP微处理器的片内端口A0与通信芯片U6的片选脚D/C连接、DSP微处理器的控制端口A1与通信芯片U6的控制脚A/B连接，数据线D0-D7通过数据隔器U9与通信芯片U6的数据线D0-D7连接，中断响应INT1通过反向器与通信芯片U6中断响应INT连接，通信芯片U6的的串行输入线RXDA、串行输出线TXDA通过232通信接口芯片U11与用户端子连接，串行输入线RXDB、串行输出线TXDB通过光隔离器U10至485通信接口芯片U12与用户端子连接，通信芯片U6的读写脚RD/WR与微处理器芯片DSP的读写R/W连接。
本实用新型的优点是1、响应速度明显加快，更加符合电动机保护实时性的要求。根据实验数据比较如下
2、结构简单明朗，便于维护和扩充。基于热继电器的保护技术、基于晶体管集成电路的保护技术，基本上是用硬件来实现所有的技术特征要求，其结构必然复杂，不便于维护，不易于扩展；基于普通单片机的保护技术在技术特征的实现上是通过软硬件结合来实现的，但因为单片机性能上的限制，所以也必须通过硬件上的冗余来达到实现技术特征要求的目的。而以DSP为核心的电动机继电保护技术正是从硬件设计和软件设计上充分发挥了DSP芯片的强大性能，使该技术实现的系统结构简单明朗，维护方便，易于扩展。
3、利用了DSP芯片突出的数据处理能力，实现了事故记录，故障诊断以及参数模糊整定等其他现有三种技术都难以实现的功能。
4、通过该技术中的通信部分可以实现电动机的DCS分散处理系统，进而实现遥测、遥信、遥调等更高级的功能。本实用新型中的通信接口的特点有由于上述通讯过程没有干扰正常的DSP保护运算，可以保证装置的保护功能正常的运行。通过使用专用通讯的芯片AM85C30可以方便与PC进行通讯，由于AM85C30具有溢出、帧错误检测功能，提高了通讯的可靠性。在50ms内可以传送6个32位数值，大大的提高了保护装置与PC之间通讯能力。采用RS485标准总线接口，便于串性总线型主从式网络结构实现，又提高了保护装置与PC之间的传送距离。
下面对附图进行说明
图1是本实用新型的电路逻辑框图，图中滤波、S/H、ADC组成调理电路；图2是通信电路与微处理器及输出端子的电路原理图、图3是总体模块原理图、图4是本实用新型的程序逻辑框图，图中R、C组成信号滤波电路、U1是信号保持电路、U2是多路开关、U3是A/D转换器、U4是微处理器芯片DSP，U5为保护出口译码器、U6是通信芯片(双路串行收发器)、U7为Flash ROM存储器、U8是SRAM存储器、U9是数据隔离器、U10是光电隔离器、U12是485通信接口芯片、U11是232通信接口芯片、U13是输出端子、U14是数据隔离器、U16是数据隔离器、J1信号输出端子、J2是开关量输出端子、J3是扩展端子。
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例系统的输入信号有三相电流、三相电压和零序电流。
信号调理主要功能是将电流互感器和电压互感器(一般置于保护屏中)的二次侧输出信号，二次侧信号进行变换、滤波、放大等处理使输出信号满足采样的需要。
本实用新型用的是以DSP为核心的微处理器芯片作为计算与比较电路，通过对输入信号进行相应的运算与判断处理，实现对电动机的全面保护。图3给出了总体模块原理图其中U1为采样保持器、U2为多路开关、U3为A/D转换器，U1、U2、U3组成信号采集功能模块。
U4为TMS320C32，是TI公司的DSP芯片系列中的一款浮点处理器芯片，是本实用新型的微处理器。
U5为保护出口译码器，接光电隔离U10输出。
通信采用AM85C30TM双路串行通信收发器，实现与上位机的通信。
图2是本实用新型通信电路与微处理器及输出端子的电路原理图U6为通信芯片双路串行收发器，实现通信功能，它们的连接关系是DSP微处理器的脚A0与通信芯片U6的片选脚D/C连接、DSP微处理器的控制脚A1与通信芯片U6的控制脚A/B连接，数据线D0-D7通过数据隔器U9与通信芯片U6的数据线D0-D7连接，中断响应INT1通过反向器与通信芯片U6中断响应INT连接，通信芯片U6的RXDA、TXDA通过232通信接口芯片U11与用户端子连接，RXDB、TXDB通过光隔离器U10至485通信接口芯片U12与用户端子连接，通信芯片U6的读写脚RD/WR与微处理器芯片DSP的读写R/W连接。
U7为Flash ROM存储器，存储系统程序和相关参数，U8是SRAM，暂时存储程序运行中的过程数据、中间数据等。
其实现过程是对滤波、放大和电平偏移处理后的输入信号进行采样、保持后送入转换速度较快、转换精度也较高的逐次逼近式A/D转换器U3，得到相应的数字量，DSP微处理器U4通过预先编制好的数据处理算法软件对该数字量进行转换、计算、分析、判断等处理，得到相应的结果，通过相应的开关量输出电路控制继电器动作，U7、U8存储相应结构数据，根据需要与相应接口，包括LCD的接口、小键盘和按钮的接口以及通信接口U6进行数据传输。其中对数据采集的控制、数据处理算法的实现、对数据存储的控制和对数据传输的控制是通过软件实现的。
