专利名称：适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压变电柜技术，具体涉及一种集成化高压变电柜工作状态自动控制装置。(二) 背景技术以等离子体电弧加热器为核心的防热材料地面模拟实验系统中，高压变电柜是为加热器 提供电源的关键装置，其工作状态是整个系统的安全与稳定工作的决定性因素。等离子体电 弧加热器工作过程中需要持续的10000V、 800A交流电源供电，高压变电柜负责将工业电网中 的电压与电流进行转换为加热器提供电源。由于工作电压和电流极大，高压变电柜对其工作 过程中所处的环境温度、湿度等条件要求较高；同时，处于对电弧加热器工作安全的考虑， 需要高压变电柜能够在加热器冷却系统、气源系统和加热器本身发生异常时做出反应。电弧 加热器在工作过程中会对周围空间电子设备产生很强的电磁干扰，因此高压变电柜控制装置 需要具有良好的电磁屏蔽能力。现阶段高压变电柜控制装置大多采用"分散监测、人为控制" 的方式，采用大量传感器监测高压变电柜工作环境参数和受电设备工作状态，采用中央控制 台集中处理传感器信号并提示操作人员做出反应，这种控制方式存在现场线路复杂、自动化 程度低、抗干扰能力差和不能及时对异常情况做出反应等不足。而具有集成化、小型化、自 动化程度高、反应灵敏等特色的新型高压变电柜控制装置还未见报道。(三) 发明内容本发明的目的在于提供一种能够自动对高压变电柜及受电设备工作环境与状态进行实 时监测，根据用户预先设置参数自主控制变电柜工作的集成化、智能化、小型化的适用于电 弧加热器的高压变电柜自动控制装置。本发明的目的是这样实现的它包括设置在外壳内的DSP单元，DSP单元外围接定时器、 1个温度传感器、1个湿度传感器、3个A/D转换器和外接电源回路，由3个A/D转换器、1 个温度传感芯片和和1个湿度传感芯片与DSP单元共同构成输入回路，由继电器、接触器和 DSP单元共同构成控制输出回路，由定时器和DSP单元组成时间控制回路，DSP单元控制信号 的输出端通过继电器连接接触器控制端，接触器控制端的输出端连接高压变电柜真空开关， DSP单元数字信号的输出端通过MAX芯片转换后按RS422准则与上位计算机进行通讯连接， DSP与上位计算机之间的通信线路上串联有光电隔离装置。本发明还有这样一些技术特征1、所述的上位计算机的控制信号按RS485通信准则通过信号传输线路连接串行通信接 口的两个通信管脚，两个通信管脚分别接入MAX芯片的两个通信管脚；MAX芯片的电源正极 管脚和电源负极管脚分别接入外接电源回路的正极和负极；MAX芯片的两个通信输出端口管 脚分别接入DSP单元的两个通信端口管脚；DSP芯片的电源管脚分别接入外接电源回路正极和负极，外接电源回路的电源输入管脚上接外界电源正极，另一管脚接外界电源负极；2、 所述的温度传感器的输出端通过数据端口经由数据总线连接DSP单元总线接口；湿度传感器的输出端通过通信端口经数据总线连接DSP单元总线接口；3、 所述的装置还包括安装在电弧加热器冷却系统处的流量传感器，流量传感器的正极和负极分别接入流量信号输入端口管脚，流量输入端口管脚分别接入A/D转换器的输入管脚； A/D转换器的电源正极管脚和电源负极管脚分别外接电源回路正极和负极；A/D转换器的数字 量信号输出端通过其数字端口经由数据总线连接DSP单元总线接口；4、 所述的装置还包括安装在电弧加热器气源系统进气处的压力传感器，压力传感器的信 号正极和负极分别接入压力信号输入端口管脚，压力输入端口管脚分别接入A/D转换器的输 入管脚；A/D转换器的电源正极管脚和电源负极管脚分别接入装置的电源回路正极和负极； A/D转换器的数字量信号输出端通过数字端口经由数据总线连接DSP总线接口；5、 所述的装置还包括安装在电弧加热器处的漏电电流传感器，漏电电流传感器的正极和 