CN106227081A - 一种用于低压电器检测设备的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压电器检测设备的控制器，包括用户指令接口、第一输入接口、第二输入接口、调理电路、AD转换单元、分别与用户指令接口、第一输入接口、第二输入接口以及AD转换单元连接、用于依据用户指令和/或工作状态信息和/或被转换为数字量的被测低压电器的电压和/或电流生成驱动信号的主控单元、驱动单元、数据存储单元以及供电接口。该控制器不但可满足原有设备的改造与维护需求，也可满足新设备的开发需求，通用性高，可扩展性良好，可大大减少低压电器检测用设备的开发成本，减少老旧设备的维护及升级成本，具有较高的实用价值。

Description

一种用于低压电器检测设备的控制器

技术领域

本发明涉及控制器技术领域，特别是涉及一种用于低压电器检测设备的控制器。

背景技术

目前，我国在低压电器领域的检测手段明显落后于国外水平，特别是随着低压电器产品的智能化程度越来越高，低压电器产品的多样化程度也越来越高，新设备的开发与老旧设备的改造，对低压电器检测设备的经济性与发展持续性等方面都提出了较高的要求，从而制约了整个低压电器检测设备的行业的发展和技术进步。

传统的低压电器检测设备大部分采用机械开关，靠电机调整相关的变压器输出电压，并调整阻抗大小与之匹配，来实现要求的实验电压和实验电流。公开号为CN1743865的专利文件描述的就是一种这种类型的设备。该类型的设备所用的控制器年代都比较久远，有的甚至已经停产。当这些低压电器检测设备发生故障时，控制器损坏，其维修成本相对较高，甚至要因此而报废，会造成一定的浪费。

另外，随着电力电子技术的快速发展，特别是具有高开关频率、灵敏度较高的电力电子元器件如IGBT、GTO、SCR等技术的发展，以这些器件的应用技术为主要特点而产生的新低压电器检测设备，与传统低压电器检测设备相比，有着动作静音化、防爆、无火花、免维护、耐振动、体积小、重量轻、可靠性高等优点，是检测行业应用的一个新领域，也是未来的发展方向。

结合以上两种技术需求，要求控制器既要满足老旧设备的使用需求，又要满足新的电力电子产品开发需求的低压电器检测设备的智能型控制器的要求也就应运而生，然而目前还没有能够实现上述功能的控制器。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的用于低压电器检测设备的控制器是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低压电器检测设备的控制器，该控制器不但可满足原有设备的改造与维护需求，也可满足新设备的开发需求，通用性高，可扩展性良好，可大大减少低压电器检测用设备的开发成本，减少老旧设备的维护及升级成本，具有较高的实用价值。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低压电器检测设备的控制器，包括：

用于传输用户指令的用户指令接口，其中，所述用户指令接口包括人机交互接口和/或通信接口；

用于传输被测低压电器的工作状态信息的第一输入接口；

用于传输所述被测低压电器的电压和/或电流的第二输入接口；

与所述第二输入接口连接、用于对所述被测低压电器的电压和/或电流进行调理的调理电路；

与所述调理电路连接、用于将经过调理的所述被测低压电器的电压和/或电流由模拟量转换为数字量的AD转换单元；

分别与所述用户指令接口、所述第一输入接口、所述第二输入接口以及所述AD转换单元连接、用于依据所述用户指令和/或所述工作状态信息和/或被转换为数字量的所述被测低压电器的电压和/或电流生成驱动信号的主控单元，其中，所述主控单元包括主处理器和逻辑处理单元，所述驱动信号包括PWM信号、触点信号以及电机控制信号；

