CN101882780B - 一种罐式断路器储能电机智能控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种罐式断路器储能电机智能控制模块，包括固态继电器、功率继电器、电流传感器、电源模块和ARM芯片模块，所述固态继电器和功率继电器的控制端以及电流传感器的信号输出端分别与ARM芯片模块连接，所述电源模块为ARM芯片模块提供电源，所述ARM芯片模块以ARM微处理器为控制核心。本发明利用电力电子技术、嵌入式技术完成了对断路器储能电机的智能控制，克服了原有技术安装分散、接线多、参数不可见且不便调控等缺点，适应了智能电网的需求。其不但体积小、接线简单，而且智能化程度高、操作控制简单方便，用户可以在现场操作面板上进行操作，也可以通过计算机进行远程监测与控制。

Description

一种罐式断路器储能电机智能控制模块

技术领域

本发明属于储能电机的控制技术领域，涉及一种储能电机智能控制模块，尤其是一种罐式断路器储能电机智能控制模块。

背景技术

断路器是发电厂及变电所用来接通或断开电路的重要电气设备之一，尤其是在电力系统发生短路故障时，通过断路器迅速动作将故障点切除。断路器工作性能好坏除了与本身的电气、机械、绝缘等性能有关外，还与其控制、保护及二次回路接线是否完善合理有很大关系。随着智能电网工作的逐步深入，要求变电站中断路器结构紧凑、体积小、占地省、安装快且便于故障检修，同时对断路器的各种参量要求能够可监测和可控制，那么对于断路器的控制、保护及二次回路的接线也就要相应做一定的改进。现有的罐式断路器储能电机控制回路一般由辅助继电器、电动机热继电器触点、合闸弹簧储能限位开关触点、储能接触器、和储能接触器延时继电器触点组成。整个回路存在以下缺点：元器件安装分散，电路集成度较低且现场接线多；使用机械方式进行电机运转超时保护和热继电器的过流保护，这就存在电机运转超时时间和热继电器过流值的调节不方便，不准确；无法实时监测储能电机特性及控制回路的完好性，可靠性低等诸多缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种罐式断路器储能电机智能控制模块，该种智能控制模块利用电力电子技术、嵌入式技术完成对断路器储能电机的智能控制，能够克服原有技术安装分散、接线多、参数不可见且不便调控等缺点，适应了智能电网的需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：这种罐式断路器储能电机智能控制模块，包括固态继电器、功率继电器、电流传感器、电源模块和ARM芯片模块，所述固态继电器和功率继电器的控制端以及电流传感器的信号输出端分别与ARM芯片模块连接，所述电源模块为ARM芯片模块提供电源，所述ARM芯片模块以ARM微处理器为控制核心。

上述ARM芯片模块包括ARM微处理器以及分别与ARM微处理器连接的按键模块、显示模块、通信接口和端子排。

上述按键模块由第一、二按键和第五、六电阻组成；所述第一、二按键的一端相互连接后接地，第一、二按键的另一端分别通过第六、五电阻连接到电源上，且第一、二按键的另一端还与ARM微处理器连接。

上述显示模块包括LED显示模块和数码管显示模块，所述LED显示模块包括四个LED，所述四个LED的正极端相互连接后接到5V电源上，四个LED的负极端分别通过电阻连接到ARM微处理器上；所述数码管显示模块包括三个数码管以及与三个数码管连接的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片是SN74LS373DW，数码管驱动芯片与ARM微处理器连接。

上述通信接口选择RS485。

本发明具有以下有益效果：1)体积小：控制回路由固态继电器、辅助继电器、电流传感器、ARM芯片及其外围电路构成，这些器件本身体积小，因此本发明体积也大大降低。

2)接线简单：本发明将储能电机的控制回路模块化，在应用于工业现场时，其接线接单方便。

3)智能化程度高：利用嵌入式技术，实现了控制模块的智能化和网络化，通过对ARM芯片的读写操作来接受用户发出的操作指令、实现对固态继电器和辅助继电器的开合操作、采样控制回路的电流信息、调节过载电流和超时时间、显示电机的工作状态及是否过载或超时并上传这些信息。

4)操作控制简单方便：用户可以在现场操作面板上进行操作，也可以通过计算机进行远程监测与控制。

附图说明

图1为本发明的连接各部分的连接示意图；图2为本发明的智能控制模块的面板功能按钮示意图；图3为本发明的ARM芯片模块4的电路图；图4为图3中按键模块电路图；图5为图3中数码管显示模块103B的电路图；图6为图3中LED显示模块103A的电路图；图7为图3中的通信接口104的电路图；图8为图3中的端子排105的电路图。

其中：1为固态继电器；2为功率继电器；3为电流传感器；4为ARM芯片模块；5为电源模块；101为ARM微处理器；102为按键模块；103为显示模块；104为通信接口；105为端子排；6为电源开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1，本发明的这种罐式断路器储能电机智能控制模块，包括固态继电器1、功率继电器2、电流传感器3、电源模块5和ARM芯片模块4。其中ARM芯片模块4以ARM微处理器为控制核心。它们的连接关系是：固态继电器1和功率继电器2的控制端以及电流传感器3的信号输出端分别与ARM芯片模块4连接，电源模块5为ARM芯片模块4提供电源。固态继电器1和功率继电器2这两个继电器用于控制回路的闭合，电流传感器3用来检测流过控制回路的电流，ARM芯片模块4为控制回路的核心部分。

