CN101572442B - 可远程通信智能保护式永磁接触器 - Google Patents

Abstract

可远程通信智能保护式永磁接触器，包括依次与交流电源相连的整流滤波电路、控制模块、线圈、储能电容；电源模块分别与微处理器、采集芯片处理模块、液晶显示操作模块、开关量输入电路和通信模块相连；微处理器分别与采集芯片处理模块、液晶显示操作模块、开关量输入电路、控制模块相连，同时微处理器分别通过通信协议芯片、第一光电隔离总线驱动器以及第二光电隔离总线驱动器与通信接口输出电路相连，通信接口输出电路与现场总线回路相连；采集芯片处理模块分别与主回路三相电压采集处理电路、主回路三相电流采集处理电路、零序电流采集处理电路相连。本发明的永磁接触器实现了测量、设置、保护、通信和控制于一体的智能化功能。

Description

可远程通信智能保护式永磁接触器

技术领域

本发明涉及一种可远程通信智能保护式永磁接触器，实现了永磁接触器的智能化和远程通信功能，属于电器智能化、可通信化技术领域。 

背景技术

永磁接触器采用永磁保持、电子控制的方式实现了电磁式接触器的所有功能，而且具有结构简单、零部件少、几无噪音、受电网电压波动影响小和节能效果显著的优点，国内外学者和接触器生产厂家对永磁接触器展开了大量的研究。现有的研究主要集中在永磁接触器的操动机构和模拟控制电路方法上。经检索，专利号为91207494.9的专利“稀土永磁微能耗接触器”的中国专利提出了一种E型单稳态永磁操动机构的永磁接触器及其模拟控制电路，专利号为200410062796.X的专利“永磁式双稳态接触器”的中国专利提出了一种双稳态永磁操动机构及其模拟控制电路，专利号为200520044326.0的专利“永磁接触器控制电路”的中国专利和专利号为200510040937.2的专利“永磁接触器及其控制装置”的中国专利研究了永磁接触器的模拟控制电路来实现对永磁接触器的分合闸控制。由于永磁接触器固有的节能、抗晃电性能好、线圈不易烧毁的优点，使永磁接触器得到了社会的认可和使用，尤其是钢铁、石化企业。目前市场上出现了许多永磁接触器的生产厂家和销售企业，因此永磁接触器作为一种新型的节能型开关电器，具有广阔的应用前景和使用价值。 

永磁接触器是一种用于远距离频繁地接通和分断交直流主电路及大容量控制电路的电器，主要控制对象是电器设备以及电动机。目前研究的永磁接触器，功能单一，不具有智能化功能，主要作为一种现场开关设备用，因此现场电器设备以及电动机的保护、测量和控制还需要增加一些额外的保护设备、测量设备和控制设备。目前对于现场电器设备以及电动机的保护主要采用空气开关实现对电动机的短路或堵转保护；利用热继电器完成对电动机的过载保护，热继电器由于是采用双金属片热效应原理，存在有整定粗糙不准确、受环境影响大、重复性差和误差大的缺点，因此利用热继电器进行过载保护具有不可靠、不精确的缺点；同时采用空气开关和热继电器组成的保护模式功能单一，保护不全面，只能对短路和过载等常规故障进行保护，而要实现对接地/漏电故障、启动超时、三相不平衡、缺相、低电压/过电压、低电流以及永磁接触器本身故障等进行保护还需要增加额外的复杂保护设备。另外，对于现场运行的电器设备以及电动机，监测其电流、电压、功率、功率因数、电能和漏电流是保证电器设备及电动机可靠、高效运行的关键，而常规测量方式要完成对上述参数的测量还需增加若干变送设备，这样必然增加设备投资成本。而对现场运行的电器设备以及电动机的控制常采用PLC点对点的控制，这种控制方式造成从现场控制柜至PLC系统有大量电缆接线，接线多而复杂。此外，需在PLC系统配置足够多的I/O模块，实现对现场电器设备以及电动机的控制。因此，对于以上的保护、测量、控制方式，如果现场电器设备以及电动机数量特别 多，这样必然一方面造成现场的保护设备、测量变送设备、PLC控制模块数量多而且复杂，投资成本增加；另一方面如果现场出现故障情况，不能实现集中监控管理，现场人为查找比较麻烦，不能及时发现故障的原因并及时排除故障，对于一些严重的故障不能及时控制电器设备或电动机断开，可能造成设备的损坏或烧毁。 

随着现代电子技术、通信技术、现场总线技术和计算机网络技术的发展，以及随着现场总线技术广泛应用到过程控制、工业生产自动化控制以及低压配电系统中，这些场合采用现场总线系统后，低压配电系统要求实现工业自动化的集中管理与监控，提高低压配电系统的自动化程度，实现信息化动态管理，这也对低压电器提出了高度智能化与可远程通信功能的要求。低压电器行业“十一·五”发展规划也明确提出我国低压电器的发展方向是基于现场总线技术低压电器产品的开发，使其向智能化、可通信、网络化方向发展。因此，单一功能且只能作为开关的永磁接触器已不能满足低压配电系统自动化的要求，进一步研究可远程通信技术和智能化保护功能的低压电器已经成为当今电器发展的趋势和主要发展方向。 

发明内容

技术问题：针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种可远程通信智能保护式永磁接触器，把微处理器、计算机网络技术、通信技术和电器技术融合在一起，实现永磁接触器的智能式保护和远程通信等智能化功能，利用现场总线通信接口实现与上位机监控系统的远程通信，进一步实现永磁接触器的智能化监控、测量、设置、保护的通信网络系统。 

