CN103592855A - 一种基于自诊断型的智能配电时序器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于自诊断型的智能配电时序器，上电后，控制器由供电电路将220V交流电转变为控制器可以承受的+5V供电。控制器工作后，首先读取存储在数据存储电路内的参数，通过总线地址配置电路配置时序器自身CAN总线节点地址；然后自诊断电路上电自诊断，诊断正常后，进入配电模式查询状态，根据不同车载仪器设备设置不同配电时序，并通过数据存储电路存储配电模式和配电时序；同时，将数据采集电路采集的负载电压、电流和频率通过总线通信电路上传给上位机，来实时监测负载的电压、电流和频率参数。本发明响应快，抗干扰能力强，信号采集精度高，通用性好，为多路交流负载的无人值守配电提供了一种新的有效解决方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于自诊断型的智能配电时序器，特别是涉及一种按设定时序要求为多路仪器设备分配，输送交流电的智能配电时序器。
背景技术
随着应急指挥车车载仪器设备增加，各种仪器设备之间的连接关系日益复杂，导致仪器设备的供电、配电时序要求越来越高。目前，车载配电器多为手动模式，操作繁琐，无法满足仪器设备对各种工况时序需求，且配电出现故障后无法快速定位、隔离故障，降低了车载配电的智能化和信息化。因此亟需提供一种新型的基于自诊断型的智能配电时序器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实时监控车载仪器设备用电情况，准确定位故障时序器的故障类型和故障码，满足交流用电负载的时序要求的基于自诊断型的智能配电时序器。
为解决上述技术问题，本发明一种基于自诊断型的智能配电时序器，包括控制器、供电电路、自诊断电路、总线通信电路、数据存储电路、总线地址配置电路、数据采集电路、驱动控制电路及功率继电器阵列；
上电后，控制器由供电电路将220V交流电转变为控制器可以承受的+5V供电。控制器工作后，首先读取存储在数据存储电路内的参数，通过总线地址配置电路配置时序器自身CAN总线节点地址；然后自诊断电路上电自诊断，诊断正常后，进入配电模式查询状态，根据不同车载仪器设备设置不同配电时序，并通过数据存储电路存储配电模式和配电时序；同时，将数据采集电路采集的负载电压、电流和频率通过总线通信电路上传给上位机，来实时监测负载的电压、电流和频率参数，当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动控制电路驱动功率继电器阵列在电压过零点快速切断该路供电，并通过总线通信电路将故障码和故障类型上传给上位机。
供电电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、滤波器、DC/DC电源模块、集成运放、LM7812、LM7805、MC33064D、以及LM4040；
220VAC经滤波器滤波处理后，输送给DC/DC电源模块转换为±12V输出，为交流信号采集集成运放供电；24VDC经第一二极管和LM7812得到+12V；DC/DC电源模块输出的+12V经过第二二极管与LM7812输出的+12V经过第三二极管后并联；并联后经LM4040输出+5V参考，为控制器模数转换模块供电；并联后经LM7805输出+5V，为控制器外设、控制器内核及MC33064D供电；MC33064D监控该+5V电压，并为控制器内核提供复位信号。
自诊断电路包括多路复用开关CD4053、多路复用开关ADG436BR、以及差分调理电路；控制器在给定输出端口加高低逻辑电平，如果多路复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑一致，则该电路正常，通过控制选通控制信号将多路复用开关CD4053切换至正常工作模式，驱动控制电路驱动功率继电器阵列实现仪器设备配电；如果复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑不一致，则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传；
控制器控制多路复用开关ADG436BR选通控制信号，将时序器内部参考电压加入多路复用开关ADG436BR，模拟信号经差分调理电路后送给控制器；如果在误差范围内，则自检正常，控制多路复用开关ADG436BR切换至正常工作模式；否则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传。
数据采集电路包括：差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路、滞回比较电路、保护电路、1：450的电流互感器和39Ω功率电阻；
220VAC首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路调整为±5V以内的电压，送给偏置电路，将双极性的正弦信号转换为单极性信号，最后经滤波及保护电路的滤波消噪和保护处理后送给控制器，实现交流电压采集；