负极分别接入漏电电流信号输入端口管脚，漏电电流输入端口管脚分别接入A/D转换器的输 入管脚；A/D转换器的电源正极管脚和电源负极管脚分别接入外接电源回路正极和负极；A/D 转换器的数字量信号输出端通过数字端口经由数据总线连接DSP单元总线接口；6、 所述的定时器通过其两个输出端口管脚分别连接DSP单元的两个DSP触发端口管脚；7、 所述的DSP单元通过其两个控制端口管脚连接继电器；继电器的控制端管脚直接接入 外接电源回路负极，其另一控制端管脚经过DSP单元的控制输出端端口管脚接入装置电源正 极；继电器输出端管脚直接接入接触器的控制端管脚，继电器的另一个输入端管脚接入外接 电源正极；接触器的控制端管脚接入外接电源负极，其两输出端管脚分别通过控制输出端口 管脚连接高压变电柜真空开关。电弧加热器工作时，现场传感器采集到的加热器气源系统的进气压力、冷却系统的冷却 水流量和加热器三相不平衡时所产生的漏电电流等信息以模拟电压量的形式送入本装置的三 个A/D转换器输入端，A/D转换器将接收到的模拟电压量转换成数字量送入DSP单元数据接 收端，DSP将A/D转换器送来的数字量处理后通过MAX芯片采用RS422串行通信准则送至上 位计算机进行分析和存储。本装置使用过程中与高压变电柜安装在一起，装置通过内置的温 度、湿度传感器芯片对高压变电柜所处的工作环境参数进行测量，温度、湿度传感器芯片的 输出信号通过数据总线送入DSP输入端，DSP单元通过RS422串行通信准则将处理后的温度 与湿度信号送至上位计算机。定时器根据用户预设时间自动计时，计时时间到后向DSP单元 发出切断高压变电柜指令。DSP单元根据用户预先设定的参数实时通过A/D转换器和温度、 湿度传感器芯片送来的信号判别加热器及其气源与水源的工作情况和高压变电柜工作环境 温、湿度，在发现测量参数异常或收到定时器关机指令时，通过输出管脚信号控制继电器发 生动作，从而带动接触器控制的高压变电柜真空开关发生动作关闭高压变电柜。本发明具有以下几个主要特征1、 本发明以DSP芯片为核心，通过总线方式集成了定时器、温度传感芯片、湿度传感芯 片和3组A/D转换器，能够同时监测环境温、湿度信息和外围设备水流量、气压和漏电电流 等信息。通过用户预设参数可以实时监控周围环境和设备工作异常，并自主做出反应，同时 可以通过RS422串行通信准则与上位计算机保持实时通信，使整个装置实现了高度的智能化 和集成化，可以更为有效地提高高压变电柜和受电设备的工作安全性和可靠性；2、 本发明采用优质铝合金外壳封装内部元器件，整个外壳通过铜线接地，保证装置可以 在电弧加热器工作时产生的强空间磁场环境中稳定工作；3、 本发明通过光电隔离装置实现了与计算机通信线路之间的物理隔断，不但有效地消除 了噪声电压干扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以在被测设备 短路时保护系统不受损坏。本发明由3个A/D转换器、1个温度传感芯片和和一个湿度传感芯片与DSP共同构成输 入回路。A/D转换芯片负责将本装置外接的流量传感器、压力传感器和电流变送器上传的模 拟量信号转换成数字量通过数据总线送入DSP处理；温度和湿度传感器芯片则负责监测高压 变电柜所处的环境温、湿度信息，并将其转化成数字量通过数据总线送至DSP进行统一处理。 DSP采用美国TI公司生产的TMS320C6713时钟频率高达255MHz; A/D芯片均采用H28型16 位ADC芯片；温度传感芯片采用美国NS公司的LM92单片高精度数字温度传感器，该传感器 测量频率为2次/秒，能够对-55 +15(TC范围内的温度进行测量;湿度传感器采用瑞士的SHT10 贴片型湿度传感器，该芯片测量范围为0 100%RH，能够对3%RH的湿度变化在4s之内做出反 应。本发明由定时器和DSP组成时间控制回路。