技术方案：为实现上述目的，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器采用如下技术方案： 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器中，交流电源、整流滤波电路、控制模块、线圈、储能电容顺序串联连接；主回路三相电压采集处理电路、主回路三相电流采集处理电路、零序电流采集处理电路的输出端分别与采集芯片处理模块的输入端连接；电源模块、采集芯片处理模块、开关量输入电路的输出端分别接微处理器的输入端，微处理器的输出端连接控制模块的输入端，液晶显示操作模块、通信模块中的通信协议芯片和第二光电隔离总线驱动器与微处理器双向连接；电源模块的输入端接交流电源，电源模块的输出端分别连接采集芯片处理模块、开关量输入电路、液晶显示操作模块、通信模块的输入端；通信模块中的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器双向连接，第一光电隔离总线驱动器、第二光电隔离总线驱动器分别与通信接口输出电路双向连接，通信接口输出电路与现场总线回路双向连接。 

主回路三相电压采集处理电路所采集的三相电压中A相电压经过第三十三电阻R33与互感器T1初级相连，互感器T1的次级分别经过第二十电阻R20、第二十一电阻R21后接入采集芯片处理模块的电压输入端口即采集芯片处理模块电路的第13引脚与第14引脚，第二十二电阻R22并联于互感器T1的两端，第二十电阻R20的一端分别与第二十一电容C21、第十八电阻R18的一端相连，第二十一电阻R21的一端分别与第十九电阻R19、第二十二电容C22的一端相连，第二十一电容C21、第二十二电容C22的另一端与电源地相连，第十八电阻R18与第十九电阻R19的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连；所采集的主回路三相电压中B、C两相电压采集处理电路接法与A相电压采集处理电路相同。 

主回路三相电流采集处理电路通过外接电流互感器采集主回路的三相电流，通过智能永磁接触器本体上的航空插座Current Interface接口与三相电流采集处理电路相连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过第四电阻R4、第五电阻R5后接入采集芯片处理模块的电流输入端口即采集芯片处理模块电路的第3引脚与第4引脚，第四电阻R4的一端分别与第十三电容C13、第二电阻R2的一端相连，第五电阻R5的一端分别与第三电阻R3、第十四电容C14的一端相连，第十三电容C13、第十四电容C14的另一端与电源地相连，第二电阻R2与第三电阻R3的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连；所采集的主回路的三相电流中B、C两相电流采集处理电路接法与A相电流采集处理电路相同。 

零序电流采集处理电路通过外接零序电流互感器采集零序电流，通过智能永磁接触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路相连接，所采集的零序电流分别经过第十六电阻R16、第十七电阻R17后接入采集芯片处理模块的零序电流输入端口即采集芯片处理模块电路的第21引脚与第22引脚，第十六电阻R16的一端分别与第十九电容C19、第十四电阻R14的一端相连，第十七电阻R17的一端分别与第十五电阻R15、第二十电容C20的一端相连，第十九电容C19、第二十电容C20的另一端与电源地相连，第十四电阻R14与第十五电阻R15的另一端与采集芯片处理模块电路的第11引脚相连。 

通信模块中第一光电隔离总线驱动器包括由通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第27引脚通过第四十电阻R40与第四高速光耦U4的第2引脚相连，第四高速光耦U4的第6引脚通过非门U11、第四十二电阻R42与总线驱动芯片U7的第3引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第30引脚与第五高速光耦U5的第6引脚相连，第五高速光耦U5的第3引脚通过第四十四电阻R44与总线驱动芯片U7的第1引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第26引脚通过第四十六电阻R46与第六高速光耦U6的第3引脚相连，第六高速光耦U6的第6引脚与总线驱动芯片U7的第4引脚相连；其中通信协议芯片U3其型号为SPC3，第四高速光耦U4、第五高速光耦U5和第六高速光耦U6采用的型号为6N137，总线驱动芯片U7其型号为SN75176BP。 

通信模块中第二光电隔离总线驱动器由微处理器中的第5引脚、第6引脚、第7引脚分别通过第二光电隔离总线驱动器电路中的第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10与第二光电隔离总线驱动器电路中的总线驱动芯片U11相连，其中第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10采用的型号为TIL181，总线驱动芯片U11其型号为SN75176BP。 

通信接口输出电路包括由通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中的总线驱动芯片U7的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关S7的第2引脚、第4引脚，第二光电隔离总线驱动器电路中总线驱动芯片U11的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关S7的第1引脚、第3引脚，拨码开关S7的第7引脚、第8引脚相连，第5引脚、第6引脚相连后，再分别通过第五十六电阻R56、第五十四电阻R54输出远程通信接口的正端与负端。 

通信模块包括两路远程通信接口，第一路远程通信接口由通信协议芯片、第一光电隔离总线驱动器组成，第二路远程通信接口由第二光电隔离总线驱动器组成；两路远程通信接口通过通信接口输出电路的选择接入现场总线回路中，通过现场总线回路接入上位机监控系统中，现场总线回路包括MODBUS和PROFIBUS-DP两种现场总线回路。 