交流信号首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路，然后将差分调理后的交流信号送入滞回比较电路，转换为同频率的脉冲信号，经保护电路处理后送给控制器，利用控制器的定时捕捉端口捕获脉冲信号，实现频率采集；
0～30A交流电流依次经1：450的电流互感器和39Ω功率电阻，转换为0～2.6V小电压信号，然后依次输送给差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路，最后送入控制器，实现交流电流采集。
本发明通过总线可实现仪器设备用电情况的实时监控，准确定位时序器故障类型和故障码，从而可以快速隔离故障，提高了灵活性、可维修性和可靠性；通过总线可实现配电模式的选择，配电时序的设置，满足不同交流用电负载的时序需求，提高了车载配电的智能化和信息化。应用表明，交流智能配电时序器响应快，抗干扰能力强，信号采集精度高，通用性好，为多路交流负载的无人值守配电提供了一种新的有效解决方法。
附图说明
图1为本发明所提供的一种基于自诊断型的智能配电时序器的总体示意图。
图2为本发明所提供的一种供电电路的示意图。
图3为本发明所提供的一种自诊断电路的示意图。
图4为本发明所提供的一种数据采集电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明包括控制器1、供电电路2、自诊断电路3、总线通信电路4、数据存储电路5、总线地址配置电路7、数据采集电路8、驱动控制电路6及功率继电器阵列9，见图1。智能配电系统配有多个相同串/并联工作的交流智能配电时序器，通过设置时序器CAN总线节点对其进行区分。时序器上电后，控制器1由供电电路2将220V交流电转变为控制器可以承受的+5V供电。控制器工作后，首先读取存储在数据存储电路4内的参数，通过总线地址配置电路7配置时序器自身CAN总线节点地址；然后自诊断电路3上电自诊断，诊断正常后，进入配电模式查询状态，根据不同车载仪器设备设置不同配电时序，并通过数据存储电路5存储配电模式和配电时序；同时，将数据采集电路8采集的负载电压、电流和频率通过总线通信电路4上传给上位机，来实时监测负载的电压、电流和频率参数，当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动控制电路6驱动功率继电器阵列9在电压过零点快速切断该路供电，并通过总线通信电路4将故障码和故障类型上传给上位机，从而提高了车载仪器设备使用安全性。
如图2所示，供电电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、滤波器、DC/DC电源模块、集成运放、LM7812、LM7805、MC33064D、以及LM4040；
220VAC经滤波器滤波处理后，输送给DC/DC电源模块转换为±12V输出，为交流信号采集集成运放供电；24VDC经第一二极管和LM7812得到+12V，
DC/DC电源模块输出的+12V经过第二二极管与LM7812输出的+12V经过第三二极管后并联；并联后经LM4040输出+5V参考，为控制器模数转换模块供电；并联后经LM7805输出+5V，为控制器外设、控制器内核及MC33064D供电；MC33064D监控该+5V电压，并为控制器内核提供复位信号；正常工作时24VDC悬空，方便时序器单机调试及车载智能配电系统调试。
如图3所示，自诊断电路主要涉及板级自诊断，采用可靠易于实现的硬件参考给定判断方式实现，自诊断电路主要有AD通道和通用I/O端口自诊断两部分。自诊断电路包括多路复用开关CD4053、多路复用开关ADG436BR、以及差分调理电路；
AD通道自诊断时，控制器在给定输出端口加高低逻辑电平，如果多路复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑一致，则该电路正常，通过控制选通控制信号将多路复用开关CD4053切换至正常工作模式，驱动控制电路驱动继电器阵列实现仪器设备配电；如果复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑不一致，则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传；
AD端口自诊断时，控制器控制多路复用开关ADG436BR选通控制信号，将时序器内部参考电压加入多路复用开关ADG436BR，模拟信号经差分调理电路后送给控制器；如果在误差范围内，则自检正常，控制多路复用开关ADG436BR切换至正常工作模式；否则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传。
如图4所示，数据采集电路包括差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路、滞回比较电路、保护电路、1：450的电流互感器和39Ω功率电阻；
交流电压采集：交流电压信号由于幅值较大，电网不稳定，含有高次谐波，易引入共模信号，且极性有正有负，采集电路选用差分调理电路，集成运放选用双电源供电；220VAC首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路调整为±5V以内的电压，送给偏置电路，将双极性的正弦信号转换为单极性信号，最后经滤波及保护电路的滤波消噪和保护处理后送给控制器，实现交流电压采集；