与所述主控单元连接、用于对所述驱动信号进行驱动，并将驱动后的驱动信号发送至所述被测低压电器的驱动单元；

与所述主控单元连接、用于对所述主控单元处理过程中的数据进行存储的数据存储单元；

用于通过其为所述调理电路、所述AD转换单元、所述主控单元、所述驱动单元以及所述数据存储单元供电的供电接口。

优选地，所述逻辑处理单元为CPLD或者FPGA。

优选地，所述主控单元为DSP或者ARM。

优选地，该控制器还包括：

与所述主控单元连接、用于将锁相电路输出的用于对所述被测低压电器的合闸角度进行锁相的锁相指令传送至所述主控单元的锁相电路接口。

优选地，该控制器还包括：

与所述主处理器连接、用于与所述主处理器实现冗余的从处理器。

优选地，所述人机交互接口与人机交互单元连接，所述人机交互单元为键盘和显示单元的组合和/或触摸屏。

优选地，所述通信接口与上位机或者上位组态设备连接。

优选地，所述通信接口的通信数据传输方式为RS585有线传输方式或者ZigBee无线传输方式或者GPRS无线传输方式。

优选地，所述数据存储单元为EEPROM或者FLASH。

优选地，所述驱动单元包括PWM驱动单元、继电器驱动单元以及电机驱动单元。

本发明提供了一种用于低压电器检测设备的控制器，该控制器采用通用的模块组态思想，方便用户的二次开发和扩展，该控制器设置有用户指令接口，用户可根据需求输入用户指令，主控单元能够根据用户指令和/或工作状态信息和/或被转换为数字量的被测低压电器的电压和/或电流生成既适用于原有设备的触点信号和电机控制信号，又能够生成满足新设备的PWM信号，用户可根据具体的需求自行选择。该控制器不但可满足原有设备的改造与维护需求，也可满足新设备的开发需求，通用性高，可扩展性良好，可大大减少低压电器检测用设备的开发成本，减少老旧设备的维护及升级成本，具有较高的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器中的电压信号采集示意图；

图3为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器中的电流信号采集示意图；

图4为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器的输入输出控制原理图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于低压电器检测设备的控制器，该控制器不但可满足原有设备的改造与维护需求，也可满足新设备的开发需求，通用性高，可扩展性良好，可大大减少低压电器检测用设备的开发成本，减少老旧设备的维护及升级成本，具有较高的实用价值。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器的结构示意图，该控制器包括：

用于传输用户指令的用户指令接口，其中，用户指令接口包括人机交互接口11和/或通信接口12；

作为优选地，人机交互接口11与人机交互单元连接，人机交互单元为键盘和显示单元的组合和/或触摸屏。

作为优选地，通信接口12与上位机或者上位组态设备连接。

可以理解的是，该控制器设置有通信接口12，可直接与上位机连接，接收用户指令，传递数据；该控制器还可设置人机交互接口11，可与触摸屏连接，也可以与键盘和显示单元的组合连接，可实现检测信息传递以及检测命令输入等，从而实现人机交互，在实现时直接以插拔方式根据需要插接即可。用户可根据应用需求进行二次开发，其中，这里的显示单元可以为数码管或者液晶显示屏，具体选用哪种本发明在此不作特别的限定。

本发明中，人机交互单元采用键盘+显示单元的方式实现。这种应用可用于老旧设备的改造，设置键盘输入单元用来实现相关测试数据的输入，用显示装置(可为液晶显示或数码管方式)实现检测数据的展示。通过键盘和显示装置的共同作用，完成人机交互的功能。将老旧设备的相关检测电路连接至调理电路4进行调理，修改相关的程序便可实现对老旧设备的兼容。

另外，人机交互单元还可以采用触摸屏来代替键盘+显示装置方式实现。这种方式结构简单，实现方便，而且可提升设备的智能化程度，对旧设备应用来说，既可满足原有设备的兼容，又可实现对其的升级与改造；对新设备应用来说，该应用大气美观，且实现方便，很多程序都模块化，产品研发速度可明显加快。

具体地，这里的上位组态设备可以为触摸屏或者HMI(Human Machine Interface，人机界面)。

另外，通信接口12可实现数据的扩展传输如外部链接GPRS模块或ZIGBEE模块，实现数据的遥传。通过以上方式来实现不同需求。具体地，控制器可以提供MODBUS、以太网及无线通讯等方式直接与上位机进行通信，可直接接收上位机的相关指令，也可将检测结果直接传送给上位机。上位机收到相关信息后，可进行相关二次开发机数据共享等操作功能。

