专利名称：高压组合开关综合控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术和自动化控制技术领域，特别涉及一种高压组合开关综
合控制装置。
技术背景 高压组合开关控制器是用于控制和保护高压组合开关的装置，主要实现通信，保 护和控制功能。其通信主要采用自定义通信协议，存在通信可靠性低，设备互换性差。其保 护功能主要实现漏电，短路，断相，过流，电机过热，过压，欠压，漏电闭锁等功能。其中，电机 过热保护是通过温度传感器测得电机温度，该方法存在过热保护延迟，并且难以实现模拟 电机的发热模型。同时将温度传感器安装在电机上，存在机械可靠性差，容易损坏。漏电保 护采用漏电电流传感器检测，存在成本高和检测误差大的缺点
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种高压组合开关综合控制装置。该 装置的具体技术方案如下 这种综合控制装置，由数字信号处理板和信号采样及控制输出板两部分组成。 如图1和图3所示，数字信号处理板主要由DSP、液晶显示器及液晶显示电路 接口、键盘电路、片外扩展RAM、 JTAG仿真口电路、M0DBUS总线接口电路连接构成。其中 DSP芯片为TI公司的TMS320LF2407A，液晶显示器为0CMJ4X 8，片外扩展RAM接口芯片为 CY7C1021VC33，M0DBUS接口芯片为MAX3485。其中，TMS320LF2407A(U4)芯片分别与键盘电 路、连接液晶显示器的液晶显示电路接口、 CY7C1021VC33(U2)芯片、JTAG仿真口电路(P8) 以及MAX3485芯片(Ul)电路连接。 如图2和图4所示，信号采样及控制输出板由开关量输入电路、A/D信号采集调理 电路、开关量输出电路等部分组成。其中开关量输入电路由光电耦合器TLP512-4和电压 转换芯片74LVC245组成；开关量输出电路由光电耦合器TLP512-4，锁存驱动芯片74LS273 和继电器(1KA，2KA，3KA，4KA)组成；AD信号采集和调理电路由6个电流互感器(TA1、TA2、 TA3、TA4、TA5、TA6)，2个电压互感器(TV1、TV2)和LM324N运算放大器芯片组成。 其中，从外部得到的控制和确认信号通过光电耦合器TLP512-4与电压转换芯片 74LVC245电路相连，电压转换芯片74LVC245与TMS320LF2407A芯片(U4)相连组成开关量 输入电路。TMS320LF2407A芯片(U4)与锁存驱动芯片74LS273电路连接，然后通过光电耦合
器TLP512-4与继电器(1KA，2KA，3KA，4KA)电路连接构成开关量输出电路； 电流互感器(TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6)、电压互感器(TV1、TV2)与运算放大器
74LVC324N电路连接，然后接入TMS320LF2407A芯片(U4)构成AD采样电路。 本实用新型所述装置通过采用Modbus通信协议，实现了 Modbus通信的主要功能，
提高了该设备通信的互换性。电动机过热保护采用数字方法建立电动机的发热模型，从原理上解决了电动机的过热保护问题；利用FFT算法可有效地滤去谐波，并对过热量求积，实 现了电动机的双重保护一是根据在TMS320LF2407A内的存储器中存储一张反映时间—— 电流特性曲线的数据表，可实现快速保护；二是对过热量的记忆功能，可防止了发热量的积 累实现长期稳定保护。将AD采样的数据进行32点FFT计算得到零序电流，求得的零序电 流值较为精确，可实现漏电的准确保护。通过上述的改进，实现了通信互换性好，电动机过 热保护可靠，漏电保护准确的目的。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。
图1为本实用新型所述综合控制装置中信号处理板结构布局图； 图2为本实用新型所述综合控制装置中信号采样和控制输出板结构布局图； 图3为本实用新型所述综合控制装置中信号处理板电路图； 图4为本实用新型所述综合控制装置中信号采样和控制输出板电路图； 图5为本实用新型所述综合控制装置在实施过程中所涉及的主程序流程图； 图6为本实用新型所述综合控制装置在实施过程中所涉及的A/D采样转换和瞬时
保护定时器中断程序流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。 参见图3和图4，通过上述技术方案，本实用新型装置所述综合控制装置在实施过 程中所遵循的电路结构如图所示。 该控制装置有三种工作方式闭锁、手动和集控方式。当然手动操作按钮可实现三 种工作方式的切换。键盘主要实现以下功能S5启动，S6停止，S3实现画面切换，S4实现 线路1和线路2切换，S7实现参数设置，S8实现加1， Sl实现减1， S2实现查看各参数。液 晶显示器显示电压，电流，功率，功率因数和工作状况。输入开关量信号有闭锁、手动、集控 方式选择信号、1KA(控制线路1的接触器)、2KA(控制线路2的接触器)和3KA(控制双速 切换的接触器)继电器合闸确认信号。输出开关量信号实现控制1KA、2KA、3KA继电器和手 动故障继电器4KA开/合闸功能。控制装置工作原理是首先根据手动操作按钮选择该控制 装置的工作方式。