液晶显示操作模块以单片机89C52为核心，单片机89C52的P0口通过上拉电阻RP2分别与LCD显示屏的第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、 第16引脚相连，单片机89C52的P1口的引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5通过上拉电阻RP1分别与按键S1、S2、S3、S4、S5、S6的相连；上拉电阻RP1的第1引脚通过第五十八电阻R58分别与接插件J1、LCD显示屏的第17引脚相连，接插件J1的第2引脚分别与三极管Q1的集电极、LCD显示屏的第18引脚相连；微处理器的工作电源VCC通过第五十九电阻R59分别与三极管Q1的基极、单片机89C52的P1.6相连，微处理器的工作电源VCC通过可调电阻R60与三极管Q1的发射极、地相连；可调电阻R60的可调端与LCD显示屏的第3引脚相连；单片机89C52的第11引脚、第13引脚分别与串口通信芯片U12的第11引脚、第12引脚相连，芯片串口通信芯片U12的第14引脚、第13引脚分别与RS232标准的DB9接口的第2引脚、第3引脚相连，RS232标准的DB9接口的第5引脚、第9引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连，串口通信芯片U12采用MAX232CPE；单片机89C52的第16引脚、第17引脚分别与LCD显示屏的第8引脚、第7引脚相连，单片机89C52的第18引脚、第19引脚分别与LCD显示屏的第5引脚、第6引脚相连；单片机89C52的P2口的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分别与LED灯的D1、D2、D3、D4、D5的阴极相连，LED灯的D1、D2、D3、D4、D5的阳极分别通过第六十三电阻R63、第六十四电阻R64、第六十五电阻R65、第六十六电阻R66、第六十七电阻R67与微处理器的工作电源VCC相连；单片机89C52的P2口的P2.7与LCD显示屏的第4引脚相连；LCD显示屏的第2引脚、第1引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连。 

开关量输入电路包括通过智能永磁接触器本体上接线端子接入开关量输入信号，然后分别通过第六十八电阻R68、第六十九电阻R69后分别与第十四光耦U14、第十五光耦U15相连，第十四光耦U14、第十五光耦U15输出端分别接入微处理器的第44引脚与第43引脚；第十四光耦U14、第十五光耦U15采用型号为TLP521的光耦。 

智能永磁接触器本体上具有RS232标准的DB9接口，用于与液晶显示操作模块间的连接。 

有益效果：本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器实现了永磁接触器的智能式保护和远程通信等智能化功能，解决了传统方式下的对电器设备以及电动机的保护设备、测量变送设备和控制设备多而复杂的现象，实现了单一的智能永磁接触器就可以对现场电器设备以及电动机的全面、精确和可靠的保护、测量和控制功能。智能永磁接触器不仅实现了对电器设备以及电动机的现场级保护功能，同时这种具有远程通信接口的智能永磁接触器，利用了现场总线通信接口实现了与上位机监控系统的远程通信，进一步实现永磁接触器的智能化监控、测量、设置、保护的通信网络系统。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器采用了精确的交流参数采样功能，从而确保了各项保护功能灵敏、精确而不误动，可靠、稳定而不拒动。实现了对电器设备以及电动机可能发生故障以及过程故障进行精确可靠的保护，包括过载、堵转、相不平衡、缺相、启动超时、接地/漏电、低电压/过电压、低电流以及永磁接触器故障等的保护功能。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器，是以微处理器为核心的智能永磁接触器，具有存贮和记录功能，实现对保护动作的报警、跳闸等故障信息都有详细的记录，记录包括故障原因、发生时间以及发生时各有关参数瞬间记录值。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器，液晶显示操作模块是独立于智能永磁接触器本体的显示操作模块，它与智能永磁接触器本体之间是通过RS232标准DB9接口的串口线来实现参数的数据传递，采用液晶显示操作模块主要用来方便用户在现场维护或检修设备时对智能永磁接触器的现场按键控制、运行参数或故障参数的测量、显示、故障的复位以及进 行保护参数的设置，用户可以通过液晶显示操作模块在现场根据需要方便的设置智能永磁接触器所需要投入保护的种类、报警或跳闸保护权限。并且具有延时保护功能，保护延时时间可以根据现场需要方便的设置。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器实现了三种控制方式，第一种为远程控制方式，上位机监控系统通过远程通信接口来实现对智能永磁接触器的远程控制。第二种控制方式为现场就近控制方式，可通过现场按钮接入开关量输入端子中来实现在现场对智能永磁接触器的合闸与分闸控制。第三种控制方式为按键控制，这个由液晶显示操作模块中的合闸按键、分闸按键来实现对智能永磁接触器的控制。第二种与第三种控制方式主要作为用户在现场开关修检、现场调试时采用，也是控制操作的后备方式。在同一时间内三种控制方式只有一种控制方式有效。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器，具有两路远程通信接口，实现了数据的双向通信功能，第一路由通信协议芯片SPC3、第一光电隔离总线驱动器、通信接口输出电路组成，接入PROFIBUS-DP现场总线回路系统；通信模块中第二路由第二光电隔离总线驱动器、通信接口输出电路组成，接入MODBUS现场总线回路系统。这两路现场总线通信接口可以根据现场需要由用户通过拨码开关来设置任意选择其中任一路远程通信接口。 

本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器，这种具有远程通信功能的智能保护式永磁接触器进一步增加了使用的灵活性，将可通信的智能保护式永磁接触器安装在现场，将其接入现场总线系统中，使智能永磁接触器与中央控制计算机中心形成了智能化监控、保护与信息网络系统，实现了中央控制计算机的集中管理与控制，提高了低压配电系统的自动化程度。这种系统实现了现场的低压电器设备与中央控制计算机的数据信息的双向传输，一方面操作人员在控制室内方便地远程监测现场永磁接触器的通断状态、现场设备的实时运行数据与故障信息，以及远程集中设置智能永磁接触器保护特性的参数、集中控制现场智能永磁接触器的分合闸，远程集中操作智能永磁接触器故障复位，并且能及时了解现场智能永磁接触器与电器设备的运行情况，及时处理各种故障报警或跳闸情况，保证整个系统运行的可靠性，实现了智能化系统的遥信、遥测、遥调及遥控功能。 