作为优选地，通信接口12的通信数据传输方式为RS585有线传输方式或者ZigBee无线传输方式或者GPRS无线传输方式。

当然，这里的通信接口12还可以采用其他通信方式，本发明在此不做特别的限定。

用于传输被测低压电器的工作状态信息的第一输入接口2；

用于传输被测低压电器的电压和/或电流的第二输入接口3；

首先需要说明的是，输入接口可以接收模拟信号，也可以用来接收数字信号，例如，该控制器的第一输入接口2接收的被测低压电器的工作状态信息就可以是一些开关信息(数字信号)，第二输入接口3接收的电压和/或电流便为模拟量。当然，在实际应用中可根据实际应用选择不同接口。

可以理解的是，第二输入接口3可以与测量被测低压电器的电压和/或电流的电压传感器和/或电流传感器连接，然后将被测低压电器的电压和/或电流传送至调理电路4进行调理，再经过模数转换，最终传送至主控单元6，主控单元6可以控制显示这些电压和/或电流，另外，还可以依据这些电压和/或电流数字量调整生成的驱动信号。

具体地，参照图2，图2为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器中的电压信号采集示意图。

如图2所示，电压信号通过电压互感器或传感器，转换成相关电信号(示例中为电流信号)，经过调理电路4对电信号进行处理，提高其保真度，可进行提升电压等操作。经过调理后的电信号被送到AD转换单元5进行转换，然后将所得到的数字信号传送给主处理器61，供主处理器61完成相关数据的运算及传输。

图3为本发明提供的一种用于低压电器检测设备的控制器中的电流信号采集示意图。

如图3所示，电流信号通过电流互感器或传感器，转换成相关电信号(示例中为电流信号)，经过调理电路4对电信号进行调理。经过调理后的电信号被送到AD转换单元5进行转换，然后将所得到的数字信号传送给主处理器61，供主处理器61完成相关数据的运算及传输。

与第二输入接口3连接、用于对被测低压电器的电压和/或电流进行调理的调理电路4；

具体地，调理电路4可包括LM258或者OP07等器件，另外，为了扩大采集的接口数量，采用CD 4052/4051(单8通道数字控制模拟电子开关)等进行扩展。

与调理电路4连接、用于将经过调理的被测低压电器的电压和/或电流由模拟量转换为数字量的AD转换单元5；

具体地，可以通过切换采集通道，将不同的采集信号切换到AD接口，该AD接口可使用主处理器61内部自带的AD处理功能，也可采用较高处理精度的AD8364等芯片。通过AD转换单元5将相关信号转换成数字信号并传送给主处理器61。

分别与用户指令接口、第一输入接口2、第二输入接口3以及AD转换单元5连接、用于依据用户指令和/或工作状态信息和/或被转换为数字量的被测低压电器的电压和/或电流生成驱动信号的主控单元6，其中，主控单元6包括主处理器61和逻辑处理单元62，驱动信号包括PWM信号、触点信号以及电机控制信号；

可以理解的是，这里的驱动信号可以是数字量也可以是模拟量。例如，驱动信号可以为PWM波，用来驱动IGBT、GTO、SCR等电力电子元器件，或者驱动信号可以为触点信号，用来驱动继电器等控制元件进而通过控制开关器件的开闭等来实现输出电压及输出电流的调整，也可以输出电机控制信号来控制原有低压电器检测设备中的电机。

具体地，请参照图4，控制器的工作过程主要是通过采集反馈单元(电压传感器和/或电流传感器、工作状态检测单元等)，感知低压电器检测设备的工作状态，并通过调整相关的执行器件(如电机或IGBT等)，来对输入的电源进行转换，其功能是实现变流器相关功能，形成满足要求的试验电源，从而作用于试品EUT，完成整个产品的检测。