参见图3：ARM芯片模块4包括ARM微处理器101以及分别与ARM微处理器101连接的按键模块102、显示模块103、通信接口104和端子排105。

参见图4：按键模块102由第一、二按键S1、S2和第五、六电阻R5、R6组成；所述第一、二按键S1、S2的一端相互连接后接地，第一、二按键S1、S2的另一端分别通过第六、五电阻R6、R5连接到电源上，且第一、二按键S1、S2的另一端还与ARM微处理器101连接。第一、二按键S1、S2主要用来设置超时时间和电流阈值，当第一按键S1按下时，ARM微处理器101的IO端口SWITCH1输入低电平，当第二按键S2按下时，ARM微处理器101的IO端口SWITCH2输入低电平，无按键按下时，两个端口输入高电平，ARM微处理器101通过读取端口信息，可以判断是否有按键按下。

参见图5和图6：显示模块103包括LED显示模块103A和数码管显示模块103B。LED显示模块103A(如图6)包括四个LED，四个LED的正极端相互连接后接到5V电源上，四个LED的负极端分别通过电阻连接到ARM微处理器101上。四个LED用来显示四个状态信息。当需要LED亮时，让与此灯相连的ARM微处理器101的IO端口输出低电平即可点亮LED，DS1对应电机过流状态，DS2对应电机超时状态，DS3对应系统状态，DS4对应通信状态。

数码管显示模块103B(如图5)包括三个数码管以及与三个数码管连接的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片是SN74LS373DW，数码管驱动芯片与ARM微处理器101连接。三个数码管用来显示设定的超时时间和电流阈值。ARM微处理器101的端口D0-D7输出数字0到9相应的7段译码，而端口OPT_LED1、OPT_LED2、OPT_LED3用来选择数码管。

参见图7和图3：通信接口104选择RS485或CAN总线。用来向远端传送信息，完成两地之间的通信。ARM微处理器101通过端口EN来确定发数据或是接受数据，通过端口RXD来接受数据，通过端口TXD来发送数据。ADM487的A和B口与总线相连，用于和远端通信。

参见图8图3：本发明的端子排105共有十个结点，其功能为：X1、X2为启动命令输入，X3、X4、X5为过流、超时和系统状态输出，X6为公共端，X7、X8、X9为开入量输入，作为互锁逻辑输入，X10为公共端。低电平有效，例如，要输入启动命令，只需给JP端子排X1口输入低电平，ARM读取X1端口信息为低电平，则启动电机工作，若无命令输入，则ARM端口X1一直保持高电平，同理控制回路过流时，ARM的X3端口输出低电平，用户检测JP的X3端口，得到低电平信息，则知控制回路过流了，若无过流现象，则X3端口一直保持高电平。

图2是本发明的面板功能按钮示意图：包括两个按键、三位数码管、一个通信接口、四个状态显示灯、一个电源开关、一个驱动电源输入端口、一个驱动电源输出端口及一个端子排。其中，端子排的定义如下：X1、X2为启动命令输入；X3、X4、X5为过流、超时和系统状态输出，X6为公共端；X7、X8、X9为开入量输入，作为互锁逻辑输入，X10为公共端。电源开关6控制电源的通断。

综上所述，本发明为保证电力系统的安全稳定，断路器能够快速可靠的切除故障，提出的该种断路器储能电机智能控制模块优点在于：其将储能电机的控制电路模块化可以简化现场接线，提高电路集成化程度，不仅接线简单(二进二出)、体积小、而且过载电流和超时时间可调；并且本发明能够对储能电机特性进行连续实时监测，为故障的分析如储能电动机不启动、弹簧储能不到位等提供了有力分析依据；热继电器过流值和电机运转超时时间参数具有离散性，此模块能够做到参数可设置，随时调节，适应于不同断路器的储能电机回路控制需求，同时具备远端监测与控制；优化了罐式断路器储能电机的控制回路，简化接线，在复杂的强电磁干扰情况下，提高罐式断路器设备运行的可靠性和安全性，能显著提升罐式断路器的智能化、数字化水平。

Claims (4)

1.一种罐式断路器储能电机智能控制模块，包括固态继电器（1）、功率继电器（2）、电流传感器（3）和电源模块（5），其特征在于：还包括有ARM芯片模块（4），所述固态继电器（1）和功率继电器（2）的控制端以及电流传感器（3）的信号输出端分别与ARM芯片模块（4）连接，所述电源模块（5）为ARM芯片模块（4）提供电源，所述ARM芯片模块（4）以ARM微处理器为控制核心；所述ARM芯片模块（4）包括ARM微处理器（101）以及分别与ARM微处理器（101）连接的按键模块（102）、显示模块（103）、通信接口（104）和端子排（105）；所述按键模块（102）由第一、二按键（S1、S2）和第五、六电阻（R5、R6）组成；所述第一、二按键（S1、S2）的一端相互连接后接地，第一、二按键（S1、S2）的另一端分别通过第六、五电阻（R6、R5）连接到电源上，且第一、二按键（S1、S2）的另一端还与ARM微处理器（101）连接。

2.根据权利要求1所述的罐式断路器储能电机智能控制模块，其特征在于：所述显示模块（103）包括LED显示模块（103A）和数码管显示模块（103B），所述LED显示模块（103A）包括四个LED，所述四个LED的正极端相互连接后接到5V电源上，四个LED的负极端分别通过电阻连接到ARM微处理器（101）上；所述数码管显示模块（103B）包括三个数码管以及与三个数码管连接的数码管驱动芯片，所述数码管驱动芯片是SN74LS373DW，数码管驱动芯片与ARM微处理器（101）连接。

3.根据权利要求1所述的罐式断路器储能电机智能控制模块，其特征在于：所述通信接口（104）选择RS485。

4.根据权利要求1所述的罐式断路器储能电机智能控制模块，其特征在于：所述ARM微处理器（101）的型号为AT91RM9200。 

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