附图说明

图1为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的电路框图； 

图2为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的外形结构示意图； 

图3为所述的主回路三相电压采集处理电路图； 

图4为所述的主回路三相电流采集处理电路图； 

图5为所述的零序电流采集处理电路图； 

图6为所述的采集芯片处理模块电路图； 

图7为所述的微处理器图； 

图8为所述的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器图； 

图9为所述的第二光电隔离总线驱动器图； 

图10为通信接口输出电路图； 

图11为所述的液晶显示操作模块图； 

图12为所述的开关量输入电路图； 

图13为所述的可远程通信智能保护式永磁接触器的主程序流程图； 

图14为所述的保护模块子程序流程图；图15为所述的通信模块中MODBUS现场总线通信子程序流程图；图16为所述的通信模块中PROFIBUS-DP现场总线通信子程序流程图。 

具体实施方式：

如图1所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器包括依次与交流电源1相连接的电源模块6和整流滤波电路2，整流滤波电路2的输出端与控制模块3的输入端相连，控制模块3的输出端与线圈4相连，线圈4的输出端与储能电容5相连；电源模块6分别与微处理器7、采集芯片处理模块13、液晶显示操作模块8、开关量输入电路14和通信模块9相连；微处理器7的输入端分别与采集芯片处理模块13、液晶显示操作模块8、开关量输入电路14、通信模块9中的通信协议芯片91和第二光电隔离总线驱动器93相连接，微处理器7的输出端分别与控制模块3、液晶显示操作模块8相连接，通信模块9中的通信协议芯片91经过第一光电隔离总线驱动器92与通信接口输出电路94相连，微处理器7经过第二光电隔离总线驱动器93与通信接口输出电路94相连，通信接口输出电路94与现场总线回路15相连，采集芯片处理模块13的输入端分别与主回路三相电压采集处理电路10、主回路三相电流采集处理电路11、零序电流采集处理电路12相连接。 

如图2所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的外形结构示意图，根据外形结构图，该可远程通信智能保护式永磁接触器有14个引出的接线端子，4个LED指示灯，一个RS232的标准的DB9接口，一个Current Interface的四线航空插座接口。其中14个引出的接线端子在使用时分别为，接线端子1、2为工作交流电源的L、N接线端，接线端子3、4、5、6分别为主回路三相电压A、B、C、N采集的接线端子，通过此接线端子可以实现对主回路三相电压的采集。接线端子7、8分别为零序电流的输入信号正端和输入信号负端的接线端，通过此接线端子可以实现对智能永磁接触器的零序电流的采集。接线端子9、10、11分别为通信接口的正端、负端和安全地接线端，通过此接线端子就可以实现智能永磁接触器的远程通信功能。接线端子12、13、14分别为开关量输入1、开关量输入2和两个开关量输入公共端的接线端子，其中开关量输入1为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的合闸控制，开关量输入2为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的分闸控制。4个LED指示灯设置在智能永磁接触器的本体侧面上，分别为LED1、LED2、LED3、LED4，其中LED1为电源灯，LED2为运行灯，LED3为故障灯，LED4远程通信灯。其作用为当智能永磁接触器的工作电源正常时LED1灯亮，表示智能永磁接触器工作电源正常。当智能永磁接触器为正常运行状态时，其LED2灯亮，当永磁接触器分闸后，其LED2灯灭表示智能永磁接触器处于分闸状态。当永磁接触器的保护动作权限设置为报警时，当出现故障时，故障灯LED3为闪烁；当永磁接触器的保护动作权限设置为跳闸时，当出现故障时，故障灯LED3为长亮。当永磁接触器处于远程控制状态下，其远程通信灯LED4亮，表示目前智能永磁接触器处于远程控制方式下。智能永磁接触器本体上的一个RS232标准的DB9接口为智能永磁接触器与液晶显示操作模块8之间的连接接口，智能永磁接触器与液晶显示操作模块8直接通过RS232串口线相连来实现参数的数据传递，采用液晶显示操作模块8主要用来方便用户在现场维护或检修设备时对智能永磁接触器的现场按键控制、运行参数或故障参数的测量、显示、故障的复位以及进行保护参数的设置。一个Current Interface的四线航空插座接口为外接的三相电流互感器A相电流、B相电流、C相电流和公共端的输入接口，通过此接口可以实现对主回路的三相电流的采集。 

如图3所示，本发明的主回路三相电压采集处理电路10包括所采集的主回路三相电压中A相电压经过第三十三电阻R33与互感器T1初级相连，互感器T1的次级分别经过第二十电阻R20、第二十一电阻R21后接入采集芯片处理模块13的电压输入端口即采集芯片处理模块电路U1的第13引脚与第14引脚，第二十二电阻R22并联于互感器T1的两端，第二十电阻R20的一端分别与第二十一电容C21、第十八电阻R18的一端相连，第二十一电阻R21的一端分别与第十九电阻R19、第二十二电容C22的一端相连，第二十一电容C21、第二十二电容C22的另一端与电源地相连，第十八电阻R18与第十九电阻R19的另一端与采集芯片处理模块电路U1的第11引脚相连；所采集的三相电压中B、C两相电压采集处理电路接法与A相电压采集处理电路相同。主回路三相电压采集处理电路10主要实现对智能永磁接触器的主回路的三相电压的采集处理后变为0.5V左右的电压信号以便接入采集芯片处理模块13的电压输入端。 