作为优选地，逻辑处理单元62为CPLD或者FPGA。

作为优选地，主控单元6为DSP或者ARM。

可以理解的是，这里的主控单元6可以为DSP+CPLD、DSP+FPGA以及ARM+CPLD等形式。

具体地，主处理器61可采用STM32F2812或STM32F28335等，其功能可满足基本的控制需求，可实现SPWM、SVPWM等各种控制方法，具有通用性。

例如，主控单元6采用STM32F2812+Xlinx的XC95144形式，即DSP+CPLD的方式，用DSP实现基本信号的处理，用CPLD来实现相关的逻辑运算，这样可保证信号处理速度，也可提高控制精度。可根据不同应用需求，输出不同的PWM信号或者模拟信号，分别驱动电力电子器件或者电机等。

需要说明的，该控制器分软件部分可为中断方式，也可以采用uc/OS等操作系统方式，可根据需求灵活变动。

下面列举一具体实例对主控单元6的基本工作原理作介绍(只是多种工作状态中的一种)：

各个采样电路根据各种反馈，采集低压电器检测设备的工作状态，并将其反馈给主控单元6。主控单元6经过分析计算后，通过CPLD生成相应的驱动信号，或为PWM脉冲信号，或为触点信号，再通过驱动单元7驱动电力电子器件(IGBT、晶闸管等)或电机等，形成满足要求的输出信号。同时，反馈电路通过传感器实时监测设备的状态，并将其反馈给主控单元6。主控单元6根据各种反馈及设定进行相关操作，完成整个装置的检测功能，并将检测数据可实时通信，将相关信息发送到相关上位机或展示到人机界面。

与主控单元6连接、用于对驱动信号进行驱动，并将驱动后的驱动信号发送至被测低压电器的驱动单元7；

作为优选地，驱动单元7包括PWM驱动单元、继电器驱动单元以及电机驱动单元。

与主控单元6连接、用于对主控单元6处理过程中的数据进行存储的数据存储单元8；

作为优选地，数据存储单元8为EEPROM或者FLASH。

数据存储单元8主要用来实现检测信息的存储，其可根据不同需求存储于本地的EEPROM或FLASH等存储设备中，或者根据应用(如连有HMI)，将数据上传实现数据的异地存储。

用于通过其为调理电路4、AD转换单元5、主控单元6、驱动单元7以及数据存储单元8供电的供电接口9。

具体地，控制器的供电接口9包括直流供电接口和交流供电接口，该控制器内部集成了不同的开关电源，可输出+5V、+3.3V、+24V、±15V等。

作为优选地，该控制器还包括：

与主控单元6连接、用于将锁相电路输出的用于对被测低压电器的合闸角度进行锁相的锁相指令传送至主控单元6的锁相电路接口10。

锁相电路，主要是为了满足低压电器检测过程中有关锁相的要求，可根据实际需求实现不同的导通角度，其主要由锁相电路及锁相信号传输电路组成。

具体地，在低压电器检测过程中，有时候需要控制投切的相位角。控制投切相位角有助于减少设备冲击，也有助于提高检测的公正与准确性。该控制器通过检测电路，检测电源的过零点相位角，并设有窗口调整，可解决电网在过零点时的震荡带来的锁相不准确问题，有助于提高控制的准确性与可靠性。该控制器通过传感器检测电源状态，放大电路及比较电路后，得到一个上跳沿的信号，利用DSP内置的捕捉功能，能较为准确的捕捉到过零点，通过调整PWM脉冲，来控制电力电子器件的合闸角度来选择不同的合闸相角，从而满足检测应用需求。

作为优选地，该控制器还包括：

与主处理器61连接、与主处理器61实现冗余的从处理器。

软件设计上，产品可采用传统的中断控制方式或者采用操作系统的控制方式进行控制。其首先进行上电逻辑判断，判断各个设备及接口是否正常，完成初始化，然后等待操作。当有相关输入时，可进行相关操作。该操作过程中，不同的人员具有不同的权限，可根据不同权限，修改不同参数，实现不同功能。

