CN103036554B - 一种开关量信号转换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关量信号转换装置，包括：接收至少一个开关量输入信号，并将开关量输入信号转换为开关的电信号，依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断的开关量信号转换控制模块；隔离驱动开关量信号输出模块，使开关量输出模块输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号的第一光电隔离耦合器。本发明还公开了一种开关量信号转换方法。通过本发明公开的装置及方法，由于使用具有开关速度快，开关信号输出无抖动等优点的光隔离继电器，可以实现开关量输入信号和开关量输出信号同步响应，相互之间延时小，响应快速，达到数字实时仿真的要求。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，更具体的说，是涉及一种开关量信号转换装置及方法。
背景技术
电力系统在进行继电保护数字仿真研究时，电力数字仿真系统和继电保护系统之间由数量信号及种类众多的开关量信号相连。开关量信号包括开关量输入信号和开关量输出信号。其中，电力数字仿真系统的开关量输入信号通过开关量信号装置转换给继电保护装置，继电保护装置的开关量输出信号通过开关量信号转换装置转换给电力数字仿真系统。
电力仿真系统的开关量输入信号和继电保护系统开关量输出信号之间的对应关系比较复杂，有一对一或者一对多，同相和反相逻辑等关系。同时，开关量输入信号和开关量输出信号有多种信号：有干接点，光耦信号。
在现有技术中，开关量信号转换装置功能比较单一，一般是由干接点转为干接点，或是将电平信号转换为干接点，转换功能单一，转换器件常用电磁式继电器，转换时间在数十毫秒级，转换速度慢，达不到数字实时仿真的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种开关量信号转换装置及方法，以克服现有技术中，开关量信号转换装置转换速度慢，达不到数字实时仿真的要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种开关量信号转换装置，包括：
依次连接的开关量信号转换控制模块、第一光电隔离耦合器和开关量信号输出模块；
接收至少一个开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为开关的电信号，依据所述开关的电信号驱动所述第一光电隔离耦合器通断的所述开关量信号转换控制模块；
隔离驱动所述开关量信号输出模块，使所述开关量输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号的所述第一光电隔离耦合器。
优选地，所述开关量信号转换控制模块包括，
第一输出端与所述第一光电隔离耦合器的第一输入端相连，第二输出端与恒流驱动电路的输入端相连，接收至少一个所述开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为所述开关的电信号的开关量信号转换控制电路；
输入端与所述开关量信号转换控制电路的第二输出端相连，输出端与所述第一光电隔离耦合器的第二输入端相连，依据所述开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断的恒流驱动电路；
和，输出端与所述开关量信号转换控制电路的第一输入端相连，为所述开关量信号转换电路供电的第一电源。
优选地，所述开关量信号输出模块包括，
输入端与所述第一光电隔离耦合器的第一输出端相连，为光电隔离继电器供电的第二直流电源。
优选地，所述开关量信号输出模块包括，
第一输入端与所述第二直流电源的第一输出端相连，第二输入端与所述第二光电隔离耦合器的第一输出端相连，由至少一个所述光电隔离继电器依次串联组成的同相光电隔离继电器模块，所述同相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
优选地，所述开关量信号输出模块包括，
输入端与所述第一光电隔离耦合器的第二输出端相连，第一输出端连接所述同相光电隔离继电器模块，第二输出端连接所述反相光电隔离继电器模块，对所述开关量输入信号进行反相的第二光电隔离耦合器。
优选地，所述开关量信号输出模块包括，第一输入端与所述第二直流电源的第二输出端相连，第二输入端与所述第二光电隔离耦合器的第二输出端相连，由至少一个所述光电隔离继电器依次串联组成的反相光电隔离继电器模块，所述反相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的反相开关量输出信号。
一种开关量信号转换方法，包括：
开关量信号转换控制模块接收至少一个开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为开关的电信号，恒流驱动电路依据所述开关的电信号驱动所述第一光电隔离耦合器通断；
所述第一光电隔离耦合器隔离驱动所述开关量信号输出模块，使所述开关量输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号。
优选地，所述开关量输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号，包括，
由至少一个所述光电隔离继电器依次串联组成的同相光电隔离继电器模块，所述同相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
优选地，所述开关量输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号，包括，
第二光电隔离耦合器对接收到的所述开关量输入信号进行反相；