如图4所示，本发明的主回路三相电流采集处理电路11包括通过外接电流互感器采集主回路的三相电流，通过智能永磁接触器本体上的航空插座Current Interface接口与三相电流采集处理电路11相连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过第四电阻R4、第五电阻R5后接入采集芯片处理模块13的电流输入端口即采集芯片处理模块电路U1的第3引脚与第4引脚，第四电阻R4的一端分别与第十三电容C13、第二电阻R2的一端相连，第五电阻R5的一端分别与第三电阻R3、第十四电容C14的一端相连，第十三电容C13、第十四电容C14的另一端与电源地相连，第二电阻R2与第三电阻R3的另一端与采集芯片处理模块电路U1的第11引脚相连。所采集的主回路的三相电流中B、C两相电流采集处理电路接法与A相电流采集处理电路相同。智能永磁接触器的主回路三相电流采集处理电路11中的三相电流互感器通过CurrentInterface的四线插座口来实现三相电流的采集，通过主回路的三相电流采集处理电路11处理后变为0.1V左右的电压信号以便接入芯片处理模块13的电流输入端。 

如图5所示，本发明的零序电流采集处理电路12包括通过外接零序电流互感器采集零序电流，通过智能永磁接触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路12相连接，所采集的零序电流分别经过第十六电阻R16、第十七电阻R17后接入采集芯片处理模块13的零序电流输入端口即采集芯片处理模块电路U1的第21引脚与第22引脚，第十六电阻R16的一端分别与第十九电容C19、第十四电阻R14的一端相连，第十七电阻R17的一端分别与第十五电阻R15、第二十电容C20的一端相连，第十九电容C19、第二十电容C20的另一端与电源地相连，第十四电阻R14与第十五电阻R15的另一端与采集芯片处理模块电路U1的第11引脚相连。 

如图6所示，本发明的采集芯片处理模块电路是以采集处理芯片ATT7022BU为核心。芯片ATT7022BU是一颗高精度的采集处理芯片，内部集成了7路16位A/D转换器，芯片内部提供  了一个SPI接口，方便与外部MCU之间进行参数的传递与交换。芯片ATT7022BU的第1引脚分别与第六电容C6、第一电阻R1、微处理器7工作电源VCC相连，构成芯片ATT7022BU的复位电路。第七电容C7、第八电容C8并联后与芯片ATT7022BU的第5引脚相连，构成芯片输出的基准2.4V电压。芯片ATT7022BU的第12引脚、第18引脚分别经过第十一电容C11、第十二电容C12与地相连，另一端与微处理器7工作电源VCC相连，为芯片ATT7022BU内部模拟电路提供可靠的工作电源。芯片ATT7022BU的第42与43引脚与晶振Y1、第一电容C1、第二电容C2相连，作为芯片工作的时钟电路。芯片ATT7022BU的第3引脚、第4引脚、第6引脚、第7引脚、 第9引脚、第10引脚分别与主回路三相电流采集处理电路11的对应的三相电流相连接，作为三相电流的输入通道。芯片ATT7022BU的第34引脚、第41引脚与微处理器7工作电源VCC相连，为芯片提供工作电源。芯片ATT7022BU的第13引脚、第14引脚、第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚分别与主回路三相电压采集处理电路10的对应的三相电压相连接，作为三相电压的输入通道。芯片ATT7022BU的第21引脚、第22引脚分别与零序电流采集处理电路12的对应的零序电流相连接，作为零序电流的输入通道。芯片ATT7022BU的第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚分别与图7中的微处理器7中的第11引脚、第23引脚、第21引脚、第22引脚相连，用于与芯片ATT7022BU的之间的片选、时钟及读写通道。 

如图7所示，本发明的微处理器7，包括单片机以及单片机和智能永磁接触器本体上的RS232的标准DB9接口的连接图，标准的DB9接口为智能永磁接触器与液晶显示操作模块8的连接接口，本发明的微处理器选择了型号为STC89C58RD+的单片机，该型号的单片机具有超强抗干扰、高速、低功耗的特点，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。该单片机内部资源丰富，有3个16位定时器/计数器，ISP在系统可编程和IAP在应用可编程功能，EEPROM功能和内置看门狗功能。 