高压变电柜开始工作的同时计时器启动计时， 通过与用户预设变电柜工作时间的参数相比较，当高压变电柜工作到达预定时间时计时器向 DSP发出关机指令，DSP接到指令后发出控制信号切断高压变电柜的真空开关，停止其向外供 电。定时器采用DHC7B型数字定时器，该定时器能够在l 9999s的范围内进行定时，ls刷新 一次，自动识别当前计时与预定计时，计时时间到时能输出开关量信号。本发明由继电器、接触器和DSP共同构成控制输出回路。DSP开关量控制输出端接入继 电器控制端，当DSP发出关机指令时其通过开关量输出控制继电器断开，继电器输出端接入 接触器控制端，继电器断开后控制接触器断开，继而装置向外输出开关量信号控制高压变电 柜真空开关断开。本发明中继电器响应时间〈0.2s，接触器响应时间〈0.5s输出触点容量 400VAC, 60A。DSP与计算机之间的通信线路上串联高达10000VAC以上绝缘的光电隔离装置，在本装置 工作过程中，如果发生高压变电柜漏电现象，隔离装置能有效保护中央计算机及操作人员不 至于接触到测试环境中的10000V高压电。本发明涉及的是一种集成化高压变电柜工作状态自动控制装置，具体的说是一种能够自 动识别变电柜所处工作环境的温度、湿度等环境信息和工作时间，按用户预先设定的参数控制变电柜工作状态的装置。本发明可以在强磁干扰环境中正常工作。经实验表明，本发明在 10000VAC， 12飞0。C， 2 70%RH，强电磁干扰，以最快1次/S的速度对高压变电柜所处环境的 温度、湿度和受电设备(电弧加热器)的冷却水流量、进气压力和漏电电流等参数进行监测， 系统监测误差在2级左右。本发明能够在监测参数超出用户预定安全值后ls内做出反应，可 以有效的保护高压变电柜、用电设备和操作人员的安全工作。本发明装置整体外观尺寸仅为 200X200X100醒，12VDC电源供电，充分体现了本发明体积小、集成化程度高的特点。(四)
图l是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1举例对本发明作更详细的描述本实施例包括由设置在外壳内的DSP单元，DSP单元外围接定时器、l个温度传感器、1 个湿度传感器、3个A/D转换器和外接电源回路构成的高压变电柜自动控制装置，由3个A/D 转换器、1个温度传感芯片和和1个湿度传感芯片与DSP单元共同构成输入回路，由继电器、 接触器和DSP单元共同构成控制输出回路，由定时器和DSP单元组成时间控制回路，DSP单 元控制信号的输出端通过继电器连接接触器控制端，接触器控制端的输出端连接高压变电柜 真空开关，DSP单元数字信号的输出端通过MAX芯片转换后按RS422准则与上位计算机进行 通讯连接，DSP与上位计算机之间的通信线路上串联有光电隔离装置。结合图l:外壳由底板3、侧板2和顶板1构成。1、 将外壳的底板3固定在高压变电柜旁的地面上，线路板71通过固定螺丝4固定于装 置底板3上，继电器63和接触器57粘接于装置底板3上，侧板2通过滑槽方式连接于底板 3上，顶板1通过滑槽方式固定于侧板2上；2、 接通本实施例装置的电源，在装置电源输入管脚40上接电源正极，管脚41接电源负极；3、 在上位计算机上设置受电设备(电弧加热器)的冷却水流量、气压和漏电电流，高 压变电柜所处的环境温度、湿度和等相关参数的安全阈值；4、 上位计算机的控制信号按RS485通信准则通过信号传输线路送入本发明装置的串行 通信接口 44的两个通信管脚44和45，通信管脚44和45分别接入MAX芯片51的通信管脚 48和50; MAX芯片51的电源正极管脚60和电源负极管脚56分别接入装置电源回路的正极 和负极；MAX芯片51的通信输出端口管脚49和52分别接入DSP芯片70的通信端口管脚67 和69; DSP芯片70的电源管脚8和7分别接入装置的电源回路正极和负极；5、 用户手动设置定时器26的计时时长阈值；6、 本实施例装置开始工作后，温度感应芯片31开始侦测环境温度信息，侦测结果通过 