然后进行1KA、2KA和3KA继电器合闸确认判断，若出现故障，进入故障处 理。接着通过电压互感器和电流互感器采集供电线路的电压和电流信号，将这些信号经过 信号调理电路处理后，使信号变换到DSP的正常工作电压0 3. 3V之间；DSP处理器通过 对采集来的信号进行计算和处理，得到供电线路的电压、电流、漏电的电流值、有功功率、功 率因数和电机的温度值等参数并送显示；将这些参数与设定值比较，得出供电线路和电机 工作状况，然后做出相应的控制和保护动作。另外，可以通过MODBUS总线与PLC以及监控 中心计算机通信，实现远程监控。 本实用新型所述综合控制装置控制功能主要实现对组合开关的接通和断开，从而 实现对电机的启动、停止和双速切换。保护功能主要有漏电闭锁、先导闭锁、过欠压保护、 过电流保护、电机过热保护、启动时间过长保护、短路保护、漏电保护、断相保护等功能。一旦发生故障，综合控制装置进行相应的保护，并且故障情况会传给上层监控中心。其中，漏 电闭锁功能是在供电线路发生漏电时，闭锁线路开关，直到漏电状态消除。先导闭锁是用于 2次电动机启动间隔时间内闭锁先导回路，防止电动机频繁的连续启动而降低使用寿命。过 欠压保护、过电流保护、电机过热保护、启动时间过长保护是延时保护，延时保护时间和相 关参数可进行设置。短路、断相和漏电为重大故障，当发生这些故障时，立即切断电路，需要 人工手动复位，才能重新启动。 另外，本实用新型所述综合控制装置的系统软件设计在程序编写过程中，采用模
块化设计，对实现各个功能的程序模块分别进行设计、编程和调试，最后把各个调试好的程
序模块联成一个完整的程序，具有设计目标明确、调试方便，容易完成等优点。 其中，系统程序主要由三部分组成主循环程序、A/D采样转换和瞬时保护中断程
序、MODBUS通信中断程序。主循环程序由输入开关量处理、数据处理(控制和保护算法、滤
波算法、有效值计算)、LCD显示、键盘处理、输出开关量处理等功能模块组成。这些功能模
块对实时性要求不高，在主程序中以循环扫描方式实现。主程序流程如图5所示，系统初始
化后进入主循环，先进行输入开关量处理，然后进行按键操作判断，再执行其他功能模块程序。 参见图6，由于对实时性要求比较高，A/D采样转换和瞬时保护程序采用定时器中 断的方法实现。程序用事件管理器A的定时器2，定时器2定时时间到来触发A/D采样的启 动，采样时采用级连模式， 一次做8个转换，转换通道分别是1 4和9 12，然后将转换结 果存入DSP的内部存储单元，A/D采样间隔1. 667ms。 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求高压组合开关综合控制装置，由数字信号处理板和信号采样及控制输出板两部分组成；其特征在于，所述数字信号处理板主要由DSP、液晶显示器及液晶显示电路接口、键盘电路、片外扩展RAM、JTAG仿真口电路、MODBUS总线接口电路连接构成；所述DSP芯片为TI公司的TMS320LF2407A，液晶显示器为OCMJ4×8，片外扩展RAM接口芯片为CY7C1021VC33，MODBUS接口芯片为MAX3485；所述TMS320LF2407A芯片分别与键盘电路、连接液晶显示器的液晶显示电路接口、CY7C1021VC33芯片、JTAG仿真口电路以及MAX3485芯片电路连接；所述信号采样及控制输出板由开关量输入电路、A/D信号采集调理电路、开关量输出电路等部分组成；所述开关量输入电路由光电耦合器TLP512-4和电压转换芯片74LVC245组成；所述开关量输出电路由光电耦合器TLP512-4，锁存驱动芯片74LS273和继电器组成；所述AD信号采集和调理电路由6个电流互感器、2个电压互感器和LM324N运算放大器芯片组成；所述从外部得到的控制和确认信号通过光电耦合器TLP512-4与电压转换芯片74LVC245电路相连，电压转换芯片74LVC245与TMS320LF2407A芯片相连组成开关量输入电路；所述TMS320LF2407A芯片与锁存驱动芯片74LS273电路连接，然后通过光电耦合器TLP512-4与继电器电路连接构成开关量输出电路；所述电流互感器、电压互感器与运算放大器74LVC324N电路连接，然后接入TMS320LF2407A芯片构成AD采样电路。
专利摘要本实用新型公开了一种高压组合开关综合控制装置。该装置由数字信号处理板和信号采样及控制输出板两部分组成。该装置通过采用Modbus通信协议，实现了Modbus通信的主要功能，提高了该设备通信的互换性。电动机过热保护采用数字方法建立电动机的发热模型，从原理上解决了电动机的过热保护问题；利用FFT算法可得到较为准确的正序和负序电流值，并对过热量求积，从而实现了电动机的双重保护一是根据在TMS320LF2407A内的存储器中存储一张反映时间——电流特性曲线的数据表，可实现快速保护；二是对过热量的记忆功能，可防止了发热量的积累实现长期稳定保护。将AD采样的数据进行32点FFT计算得到零序电流，求得的零序电流值较为精确，可实现漏电的准确保护。通过上述的改进，实现了通信互换性好，电动机过热保护可靠，漏电保护准确的目的。
文档编号H02H7/08GK201477413SQ20092020937
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者郗存根 申请人:煤炭科学研究总院上海分院