如图8所示，本发明的通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器图，主要由通信协议芯片SPC3 91、第一光电隔离总线驱动器92组成，包括由通信协议芯片SPC3的第27引脚通过第四十电阻R40与第四高速光耦U4的第2引脚相连，第四高速光耦U4的第6引脚通过非门U11、第四十二电阻R42与总线驱动芯片U7的第3引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第30引脚与第五高速光耦U5的第6引脚相连，第五高速光耦U5的第3引脚通过第四十四电阻R44与总线驱动芯片U7的第1引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片U3的第26引脚通过第四十六电阻R46与第六高速光耦U6的第3引脚相连，第六高速光耦U6的第6引脚与总线驱动芯片U7的第4引脚相连。其中通信协议芯片U3其型号为SPC3，第四高速光耦U4、第五高速光耦U5、第六高速光耦U6采用的型号为6N137，总线驱动芯片U7其型号为SN75176BP。通信协议芯片SPC3是SIEMENS公司研制开发的一种用于开发PROFIBUS-DP从站的智能通信集成芯片，集成了完整的PROFIBUS-DP协议，包括其中的介质存取控制(MAC)和现场总线数据链路(FDL)两层。SPC3可独立完成全部PROFIBUS-DP通信功能，这样可以加速通信协议的执行，承担通信部分的微处理器负载，实现PROFIBUS-DP从站通信处理，大大减少接口模块微处理器中的软件程序。由于PROFIBUS-DP总线传输速率最大可以达到12Mbit/s，所以光耦和总线驱动器均选用了高速器件，光耦用于隔离系统内部电路到总线间的干扰，本发明选用的6N137高速光耦，具有较好的开关特性，从而保证光耦隔离输入端和输出端的电平高低一致。PROFIBUS-DP总线的最大通信速率为12M，6N137的速度为10M，已经能够满足大多实际系统的要求。本发明中的总线驱动芯片选用了高速的SN75176BP。SN75176BP用于RS-485通信，并满足PROFIBUS规范，传输速率最大可达35Mbit/s。 

如图9所示，本发明的第二光电隔离总线驱动器图，通信模块9中第二光电隔离总线驱动器93由微处理器7中的第5引脚、第6引脚、第7引脚分别通过第二光电隔离总线驱动器93电路中的第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10与第二光电隔离总线驱动器93电路中的总线驱动芯片U11相连，其中第八光耦U8、第九光耦U9、第十光耦U10采用的型号为TIL181，总线驱动芯片U11其型号为SN75176BP。MODBUS现场总线的通信速率相对较低一些，因此应用 普通光耦即可实现其通信速率。 

如图10所示，本发明的通信接口输出电路94，包括由通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中的总线驱动芯片U7的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关S7的第2引脚、第4引脚，第二光电隔离总线驱动器电路中总线驱动芯片U11的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关S7的第1引脚、第3引脚，拨码开关S7的第7引脚、第8引脚相连，第5引脚、第6引脚相连后，再分别通过第五十六电阻R56、第五十四电阻R54输出远程通信接口的正端与负端。本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器具有两路远程通信接口，实现了数据的双向通信功能，第一路由通信协议芯片SPC3 91、第一光电隔离总线驱动器92、通信接口输出电路94组成，接入PROFIBUS-DP现场总线回路系统，通信模块中第二路由第二光电隔离总线驱动器93、通信接口输出电路94组成，接入MODBUS现场总线回路系统。这两路现场总线通信接口通过通信接口输出电路来实现选择，用户可以根据现场需要通过拨码开关来设置任意选择其中任一路远程通信接口。 

如图11所示，本发明的液晶显示操作模块8，包括液晶显示操作模块8以单片机89C52为核心，单片机89C52的P0口通过上拉电阻RP2分别与LCD显示屏的第9引脚、第10引脚、第11引脚、第12引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚相连，单片机89C52的P1口的引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5通过上拉电阻RP1分别与按键S1、S2、S3、S4、S5、S6的相连；上拉电阻RP1的第1引脚通过第五十八电阻R58分别与接插件J1、LCD显示屏的第17引脚相连，接插件J1的第2引脚分别与三极管Q1的集电极、LCD显示屏的第18引脚相连；微处理器的工作电源VCC通过第五十九电阻R59分别与三极管Q1的基极、单片机89C52的P1.6相连，微处理器的工作电源VCC通过可调电阻R60与三极管Q1的发射极、地相连；可调电阻R60的可调端与LCD显示屏的第3引脚相连；单片机89C52的第11引脚、第13引脚分别与串口通信芯片U12的第11引脚、第12引脚相连，串口通信芯片U12的第14引脚、第13引脚分别与RS232标准的DB9接口的第2引脚、第3引脚相连，RS232标准的DB9接口的第5引脚、第9引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连，串口通信芯片U12采用MAX232CPE；单片机89C52的第16引脚、第17引脚分别与LCD显示屏的第8引脚、第7引脚相连，单片机89C52的第18引脚、第19引脚分别与LCD显示屏的第5引脚、第6引脚相连；单片机89C52的P2口的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4分别与LED灯的D1、D2、D3、D4、D5的阴极相连，LED灯的D1、D2、D3、D4、D5的阳极分别通过第六十三电阻R63、第六十四电阻R64、第六十五电阻R65、第六十六电阻R66、第六十七电阻R67与微处理器的工作电源VCC相连；单片机89C52的P2口的P2.7与LCD显示屏的第4引脚相连；LCD显示屏的第2引脚、第1引脚分别与地、微处理器的工作电源VCC相连。液晶显示操作模块8是独立于智能永磁接触器本体外的显示操作模块，它与智能永磁接触器之间是通过RS232标准的DB9接口的串口线来实现参数的数据传递，采用液晶显示操作模块8主要用来方便用户在现场维护或检修设备时对智能永磁接触器的现场按键控制、运行参数或故障参数的测量、显示、故障的复位以及进行保护参数的设置，保护参数的设置包括设置电器设备或电动机的额定电流值，低电流故障值、低电流故障延时时间值、低电压/过电压故障值、低电压/过电压故障延时时间值、堵转故障值、堵转故障延时时间值、启动超时故障延时时间值、接地故障值、接地故障延时时间值。同时各种保护可以设置为报警或跳闸两种保护权限。液晶显示操作模块8上设有6个按键即为合闸键、分闸键、复位键、确认键、加键和减键，6个按键用来在现场合分闸智能永磁接触器、复位智能接触器的故障信号和设置永 磁接触器的保护数据。同时设有一块128×64的点阵液晶显示屏和5个LED显示灯，点阵液晶显示屏用来测量显示现场运行的智能永磁接触器、电器设备或电动机的电流、电压、功率、功率因数、电能、漏电流以及报警、跳闸状态数据，5个LED显示灯分别为D1、D2、D3、D4和D5，D1为合闸灯，D2为分闸灯，D3为故障灯，D4为远程通信灯，D5为现场就近控制灯。当在现场利用液晶显示操作模块8控制智能永磁接触器的合闸则D1灯亮，当控制智能永磁接触器的分闸时则分闸灯亮，如果在现场运行的电器设备或电动机出现故障时，如果故障为报警则液晶显示操作模块8上的D3灯闪烁，如果故障为跳闸则D3灯长亮。当液晶显示操作模块8上的远程通信灯D4亮时，说明目前现场的智能永磁接触器处于远程控制状态。当液晶显示操作模块8上的D5灯亮时，说明目前现场的智能永磁接触器处于现场就近控制状态。如果远程通信灯D4和现场就近控制灯D5都不亮时，说明此时属于按键控制状态，此时液晶显示操作模块8上的按键控制有效。在同一时间内三种控制状态只有一种控制状态有效。 