在整个控制装置工作过程中，如果出现故障，设备立即封锁所有脉冲及输出触点信号，立即进入异常处理程序，并记录及传递相关故障信息等，发出故障报警信号。

综上所述，该控制器采用接口方式实现满足不同应用需求的目的。首先外部须实现的控制或检测的对象通过相关变送装置转换成电信号，传输给数据传输机转换单元。经过相关转换的数据，直接传送给主控单元6。主控单元6通过相关运算分析，做出一定的执行指令。该装置同时，实时监测设备的运行状态，监测设备操作人员的输入需求，结合以上的分析对执行机构发出操作指令，完成相关控制目的。该控制器通过反馈单元和相关设定单元，实时调整输出，满足应用需求。本主控单元6可通过相关存储单元完成相关数据的实时存储，也可按照需求将相关数据进行传导满足实际应用需求。整个过程简单，而且具有较强的通用性和可靠性。

本发明提供了一种用于低压电器检测设备的控制器，该控制器采用通用的模块组态思想，方便用户的二次开发和扩展，该控制器设置有用户指令接口，用户可根据需求输入用户指令，主控单元能够根据用户指令和/或工作状态信息和/或被转换为数字量的被测低压电器的电压和/或电流生成既适用于原有设备的触点信号和电机控制信号，又能够生成满足新设备的PWM信号，用户可根据具体的需求自行选择。该控制器不但可满足原有设备的改造与维护需求，也可满足新设备的开发需求，通用性高，可扩展性良好，可大大减少低压电器检测用设备的开发成本，减少老旧设备的维护及升级成本，具有较高的实用价值。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，在其他实施例中实现。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 (10)

1.一种用于低压电器检测设备的控制器，其特征在于，包括：

用于传输用户指令的用户指令接口，其中，所述用户指令接口包括人机交互接口和/或通信接口；

用于传输被测低压电器的工作状态信息的第一输入接口；

用于传输所述被测低压电器的电压和/或电流的第二输入接口；

与所述第二输入接口连接、用于对所述被测低压电器的电压和/或电流进行调理的调理电路；

与所述调理电路连接、用于将经过调理的所述被测低压电器的电压和/或电流由模拟量转换为数字量的AD转换单元；

分别与所述用户指令接口、所述第一输入接口、所述第二输入接口以及所述AD转换单元连接、用于依据所述用户指令和/或所述工作状态信息和/或被转换为数字量的所述被测低压电器的电压和/或电流生成驱动信号的主控单元，其中，所述主控单元包括主处理器和逻辑处理单元，所述驱动信号包括PWM信号、触点信号以及电机控制信号；

与所述主控单元连接、用于对所述驱动信号进行驱动，并将驱动后的驱动信号发送至所述被测低压电器的驱动单元；

与所述主控单元连接、用于对所述主控单元处理过程中的数据进行存储的数据存储单元；

用于通过其为所述调理电路、所述AD转换单元、所述主控单元、所述驱动单元以及所述数据存储单元供电的供电接口。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述逻辑处理单元为CPLD或者FPGA。

3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述主控单元为DSP或者ARM。

4.如权利要求1-3任一项所述的控制器，其特征在于，该控制器还包括：

与所述主控单元连接、用于将锁相电路输出的用于对所述被测低压电器的合闸角度进行锁相的锁相指令传送至所述主控单元的锁相电路接口。

5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，该控制器还包括：

与所述主处理器连接、用于与所述主处理器实现冗余的从处理器。

6.如权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述人机交互接口与人机交互单元连接，所述人机交互单元为键盘和显示单元的组合和/或触摸屏。

7.如权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述通信接口与上位机或者上位组态设备连接。

8.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述通信接口的通信数据传输方式为RS585有线传输方式或者ZigBee无线传输方式或者GPRS无线传输方式。

9.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述数据存储单元为EEPROM或者FLASH。

10.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述驱动单元包括PWM驱动单元、继电器驱动单元以及电机驱动单元。