以下分别对信号经过预处理后进入DSP的接口电路—模拟量输入，信号经DSP处理后的出口电路—开关量输出，通信接口电路进行说明(1)模拟量输入模拟量通过连接器J1连接至保护主板上模拟输入端。首先经RC滤波器及采样保持器U1，再经多路切换器U2连接到A/D转换器U3的输入端上，本实用新型中的多路切换器的通道地址由硬件自动产生，无需CPU给出。
本实用新型采用AD676进行A/D转换，AD676片内自带采样、保持器、分辨率为16位，转换率为100Kb/s，其上还带有自校准电路，用于自动校准A/D转换器的零位和增益，本实用新型设计为每次上电后，即给校准信号，启动AD676自校准，并且还可在工作过程中由CPU启动AD676自校准，CPU对A/D自校准口作一次读操作，即启动自校准过程。
本实用新型采用同时采样，分时方式，即用定时触发信号启动多路同时采样，而由硬件以最高速率对设道数进行扫描转换。具体说就是用C32定时器0的输出TCLK0作为A/D采样的定时触发信号，定时触发信号由高变低时，通道扫描过程开始。在A/D转换完成后，硬件自动产生写信号将数据写入数据缓冲器中，并发出数据准备好信号，该信号一直有效，直到C32将此数据缓冲器中的数据读走时，硬件将自清除该信号，该信号用作C32的外部中断INT0，通过编程既可用于中断CPU，也可用于中断DMA。
(2)开关量输出开关量输出通过连接器J2输出，本实用新型中16路开关量输出信号首先锁存到数据U5译码器缓冲器上，再经过光电隔离输出，每路开关量输出均由开出使能和相应的数字输出控制位控制只有当开出使能为1时，数字输出控制位为0时，该路数字量输出为通否则数字量输出为断。复位时，数字量输出控制位输出缓冲器均被清为1。
(3)通信接口电路本实用新型考虑到应用现场DCS分散处理系统的需要，就必须实现PC与保护装置之间通讯。DSP获取数据和输出结果一般有两种途径一是通过本身的串行口，另一种通过数据总线读写，需增加外围芯片，本实用新型通过第二种方式通过扩展通信芯片与外界获取数据。AMD公司的AM85C30是高速串行控制器，考虑到通信系统的实时性要求较高，本实用新型通过扩展通信芯片AM85C30来实现系统的高速串行通信，从而增强系统的通信接口控制能力。AM85C30是高速串行控制器，它与DSP的硬件接口图如附图2所示。其中DSP的A0-A1为片内端口和控制，数据选择信号D0-D7为双向8位数据线，INT1中断响应信号。AM85C30两个串口分别有10个写寄存器用于控制，2个写寄存器用于同步字节的产生，2个用于波特率发生器，2个额外写寄存器被两个串口共用。6个读寄存器指示串口各个通道的状态。其输入/输出信号SIN/SOUT脚经光隔521-4接入RS 485通讯芯片MAX1487后，再接到用户端子U13。同时，AM85C30输入/输出信号SIN/SOUT的并行数据又接入RS232通讯芯片MAX232后，再接到用户端子U13。
LCD与小键盘或按钮配合显示装置当前的状态(调度状态还是运行状态)；在调试状态下，LCD与小键盘配合输入各种故障状态下的保护限值；在运行状态下，浏览显示被保护电动机当前的运行状态(正常、故障状态)和运行参数(三相电压、三相电流以及温度等)；出现故障时显示故障参数、故障类型、保护动作类型、显示历史故障记录。保护动作时通过出口跳闸继电器作用于跳闸。
权利要求1.一种电动机微机继电保护装置，包括信号采样与调理电路、计算与比较电路、存储器、通信电路、开关量输出电路，其特征是计算与比较电路用DSP微处理器芯片U4，通信电路采用通信芯片U6作为双路串行收发器，它们的连接关系是DSP微处理器的片内端口A0与通信芯片U6的片选脚D/C连接，DSP微处理器的控制端口A1与通信芯片U6的控制脚A/B连接，数据线D0-D7通过数据隔器U9与通信芯片U6的数据线D0-D7连接，中断响应INT1通过反向器与通信芯片U6中断响应INT连接，通信芯片U6的串行输入线RXDA、串行输出线TXDA通过232通信接口芯片U11与用户端子连接，串行输入线RXDB、串行输出线TXDB通过光隔离器U10至485通信接口芯片U12与用户端子连接，通信芯片U6的读写脚RD/WR与微处理器芯片DSP的读写R/W连接。
专利摘要本实用新型提供一种电动机微机继电保护装置,包括信号采样与调理电路、计算与比较电路、存储器、通信电路、输出电路与执行电路,其计算与比较电路用DSP微处理器芯片,通信电路采用双路串行收发器,DSP的A0与通信芯片的片选脚D/C连接、DSP的A1与通信芯片的A/B连接,数据线D0—D7通过数据隔器与通信芯片的数据线连接,通信芯片的串行输入、输出线通过232和485通信接口芯片与用户端子连接。
文档编号H02H7/08GK2498774SQ0124992
公开日2002年7月3日 申请日期2001年6月22日 优先权日2001年6月22日
发明者黄天戌, 黄绵华, 于晓东 申请人:武汉武水电力有限公司