如图12所示，本发明的开关量输入电路14，包括通过智能永磁接触器本体上接线端子接入开关量输入信号，然后分别通过第六十八电阻R68、第六十九电阻R69后分别与第十四光耦U14、第十五光耦U15相连，第十四光耦U14、第十五光耦U15输出端分别接入微处理器7的第44引脚与第43引脚。第十四光耦U14、第十五光耦U15采用型号为TLP521的光耦。两个开关量输入及开关量输入1、开关量输入2和两个开关量输入公共端，其中开关量输入1为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的合闸控制，开关量输入2为现场就近控制方式下的智能永磁接触器的分闸控制。通过智能永磁接触器的开关量输入电路14就可以在现场通过按钮接入开关量输入端子中来实现对智能永磁接触器的合闸与分闸控制。 

如图13所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的主程序流程图，程序中采用了模块化的程序设计思想，包括数据处理模块、按键处理模块、显示处理模块、保护模块、监控模块、通信模块等主要六个部分的模块程序。程序全部采用C语言编写，具有效率高可移植性强的优点。 

如图14所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的保护模块子程序流程图，主回路三相电压采集处理电路10、主回路三相电流采集处理电路11和零序电流采集处理电路12通过对电器设备或电动机的三相电流、三相电压采集和漏电电流采集，通过采集芯片处理模块13处理后输入到微处理器7中，微处理器7通过程序软件算法来计算判断各种保护动作，如果所保护的电器设备或电动机出现故障，则智能永磁接触器上的故障灯亮，如保护动作权限为报警则故障灯闪烁，此时智能永磁接触器不会动作。但如果保护动作权限为跳闸则故障灯一直亮，同时微处理器7通过控制模块3在所设置的故障延时时间到后使智能永磁接触器实现分闸，使保护的电器设备或电动机停止运行。如图15所示，本发明的可远程通信智能保护式永磁接触器的通信模块9中MODBUS现场总线通信子程序流程图以及如图16所示，本发明的通信模块9中PROFIBUS-DP现场总线通信子程序流程图。通信模块9中设有两路现场总线通信接口，第一路现场总线接口主要采用通信协议芯片SPC3、高速光耦隔离以及RS485总线驱动器来实现PROFIBUS-DP的现场总线通信，第二路现场总线接口主要采用普通光耦隔离以及RS485总线驱动器来实现MODBUS的现场总线通信，这两路现场总线通信接口接入现场总线回路系统中，然后由现场总线回路接入上位机监控系统中。这两路现场总线通信接口可以根据现场需要由用户通过拨码开关来设置选择所需要的其中任一路现场总线通信接口。通信模块主要用来实现智能永磁接触器与上位机监控系统之间数据的双向传输和远程控制。 

Claims (9)

1.一种可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于该接触器中，交流电源(1)、整流滤波电路(2)、控制模块(3)、线圈(4)、储能电容(5)顺序串联连接；主回路三相电压采集处理电路(10)、主回路三相电流采集处理电路(11)、零序电流采集处理电路(12)的输出端分别与采集芯片处理模块(13)的输入端连接；电源模块(6)、采集芯片处理模块(13)、开关量输入电路(14)的输出端分别连接微处理器(7)的输入端，微处理器(7)的输出端连接控制模块(3)的输入端，液晶显示操作模块(8)、通信模块(9)中的通信协议芯片(91)和第二光电隔离总线驱动器(93)与微处理器(7)双向连接；电源模块(6)的输入端接交流电源(1)，电源模块(6)的输出端分别连接采集芯片处理模块(13)、开关量输入电路(14)、液晶显示操作模块(8)、通信模块(9)的输入端；通信模块(9)中的通信协议芯片(91)与第一光电隔离总线驱动器(92)双向连接，第一光电隔离总线驱动器(92)、第二光电隔离总线驱动器(93)分别与通信接口输出电路(94)双向连接，通信接口输出电路(94)与现场总线回路(15)双向连接。