频率采集：交流信号首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路，然后将差分调理后的交流信号送入滞回比较电路，转换为同频率的脉冲信号，经保护电路处理后送给控制器，利用控制器的定时捕捉端口捕获脉冲信号，实现频率采集；
交流电流采集：交流电流信号采集一般采用霍尔电流传感器将交流信号转换成直流小信号，经采样电阻转换、调理后送入单片机处理。此种方式需要隔离电源给传感器供电，成本较高。本发明将0～30A交流电流依次经1：450的电流互感器和39Ω功率电阻，转换为0～2.6V小电压信号，然后依次输送给差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路，最后送入控制器，实现交流电流采集。
Claims (4)
1.一种基于自诊断型的智能配电时序器，其特征在于：包括控制器、供电电路、自诊断电路、总线通信电路、数据存储电路、总线地址配置电路、数据采集电路、驱动控制电路及功率继电器阵列；
上电后，控制器由供电电路将220V交流电转变为控制器可以承受的+5V供电。控制器工作后，首先读取存储在数据存储电路内的参数，通过总线地址配置电路配置时序器自身CAN总线节点地址；然后自诊断电路上电自诊断，诊断正常后，进入配电模式查询状态，根据不同车载仪器设备设置不同配电时序，并通过数据存储电路存储配电模式和配电时序；同时，将数据采集电路采集的负载电压、电流和频率通过总线通信电路上传给上位机，来实时监测负载的电压、电流和频率参数，当某路负载监测参数异常且要求切断供电时，驱动控制电路驱动功率继电器阵列在电压过零点快速切断该路供电，并通过总线通信电路将故障码和故障类型上传给上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于自诊断型的智能配电时序器，其特征在于：所述供电电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、滤波器、DC/DC电源模块、集成运放、LM7812、LM7805、MC33064D、以及LM4040；
220VAC经滤波器滤波处理后，输送给DC/DC电源模块转换为±12V输出，为交流信号采集集成运放供电；24VDC经第一二极管和LM7812得到+12V；DC/DC电源模块输出的+12V经过第二二极管与LM7812输出的+12V经过第三二极管后并联；并联后经LM4040输出+5V参考，为控制器模数转换模块供电；并联后经LM7805输出+5V，为控制器外设、控制器内核及MC33064D供电；MC33064D监控该+5V电压，并为控制器内核提供复位信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于自诊断型的智能配电时序器，其特征在于：所述自诊断电路包括多路复用开关CD4053、多路复用开关ADG436BR、以及差分调理电路；控制器在给定输出端口加高低逻辑电平，如果多路复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑一致，则该电路正常，通过控制选通控制信号将多路复用开关CD4053切换至正常工作模式，驱动控制电路驱动功率继电器阵列实现仪器设备配电；如果复用开关CD4053反馈输入口逻辑与给定输出口逻辑不一致，则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传；
控制器控制多路复用开关ADG436BR选通控制信号，将时序器内部参考电压加入多路复用开关ADG436BR，模拟信号经差分调理电路后送给控制器；如果在误差范围内，则自检正常，控制多路复用开关ADG436BR切换至正常工作模式；否则编码存储，并在电压过零点时快速切断所有继电器，将故障码和故障类型通过CAN总线上传。
4.根据权利要求1所述的一种基于自诊断型的智能配电时序器，其特征在于：所述数据采集电路包括：差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路、滞回比较电路、保护电路、1：450的电流互感器和39Ω功率电阻；
220VAC首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路调整为±5V以内的电压，送给偏置电路，将双极性的正弦信号转换为单极性信号，最后经滤波及保护电路的滤波消噪和保护处理后送给控制器，实现交流电压采集；
交流信号首先经差分放大电路和AD通道自诊断电路，然后将差分调理后的交流信号送入滞回比较电路，转换为同频率的脉冲信号，经保护电路处理后送给控制器，利用控制器的定时捕捉端口捕获脉冲信号，实现频率采集；
0～30A交流电流依次经1：450的电流互感器和39Ω功率电阻，转换为0～2.6V小电压信号，然后依次输送给差分放大电路、AD通道自诊断电路、偏置电路、滤波及保护电路，最后送入控制器，实现交流电流采集。
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