由至少一个所述光电隔离继电器依次串联组成的反相光电隔离继电器模块，所述反相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的反相开关量输出信号。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种开关量信号转换装置及方法，依次连接的开关量信号转换控制模块、第一光电隔离耦合器和开关量信号输出模块；接收至少一个开关量输入信号，并将开关量输入信号转换为开关的电信号，依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断的开关量信号转换控制模块；隔离驱动开关量信号输出模块，使开关量输出模块输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号的第一光电隔离耦合器。由于使用具有开关速度快，开关信号输出无抖动等优点的光隔离继电器，可以实现开关量输入信号和开关量输出信号同步响应，相互之间延时小，响应快速，达到数字实时仿真的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为发明实施例一公开了一种开关量信号转换装置结构示意图；
图2为发明实施例二公开了一种开关量信号转换装置结构示意图；
图3为发明实施例三公开了一种开关量信号转换方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一公开了一种开关量信号转换装置，包括，依次连接的开关量信号转换控制模块11、第一光电隔离耦合器12和开关量信号输出模块13；
接收至少一个开关量输入信号，并将开关量输入信号转换为开关的电信号，依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器12通断的开关量信号转换控制模块11。
需要说明的是，开关量信号转换控制模块11包括，
第一输出端与第一光电隔离耦合器12的第一输入端相连，第二输出端与恒流驱动电路112的输入端相连，接收至少一个开关量输入信号，并将开关量输入信号转换为开关的电信号的开关量信号转换控制电路111；
输入端与开关量信号转换控制电路111的第二输出端相连，输出端与第一光电隔离继电器12的第二输入端相连，依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器12通断的恒流驱动电路112；
和，输出端与开关量信号转换控制电路111的第一输入端相连，为开关量信号转换电路111供电的第一电源113。
其中，开关量输入信号包括干接点、光耦、电平信号等信号。
在实际使用过程中，开关量信号转换控制电路111的能够将干接点、光耦、电平信号等开关量输入信号转换为开关的电信号，电平信号输入范围为0-300VDC，正负极性不限，开关量转换控制电路都能兼容。
同样的，恒流驱动电路112驱动范围宽，输入电压范围为0-300VDC，在输入电压范围内都能驱动第一光电隔离耦合器12通断。
隔离驱动开关量信号输出模块13，使开关量输出模块13输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号的第一光电隔离耦合器12。
需要说明的是，开关量信号输出模块13包括，同相光电隔离继电器131、第二光电耦合继电器132、反相光电隔离继电器133和第二直流电源134。
输入端与第一光电隔离耦合器12的第一输出端相连，为光电隔离继电器供电的第二直流电源134。
第一输入端与第二直流电源134的第一输出端相连，第二输入端与第二光电隔离耦合器132的第一输出端相连，由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的同相光电隔离继电器模块131，同相光电隔离继电器模块131输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
输入端与第一光电隔离耦合器12的第二输出端相连，第一输出端连接同相光电隔离继电器模块132，第二输出端连接反相光电隔离继电器模块133，对开关量输入信号进行反相的第二光电隔离耦合器132。
第一输入端与第二直流电源134的第二输出端相连，第二输入端与第二光电隔离耦合器132的第二输出端相连，由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的反相光电隔离继电器模块133，反相光电隔离继电器模块133输出与开关量输入信号对应的反相开关量输出信号。
需要说明的是，开关量输入信号和开关量输出信号的逻辑关系包括：同相逻辑输出和反相逻辑输出，因此开关量输出信号包括：与开关量输入信号同相的同相开关量输入信号和与开关量输入信号反相的反相开关量输入信号。
在本发明实施例一中，第一光电耦合继电器和第二光电耦合继电器均为快速光电耦合继电器，响应速度快，隔离耐压高。通过第一光电耦合器可以快速隔离开关量输入信号和开关量输出信号。第二光电耦合继电器可以快速实现开关量输入信号和开关量输出信号的逻辑反相。
同相光电隔离继电器模块和反相光电隔离继电器模块中的光电隔离继电器为高压隔离快速MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,金属-氧化层-半导体-场效晶体管）集成电路，光隔离电压高，开关速度快，输出耐压高，电流大，开关信号输出信号无抖动，克服了现有技术中电磁继电器机械触点抖动的缺陷。由光电隔离继电器实现多路开关量输出信号之间的相互隔离。
光电隔离MOSFET继电器和第二光电隔离耦合器串联由第一光电隔离耦合器驱动，达到开关量输入信号和开关量输出信号同步响应，相互之间延时小，响应快速，转换时间达到进行电力系统继电保护数字仿真研究的要求。
实施例二
在本发明实施例一的提供的一种开关量信号转换装置中，同相光电隔离继电器模块包括一个以上串联的光电隔离继电器，反相光电隔离继电器模块包括一个以上串联的光电隔离继电器。下面以同相光电隔离继电器包括3个串联的光电隔离继电器，反相光电隔离继电器包括1个光电隔离继电器为例，进行详细说明。