2.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于主回路三相电压采集处理电路(10)所采集的三相电压中A相电压经过第三十三电阻(R33)与互感器(T1)初级相连，互感器(T1)的次级分别经过第二十电阻(R20)、第二十一电阻(R21)后接入采集芯片处理模块ATT022BU的电压输入端口即采集芯片处理模块电路(U1)的第13引脚与第14引脚，第二十二电阻(R22)并联于互感器(T1)的两端，第二十电阻(R20)的一端分别与第二十一电容(C21)、第十八电阻(R18)的一端相连，第二十一电阻(R21)的一端分别与第十九电阻(R19)、第二十二电容(C22)的一端相连，第二十一电容(C21)、第二十二电容(C22)的另一端与电源地相连，第十八电阻(R18)与第十九电阻(R19)的另一端与采集芯片处理模块电路(U1)的第11引脚相连；所采集的主回路三相电压中B、C两相电压采集处理电路接法与A相电压采集处理电路相同。

3.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于主回路三相电流采集处理电路(11)通过外接电流互感器采集主回路的三相电流，通过智能永磁接触器本体上的航空插座Current Interface接口与主回路三相电流采集处理电路(11)相连接，所采集的主回路三相电流中的A相电流分别经过第四电阻(R4)、第五电阻(R5)后接入采集芯片处理模块(13)的电流输入端口即采集芯片处理模块电路(U1)ATT7022BU的第3引脚与第4引脚，第四电阻(R4)的一端分别与第十三电容(C13)、第二电阻(R2)的一端相连，第五电阻(R5)的一端分别与第三电阻(R3)、第十四电容(C14)的一端相连，第十三电容(C13)、第十四电容(C14)的另一端与电源地相连，第二电阻(R2)与第三电阻(R3)的另一端与采集芯片处理模块电路(U1)的第11引脚相连；所采集的主回路的三相电流中B、C两相电流采集处理电路接法与A相电流采集处理电路相同。

4.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于零序电流采集处理电路(12)通过外接零序电流互感器采集零序电流，通过智能永磁接触器本体上的接线端子与零序电流采集处理电路(12)相连接，所采集的零序电流分别经过第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)后接入采集芯片处理模块(13)的零序电流输入端口即采集芯片处理模块电路(U1)ATT7022BU的第21引脚与第22引脚，第十六电阻(R16)的一端分别与第十九电容(C19)、第十四电阻(R14)的一端相连，第十七电阻(R17)的一端分别与第十五电阻(R15)第二十电容(C20)的一端相连，第十九电容(C19)、第二十电容(C20)的另一端与电源地相连，第十四电阻(R14)与第十五电阻(R15)的另一端与采集芯片处理模块电路(U1)的第11引脚相连。

5.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于通信模块(9)中第一光电隔离总线驱动器(92)包括由通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片(U3)的第27引脚通过第四十电阻(R40)与第四高速光耦(U4)的第2引脚相连，第四高速光耦(U4)的第6引脚通过非门(U11)、第四十二电阻(R42)与总线驱动芯片(U7)的第3引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片(U3)的第30引脚与第五高速光耦(U5)的第6引脚相连，第五高速光耦(U5)的第3引脚通过第四十四电阻(R44)与总线驱动芯片(U7)的第1引脚相连；通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中通信协议芯片(U3)的第26引脚通过第四十六电阻(R46)与第六高速光耦(U6)的第3引脚相连，第六高速光耦(U6)的第6引脚与总线驱动芯片(U7)的第4引脚相连；其中通信协议芯片(U3)其型号为SPC3，第四高速光耦(U4)、第五高速光耦(U5)、第六高速光耦(U6)采用的型号为6N137，总线驱动芯片(U7)其型号为SN75176BP。

6.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于通信模块(9)中第二光电隔离总线驱动器(93)由微处理器STC89C58RD+中的第5引脚、第6引脚、第7引脚分别通过第二光电隔离总线驱动器(93)电路中的第八光耦(U8)、第九光耦(U9)、第十光耦(U10)与第二光电隔离总线驱动器(93)电路中的总线驱动芯片(U11)相连，其中第八光耦(U8)、第九光耦(U9)、第十光耦(U10)采用的型号为TIL181，总线驱动芯片(U11)其型号为SN75176BP。

7.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于通信接口输出电路(94)包括由通信协议芯片与第一光电隔离总线驱动器电路中的总线驱动芯片SN75176BP的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关(S7)的第2引脚、第4引脚，第二光电隔离总线驱动器电路中总线驱动芯片SN75176BP的第6引脚、第7引脚分别连接到拨码开关(S7)的第1引脚、第3引脚，拨码开关(S7)的第7引脚、第8引脚相连，第5引脚、第6引脚相连后，再分别通过第五十六电阻(R56)、第五十四电阻(R54)输出远程通信接口的正端与负端。

8.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于通信模块(9)包括两路远程通信接口，第一路远程通信接口由通信协议芯片(91)、第一光电隔离总线驱动器(92)组成，第二路远程通信接口由第二光电隔离总线驱动器(93)组成；两路远程通信接口通过通信接口输出电路(94)的选择接入现场总线回路(15)中，通过现场总线回路(15)接入上位机监控系统中。

9.根据权利要求1所述的可远程通信智能保护式永磁接触器，其特征在于开关量输入电路(14)包括通过智能永磁接触器本体上接线端子接入开关量输入信号，然后分别通过第六十八电阻(R68)、第六十九电阻(R69)后分别与第十四光耦(U14)、第十五光耦(U15)相连，第十四光耦(U14)、第十五光耦(U15)输出端分别接入微处理器(7)STC89C58RD+的第44引脚与第43引脚；第十四光耦(U14)、第十五光耦(U15)采用型号为TLP521的光耦。

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