CN100426612C - 内嵌web服务器的智能脱扣器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于输配电设备，涉及一种用于断路器控制系统的内嵌WEB服务器的智能脱扣器。包括一个主控板和一个通讯模块；所述主控板中包括有主板主控电路、电流/电压采样电路、开入量输入电路和脱扣信号输出电路；所述通讯模块包括有通讯模块主控电路、CAN总线通讯电路和WEB服务通讯电路；通讯模块主控电路通过CAN总线通讯电路接入主控板的通讯端，CAN总线通讯电路还与外部设备现场总线连接；通讯模块主控电路通过WEB服务通讯电路与互联网连接。本发明提高了对配电设备的远程控制能力，能支持工业局域网、互联网的连接，有利于提高电力配网的自动化水平。

Description

内嵌WEB服务器的智能脱扣器
技术领域
本发明属于输配电设备，涉及一种用于断路器控制系统的内嵌WEB服务器的智能脱扣器。
背景技术
普通的断路器控制系统一般通过在运行现场进行控制操作，难以实现远程操作、远程监控、远程数据采集等功能。而目前已有的通过现场总线对现场设备进行集中控制的方法，一般是通过外置式通信模块与现场总线相连接，一方面使系统的安装调试复杂化，另一方面由于现场总线长度的限制，使其远程控制功能受到很大限制。而内嵌现场总线的智能脱扣器以及可通过互联网进行远程控制的智能脱扣器现有技术目前尚未涉及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种远程控制能力强，安装调试效率高、费用低，运行可靠性好的内嵌WEB服务器的智能脱扣器。
本发明的内嵌WEB服务器的智能脱扣器包括一个主控板和一个通讯模块；所述主控板中包括有主控板主控电路、电流和电压采样电路、开入量输入电路和脱扣信号输出电路；主控板主控电路通过电流和电压采样电路与外部电网的母线电压和电流互感器连接；主控板主控电路通过开入量输入电路与外部有源及无源开入量连接；主控板主控电路通过脱扣信号输出电路与跳闸驱动电路及继电器连接；主控板的显示输出部分通过一个显示模块连接显示输出装置；所述通讯模块包括有通讯模块主控电路、CAN总线通讯电路和WEB服务通讯电路；通讯模块主控电路通过CAN总线通讯电路接入主控板的通讯端，CAN总线通讯电路还与外部设备现场总线连接；通讯模块主控电路通过WEB服务通讯电路与互联网连接。
本发明由于在脱扣器中内嵌了CAN总线和WEB服务通讯电路，大大提高了对设备的远程控制能力，能支持工业局域网、互联网的连接，为大小区域的电网潮流控制提供通信平台及资源共享平台，在局域或广域范围内，实现与主控中心进行数据交换功能，并能接收主控台的指令，达到对电网运行状态的监测和控制，有利于提高电力配网的自动化水平。
附图说明
图1是本发明的原理结构框图；
图2是本发明实施例的主控板主控电路原理图；
图3是本发明实施例中主控板的电流/电压采样电路原理图；
图4是本发明实施例中主控板的开入量输入电路原理图；
图5是本发明实施例中主控板的脱扣信号输出电路原理图；
图6是本发明实施例的通讯模块主控电路原理图；
图7是本发明实施例中通讯模块的CAN总线通讯电路原理图；
图8是本发明实施例中通讯模块的Web服务通讯电路原理图；
图9是本发明实施例中显示模块电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的内嵌WEB服务器的智能脱扣器包括主控板、显示模块和通讯模块几个部分。主控板包括一个主控板主控电路和与之连接的电流/电压采样电路、开入量输入电路、脱扣信号输出电路。显示模块主控电路与主控板主控电路的显示输出部分连接。通讯模块包括通讯模块主控电路和与之连接的CAN总线通讯电路和WEB服务通讯电路，它由主控板主控电路的通讯端接入主控板。
图2为主控板主控电路原理图，其CPU采用快速高效的DSP控制器(TMS320LF2407A)，它内含16通道A/D转换，片内高达32K字的FLASH程序存储器，还集成串行通讯接口SCI，CAN2.0B模块，40个可编程复用通用的输入/输出引脚GPIO，再加上40M的时钟，使整个系统无需外扩程序存储器和A/D转换器就能满足整个系统的要求，结构简单，造价低廉。为了满足系统对实时时钟和电度量、定值存储的要求，该电路特外扩了一铁电存储器FM3116，它不仅包括了可无限次擦写、容量达2K字节的非易失性RAM，还集成有实时时钟、Watchdog、事件计数器、电压比较器(用于频率测量)等。另外，根据需要还外扩了RAM芯片IS61LV6416和5V转3.3V电压芯片TPS77833D。图中，1JR1为编程接口，可以通过该接口在出厂后方便地进行系统程序的更新。
主控板主控电路为主控板的核心部件，它负责采集各种模拟、数字信号，进行实时计算各种电量参数，为保护提供依据，根据要求进行负荷控制，为显示提供必要的内、外部信息，并接收显示模块、通讯模块的指令，按照要求进行信息传输、设备控制等。