数据端口 29经由本装置数据总线送入DSP总线接口 9;7、 湿度感应芯片34侦测环境湿度信息，侦测结果通过通信端口 35经数据总线送入DSP 总线接口 9;8、 安装在电弧加热器冷却系统处的流量传感器侦测信号正极和负极分别接入本实施例 装置流量信号输入端口管脚28和30，流量输入端口管脚28和30分别接入A/D转换器42的 输入管脚23和24; A/D转换器42的电源正极管脚20和电源负极管脚21分别接入装置的电 源回路正极和负极；A/D转换器42转换得到的数字量信号通过其数字端口 22经由装置数据 总线送入DSP总线接口 9;9、 安装在电弧加热器气源系统进气处的压力传感器侦测信号正极和负极分别接入本实 施例装置压力信号输入端口管脚32和33,压力输入端口管脚32和33分别接入A/D转换器 43的输入管脚18和19; A/D转换器43的电源正极管脚15和电源负极管脚17分别接入装置 的电源回路正极和负极；A/D转换器43转换得到的数字量信号通过其数字端口 16经由装置 数据总线送入DSP总线接口 9;10、 安装在电弧加热器处的漏电电流传感器侦测信号正极和负极分别接入本实施例 装置漏电电流信号输入端口管脚36和37，漏电电流输入端口管脚36和37分别接入A/D转 换器47的输入管脚14和13; A/D转换器47的电源TH极管脚11和电源负极管脚12分别接入 装置的电源回路正极和负极；A/D转换器47转换得到的数字量信号通过其数字端口 10经由 装置数据总线送入DSP总线接口 9;11、 当定时器26的计时时长达到用户预设阈值时，定时器26通过其端口管脚25和 27向DSP发出关机指令，管脚25和27分别接入DSP触发端口管脚68和66;12、 DSP芯片70处理送入其中的数字信息，当发现本实施例装置采集到的信号超出用 户预设的阈值获接收到定时器26送来的关机指令时，通过其控制端口管脚6和5控制继电器 63发生动作；13、 继电器63的控制端管脚64直接接入装置电源回路负极，其控制端管脚65经过 DSP芯片70的控制输出端端口管脚5和6接入装置电源正极；继电器63输出端管脚61直接 接入接触器57的控制端管脚59,继电器63的另一个输入端管脚62接入装置电源正极；14、 接触器57的控制端管脚58接入装置电源负极，其输出端管脚53和55分别接入 装置控制输出端口管脚38和39，当接触器57发生动作时由本装置控制输出端口管脚38和 39控制高压变电柜真空开关发生动作；15、 本实施例装置侧面板2上的窗口 54用于保持本装置内部温度和湿度与外界环境 参数保持一致。
权利要求
1、一种适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于它包括设置在外壳内的DSP单元，DSP单元外围接定时器、1个温度传感器、1个湿度传感器、3个A/D转换器和外接电源回路，由3个A/D转换器、1个温度传感芯片和和1个湿度传感芯片与DSP单元共同构成输入回路，由继电器、接触器和DSP单元共同构成控制输出回路，由定时器和DSP单元组成时间控制回路，DSP单元控制信号的输出端通过继电器连接接触器控制端，接触器控制端的输出端连接高压变电柜真空开关，DSP单元数字信号的输出端通过MAX芯片转换后按RS422准则与上位计算机进行通讯连接，DSP与上位计算机之间的通信线路上串联有光电隔离装置。
2、 根据权利要求1所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述 的上位计算机的控制信号按RS485通信准则通过信号传输线路连接串行通信接口的两个通信 管脚，两个通信管脚分别接入MAX芯片的两个通信管脚；MAX芯片的电源正极管脚和电源负 极管脚分别接入外接电源回路的正极和负极；MAX芯片的两个通信输出端口管脚分别接入DSP 单元的两个通信端口管脚；DSP芯片的电源管脚分别接入外接电源回路正极和负极，外接电 源回路的电源输入管脚上接外界电源正极，另一管脚接外界电源负极。