如图2所示，一种开关量信号转换装置，包括：开关量输入信号201、开关量信号转换控制电路202、第一光电隔离耦合器203、恒流驱动电路204、第一直流电源205、第二光电隔离耦合器206、第二直流电源207、第一光电隔离继电器208、第二光电隔离继电器209、第三光电隔离继电器210、第四光电隔离继电器211、第一开关量输出信号212、第二开关量输出信号213、第三开关量输出信号214和第四开关量输出信号215。
连接状态如下：
开关量信号转换控制电路202的第一输入端输入开关量输入信号201，开关量信号转换控制电路202的第二输入端连接第一直流电源205的输入端。开关量信号转换电路202的第一输出端连接第一光电隔离耦合器203的第一输入端，开关量信号转换电路202的第二输出端连接恒流驱动电路204的输入端。恒流驱动电路204的输出端连接第一光电隔离耦合器203的第二输入端。第一光电隔离耦合器203的第一输出端连接第二直流电源207的输入端，第二直流电源207的第一输出端连接依次串联的第一光电隔离继电器208、第二光电隔离继电器209和第三光电隔离继电器210。第一光电隔离继电器208的输出端输出第一开关量输出信号212；第二光电隔离继电器209的输出端输出第二开关量输出信号213；第三光电隔离继电器210的输出端输出第三开关量输出信号214；第三光电隔离继电器210的第二输入端连接第二光电耦合器216的第一输出端。216第二光电耦合器的第二输出端连接第四光电隔离继电器211的第二输入端，第四光电隔离继电器211的第一输入端连接第二直流电源207的第二输出端。第四光电隔离继电器211的输出端输出第四开关量输出信号215。
至少一个干接点、光耦和电平信号等开关量输入信号输入开关量信号转换控制电路202。开关量信号转换控制电路201将接收到的干接点、光耦和电平信号等开关量输入信号转换为开关的电信号。
其中，电平信号输入范围为0-300VDC，正负极性不限，开关量信号转换控制电路202都能兼容。
开关量信号转换控制电路202通过开关的电信号控制恒流驱动电路204驱动第一光电隔离耦合器203通断。
其中，第一直流电源207为开关量信号转换控制电路202供电。
恒流驱动电路204驱动范围宽，在输入的电压范围为0-300VDC时，均能驱动第一光电隔离耦合器203通断。
当第一光电隔离耦合器203导通时，第一光电隔离耦合器隔离驱动第一光电隔离继电器208、第二光电隔离继电器209、第三光电隔离继电器和第二光电隔离耦合器210。
第一光电隔离继电器208、第二光电隔离继电器209和第三光电隔离继电器210输出与开关量输入信号同相的开关量输出信号，同相的开关量输出信号包括：第一开关量输出信号212、第二开关量输出信号213和第三开关量输出信号214。
第二光电隔离耦合器206进行反相处理，并驱动第四光电隔离继电器211输出与开关量输入信号反相的第四开关量输出信号。
开关量输出信号包括至少一个干接点、光耦和电平信号等开关量输出信号。由此可以多路开关量输入信号对多种开关量输出信号的转换。
现对于现有技术需要配置多种类型的开关量转换装置，本发明实施例提供的一种开关量信号转换装置可以实现多路开关量输入信号对多种开关量输出信号的转换，减少了实验接线的工作量，降低接线难度，从而提高了进行电力系统继电保护数字仿真研究的实验效率。
实施例三
本发明实施例一提供了一种开关量信号转换装置，与之相对应，本发明实施例三提供了一种开关量信号转换方法。
步骤S101，开关量信号转换控制模块接收至少一个开关量输入电信号；
步骤S102，开关量信号转换控制模块并将开关量输入电信号转换为开关的电信号；
步骤是103，恒流驱动电路依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断；
步骤S104，第一光电隔离耦合器隔离驱动开关量信号输出模块，使开关量输出模块输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号。
在步骤S101中，开关量输入信号包括干接点、光耦、电平信号等信号。
在步骤S102中，恒流驱动电路与开关量信号转换控制电路连接，依据开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断；
其中，第一电源与恒流驱动电路串联，为恒流驱动电路供电。
在步骤S104中，由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的同相光电隔离继电器模块，同相光电隔离继电器模块输出与开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
第二光电隔离耦合器对开关量输入信号进行反相。
由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的反相光电隔离继电器模块，反相光电隔离继电器模块输出与开关量输入信号对应的反相开关量输出信号
其中，至少一个开关量输入电信号包括，电平信号；
电平信号的输入范围为0-300VDC。
恒流驱动电路驱动第一光电耦合器通断的输入电压范围为0-300VDC。
第一光电耦合继电器和第二光电耦合继电器均为快速光电耦合继电器，响应速度快，隔离耐压高。通过第一光电耦合器可以快速隔离开关量输入信号和开关量输出信号。第二光电耦合继电器可以快速实现开关量输入信号和开关量输出信号的逻辑反相。
光电隔离继电器和第二光电隔离耦合器串联由第一光电隔离耦合器驱动，达到开关量输入信号和开关量输出信号同步响应，相互之间延时小，响应快速。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种开关量信号转换装置，其特征在于，包括：
依次连接的开关量信号转换控制模块、第一光电隔离耦合器和开关量信号输出模块；
所述开关量信号转换控制模块用于接收至少一个开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为开关的电信号，依据所述开关的电信号驱动所述第一光电隔离耦合器通断；