图3为电流/电压采样电路原理图。该电路将一次电压、电流分别通过内置的电压互感器和外部的Rogowski电流互感器转换成弱电流、电压信号，再通过滤波整形、放大处理后送入CPU进行模拟量采集，同时相电流A、B、C、N叠加产生接地电流信号用于接地保护判断；A相电压通过比较器跟随后送入铁电自带的电压比较器，有效地减小输出阻抗，经DSP的外部中断XINT1进行频率测量。系统采用Rogowski线圈能满足大范围电流变化的要求，系统对同一路电流分大、小两个量程采样，这样既可以满足大电流保护的范围要求，又可以兼顾正常情况下的测量精度。A/D速度高达38,400次/s，利用过采样技术使10位AD控制器的测量精度达到0.2级，并经FFT变换计算出31次谐波分量。放大器采用TI公司的TLV2264A，该芯片具有规对规、低噪声、低输入偏移电流电压特性，能满足高精度采样的要求。
图4为开入量输入电路图，系统分有源和无源两种接入方式：对于断路器内部数字信号的采样采用无源接入方式，无需提供外部电源即可采集；而对于断路器外部数字信号，因为可能存在距离长、干扰强等不利因素，本发明特增加了4路有源开入量。电路采用光电耦合的方式滤除外电路对系统可能产生的干扰。本电路不仅能作为普通的数字量采集，还能通过方便的编程来完成客户的特殊需求，如作为备自投、区域连锁的判断依据之一，与继电器配合用于告警、故障的输出等。
DSP数字量输出见图5，CPU的弱电流信号不足以驱动继电器和磁通变换器，本发明采用集成7路达林顿管的ULN2003A来放大CPU信号，驱动6路继电器和1路内置扬声器；跳闸回路的光电耦合器不仅具有信号驱动的作用，还兼有使能的作用，这保证系统在上电和非正常状态不会造成系统误动作，该电路的放大同样采用达林顿管BD681，上千倍的放大能力使整个跳闸时间控制在几个毫秒内完成，这为及时切断故障电流，避免扩大故障范围赢得时间；同时电路中的TRIPMONITE引脚负责判断跳闸回路完整性，当回路断线时，该引脚被拉低，反之则变高。
图2、3、4、5一起构成主控板的整个系统，负责整个系统的信号采集、FFT变换、并完成保护判断、动作，电流电压、频率、功率、电度以及各次谐波的测量，系统内部故障判断，并完成与显示模块、通讯模块的通讯，是整个系统的核心元件。
图6为通讯模块主控电路原理图，它同样采用TMS320LF2407A控制器和IS61LV6416，SN74AHCIG08和SN74AHC138完成地址空间译码，MAX706T作为系统的看门狗在CPU不能正常运行时及时复位。本电路集成有CAN和Internet通讯软件，并内置TCP/IP、UDP和MODBUS等协议，通过CAN现场总线负责完成对主控模块各种数据的采集，并经过Internet接口传输至Internet。
图7为CAN总线通讯电路原理图，该电路采用CAN收发器SN65HVD251，快速光耦6N137能可靠地将输入和输出之间进行隔离，通讯速度最快达到10Mbps。主模块和通讯模块都集成有CAN现场总线，这样不仅可以在两个模块之间传输数据，也可以利用该现场总线与监控系统进行通讯。
图8为Web服务通讯电路原理图，通过外扩CS8900A以太网控制器使其具有网络功能，内置TCP/IP、UDP协议和CAN2.0B现场总线，使通讯模块一方面能与主控模块进行通讯，又可以方便地接Internet。以太网耦合器E2023可靠地将内、外部电路进行隔离，保证干扰不会通过以太网进入Web服务器模块。
图9为显示模块电路原理图，包括主控电路、键盘、指示灯、液晶接口等，该电路采用ST公司的DS80C320单片机和PSD913F2控制器作为最小系统，独立的单片机确保显示不影响主控模块，使主控模块能够实时完成每项功能；MAX705为系统提供看门够服务，LPS76333向显示模块背光提供电源，并采用DS80C320的I/O引脚进行使能控制，这样可根据现场要求点亮或熄灭背光，延长液晶模块的使用时间；X4是液晶接口，系统采用大容量240×160点阵图形液晶模块，大大减少了显示模块的辅助电路，使系统不仅能显示汉字，还能输出实时采样的波形。显示模块和主控模块之间采用TTL电平进行通讯，无需任何通讯收发器芯片，简单可靠，协议采用标准的MODBUS，使系统可以方便地兼容其它的监控网络。

Claims (2)

1、 一种内嵌WEB服务器的智能脱扣器，其特征是：它主控板中包括有主控板主控电路、电流和电压采样电路、开入量输入电路和脱扣信号输出电路；主控板主控电路通过电流和电压采样电路与外部电网的母线电压和电流互感器连接；主控板主控电路通过开入量输入电路与外部有源及无源开入量连接；主控板主控电路通过脱扣信号输出电路与跳闸驱动电路及继电器连接；所述通讯模块包括有通讯模块主控电路、CAN总线通讯电路和WEB服务通讯电路；通讯模块主控电路通过CAN总线通讯电路接入主控板的通讯端，CAN总线通讯电路还与外部设备现场总线连接；通讯模块主控电路通过WEB服务通讯电路与互联网连接。
2、 根据权利要求1所述的内嵌WEB服务器的智能脱扣器，其特征是：主控板的显示输出部分通过一个显示模块连接显示输出装置。
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