3、 根据权利要求2所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述 的温度传感器的输出端通过数据端口经由数据总线连接DSP单元总线接口；湿度传感器的输 出端通过通信端口经数据总线连接DSP单元总线接口 。
4、 根据权利要求3所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述 的装置还包括安装在电弧加热器冷却系统处的流量传感器，流量传感器的正极和负极分别接 入流量信号输入端口管脚，流量输入端口管脚分别接入A/D转换器的输入管脚；A/D转换器 的电源正极管脚和电源负极管脚分别外接电源回路正极和负极；A/D转换器的数字量信号输 出端通过其数字端口经由数据总线连接DSP单元总线接口。
5、 根据权利要求4所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述 的装置还包括安装在电弧加热器气源系统进气处的压力传感器，压力传感器的信号正极和负 极分别接入压力信号输入端口管脚，压力输入端口管脚分别接入A/D转换器的输入管脚；A/D 转换器的电源正极管脚和电源负极管脚分别接入装置的电源回路正极和负极；A/D转换器的 数字量信号输出端通过数字端口经由数据总线连接DSP总线接口。
6、 根据权利要求5所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述 的装置还包括安装在电弧加热器处的漏电电流传感器，漏电电流传感器的正极和负极分别接 入漏电电流信号输入端口管脚，漏电电流输入端口管脚分别接入A/D转换器的输入管脚；A/D 转换器的电源正极管脚和电源负极管脚分别接入外接电源回路正极和负极；A/D转换器的数 字量信号输出端通过数字端口经由数据总线连接DSP单元总线接口。
7、 根据权利要求6所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述的定时器通过其两个输出端口管脚分别连接DSP单元的两个DSP触发端口管脚。
8、根据权利要求7所述的适用于电弧加热器的高压变电柜自动控制装置，其特征在于所述的DSP单元通过其两个控制端口管脚连接继电器；继电器的控制端管脚直接接入外接电源回路负极，其另一控制端管脚经过DSP单元的控制输出端端口管脚接入装置电源正极；继电器输出端管脚直接接入接触器的控制端管脚，继电器的另一个输入端管脚接入外接电源正极；接触器的控制端管脚接入外接电源负极，其两输出端管脚分别通过控制输出端口管脚连接高压变电柜真空开关。
全文摘要
本发明涉及一种集成化高压变电柜工作状态自动控制装置。它包括DSP，DSP外围接定时器、温度传感器、湿度传感器、3个A/D转换器和外接电源回路，DSP输出的控制信号通过继电器放大后接入接触器控制端，接触器控制端输出开关量控制高压变电柜真空开关的通断。DSP输出的数字信号通过MAX芯片转换后按RS485准则与上位计算机进行通讯。本发明可以在强磁干扰环境中正常工作且整体外观尺寸仅为200×200×100mm，12VDC电源供电。经实验表明，本发明在10000VAC，12~60℃，2~70％RH，强电磁干扰，以最快1次/S的速度对高压变电柜所处环境的温度、湿度和受电设备(电弧加热器)的冷却水流量、进气压力和漏电电流等参数进行监测，系统监测误差在2级左右。
文档编号H05B7/00GK101336017SQ20081006427
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者孟松鹤, 张博明, 白光辉, 薛忠刚 申请人:哈尔滨工业大学