所述第一光电隔离耦合器用于隔离驱动所述开关量信号输出模块，使所述开关量信号输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号；
所述开关量信号转换控制模块包括，
第一输出端与所述第一光电隔离耦合器的第一输入端相连，第二输出端与恒流驱动电路的输入端相连，接收至少一个所述开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为所述开关的电信号的开关量信号转换控制电路；
输入端与所述开关量信号转换控制电路的第二输出端相连，输出端与所述第一光电隔离耦合器的第二输入端相连，依据所述开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断的恒流驱动电路；
和，输出端与所述开关量信号转换控制电路的第一输入端相连，为所述开关量信号转换控制电路供电的第一电源；
所述开关量信号输出模块包括：第二光电隔离耦合器，同相光电隔离继电器模块以及反相光电隔离继电器模块，
所述第二光电隔离耦合器对所述开关量输入信号进行反相，所述第二光电隔离耦合器的输入端与所述第一光电隔离耦合器的第二输出端相连，所述第二光电隔离耦合器的第一输出端连接同相光电隔离继电器模块，所述第二光电隔离耦合器的第二输出端连接反相光电隔离继电器模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关量信号输出模块包括，
输入端与所述第一光电隔离耦合器的第一输出端相连，为光电隔离继电器供电的第二直流电源。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述同相光电隔离继电器模块由至少一个光电隔离继电器依次串联组成，所述同相光电隔离继电器模块的第一输入端与第二直流电源的第一输出端相连，所述同相光电隔离继电器模块的第二输入端与第二光电隔离耦合器的第一输出端相连，所述同相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述反相光电隔离继电器模块由至少一个光电隔离继电器依次串联组成，所述反相光电隔离继电器模块的第一输入端与第二直流电源的第二输出端相连，所述反相光电隔离继电器模块的第二输入端与第二光电隔离耦合器的第二输出端相连，所述反相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的反相开关量输出信号。
5.一种根据权利要求1所述开关量信号转换装置进行开关量信号转换的方法，其特征在于，包括：
开关量信号转换控制模块接收至少一个开关量输入信号，并将所述开关量输入信号转换为开关的电信号，恒流驱动电路依据所述开关的电信号驱动第一光电隔离耦合器通断，以通过第一光电耦合器快速隔离开关量输入信号和开关量输出信号；
所述第一光电隔离耦合器隔离驱动开关量信号输出模块，使所述开关量信号输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号；
所述开关量信号输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号，包括，
第二光电隔离耦合器对接收到的所述开关量输入信号进行反相；
由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的反相光电隔离继电器模块，所述反相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的反相开关量输出信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述开关量信号输出模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号和反相开关量输出信号，包括，
由至少一个光电隔离继电器依次串联组成的同相光电隔离继电器模块，所述同相光电隔离继电器模块输出与所述开关量输入信号对应的同相开关量输出信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Hangzhou City, Zhejiang province 310014 eight District No. 1, Huadian Zhaohui Applicant after: Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Company Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: Beijing Ponovo Power Co., Ltd. Address before: Hangzhou City, Zhejiang province 310014 eight District No. 1, Huadian Zhaohui Applicant before: Electric Power Science Research Institute of Zhejiang Electric Power Company Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: Beijing Ponovo Power Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: THE ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF ZHEJIANG ELECTRIC POWER CORPORATION TO: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID ZHEJIANG ELECTRIC POWER COMPANY |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |