CN110034608A - 一种用于高压直流配电箱的综合控制装置 - Google Patents

一种用于高压直流配电箱的综合控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于直流配电控制技术领域,公开了一种用于高压直流配电箱的综合控制装置,包括外扩存储单元、CAN通信单元开入单元、开出单元、模拟量采样单元以及DSP控制器;外扩存储单元与DSP控制器的地址、数据总线接口相连;CAN通信单元包括互为冗余的两路CAN通信单元;开入单元包括若干开入量接口,将接入的继电器控制信号通过光电耦合器隔离后与DSP控制器的GPIO接口相连;开出单元包括若干开出量接口,包括总线驱动器和固态继电器;总线驱动器的一端与DSP控制器的GPIO接口连接,另一端与固态继电器相连;固态继电器的输出端用于连接直流配电箱中接触器或继电器的控制端;模拟量采样单元实时采集外部直流配电箱的参数并通过DSP控制器发送到上位机;实现了自动配电及故障监测。

Description

一种用于高压直流配电箱的综合控制装置
技术领域
本发明属于直流配电技术领域,更具体地,涉及一种用于高压直流配电箱的综合控制装置。
背景技术
高压直流配电箱是通过接触器或继电器将输入的高压直流电源按实际需求分为几路给输出负载供电。现有的技术手段是通过按钮开关(或纽子开关)手动控制接触器或继电器控制端的供电来实现配电箱的配电动作,无法实现自动配电,对配电箱内电源的电压、电流信息以及漏电流的实时监控,以及故障诊断。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种用于高压直流配电箱的综合控制装置,其目的在于实现根据上位机控制信息对高压直流配电箱的自动配电以及实时监控。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种用于高压直流配电箱的综合控制装置,包括外扩存储单元、CAN通信单元开入单元、开出单元、模拟量采样单元以及DSP控制器;
其中,外扩存储单元包括外扩FLASH芯片,该外扩FLASH芯片与DSP控制器的地址总线接口、数据总线接口相连;
CAN通信单元具有双CAN冗余通讯功能,包括互为冗余的两路CAN通信单元,用于提供对外的CAN总线接口;
开入单元包括若干开入量接口,通过开入量接口接入的继电器控制信号通过光电耦合器隔离后与DSP控制器的GPIO接口相连;
开出单元包括若干开出量接口,包括总线驱动器和固态继电器;总线驱动器的一端与DSP控制器的GPIO接口连接,另一端与固态继电器相连;固态继电器的输出端用于连接直流配电箱中接触器或继电器的控制端;
模拟量采样单元用于实时采集外部直流配电箱的电压、电流、漏电流等参数并通过DSP控制器发送到上位机。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,其模拟量采样单元包括输入电压采样模块、输入电流采样模块和输出电流采样模块;外部直流配电箱的采样电压或采样电流信号经模拟量采样单元的对应的模拟信号采样模块处理后传输到DSP控制器的AD口。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,其CAN通信单元中的一路包括第一CAN单元和第二CAN单元,另一路包括第三CAN单元与第四CAN单元;第一CAN单元和第二CAN单元各自的CAN隔离收发器与DSP控制器的自带CAN模块相连;
第三CAN单元与第四CAN单元通过CPLD与DSP控制器的数据总线和地址总线相连;第三CAN单元与第四CAN单元均包括依次连接的CAN隔离收发器、CAN控制器;CPLD芯片与DSP控制器的数据总线和地址总线接口连接,然后分别与第三CAN单元与第四CAN单元的CAN控制器相连,再分别通过CAN隔离收发器提供对外的CAN总线接口。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,还包括电源单元,具体包括电源模块和电源芯片,外部接入的28V电源通过电源模块与电源芯片相连,电源芯片输出的电压供给DSP控制器。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,还包括RS-485通信单元,RS-485通信单元包括RS-485隔离收发器,RS-485隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIA模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,还包括RS-232通信单元,RS-232通信单元包括RS-232隔离收发器,RS-232隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIB模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,开入单元将接触器或继电器的控制信号发送的开入量送入光电耦合器进行隔离后送入DSP控制器的GPIO接口,由DSP控制器判断接触器或继电器的状态。
优选的,上述用于高压直流配电箱的综合控制装置,开出量单元将DSP控制器输出的控制信号经过总线驱动器进行驱动后,再驱动固态继电器来隔离驱动接触器或继电器的通断。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明提供的用于高压直流配电箱的综合控制装置,在实现高压直流配电箱配电功能的基础上,通过DSP控制器实时接收上位机的指令输出开关量控制信号控制配电箱内的继电器或接触器实现自动配电,同时采集配电箱内电源的电压、电流信息以及漏电流等信号;实现电压、电流、漏电流的采集并将状态参数送至上位机,在状态异常时,向上位机发出报警;综合控制装置还能保存一定时间内的所采集的电压、电流、漏电流数据;具有信息记录与处理功能、故障诊断的功能,通过系统内部信息采集与处理能够对设备全寿命周期中的技术状态进行监测、存储与处理,使高压直流配电箱更智能化、小型化和高可靠性。
附图说明
图1是实施例所提供的综合控制装置在高压直流配电箱中的功能结构框图;
图2是本发明实施例提供的综合控制装置的功能框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例提供的用于高压直流配电箱的综合控制装置,具有智能化、小型化(尺寸仅为110mm×160mm×50mm)和高可靠性的特点,参照图1,可设置高压直流配电箱,接收上位机的指令输出开关量控制信号控制配电箱内的接触器或继电器实现自动配电,并采集配电箱内电源的电压、电流信息以及绝缘电阻数据,将采集到的状态参数信息送至上位机,在状态异常时,向上位机发出报警;并保存一定时间内的所采集的电压、电流、绝缘电阻数据。
参照图2,该用于高压直流配电箱的综合控制装置包括外扩存储单元、CAN通信单元开入单元、开出单元、模拟量采样单元、DSP控制器;其中,外扩存储单元包括外扩FLASH芯片,与DSP控制器TMS320F28335的地址总线和数据总线相连。CAN通信单元具有双CAN冗余通讯功能,包括互为冗余的两路CAN通信单元,其中一路包括CAN1单元和CAN2单元,另一路包括CAN3与CAN4单元;CAN1单元和CAN2单元各自的CAN隔离收发器与DSP控制器的自带CAN模块相连;CAN3与CAN4通过CPLD与数字控制器TMS320F28335的数据总线和地址总线相连;CAN3与CAN4均包括依次连接的CAN隔离收发器、CAN控制器;由CPLD芯片与DSP控制器TMS320F28335的数据总线和地址总线相连,然后与CAN控制器相连,最后通过CAN隔离收发器对外相连。
开入单元包括10路开入量接口,通过开入量接口接入的继电器控制信号通过光电耦合器隔离后与DSP控制器的GPIO接口相连。开出单元包括10路开出量接口,包括总线驱动器和固态继电器;总线驱动器的一端与DSP控制器的GPIO接口连接,另一端与固态继电器相连;固态继电器的输出端用于连接直流配电箱中接触器(或继电器)的控制端。
模拟量采样单元用于实时采集电压、电流、漏电流等参数并发送到上位机;包括8路模拟量处理电路,具体为1路输入电压采样模块、1路输入电流采样模块和6路输出电流采样模块;外部直流配电箱的电压或电流信号经霍尔电压传感器采样后经模拟量处理电路传输到DSP控制器的AD口。
在一个实施例中,用于高压直流配电箱的综合控制装置还包括电源单元,具体包括电源模块和电源芯片,外部接入的28V电源通过电源模块与电源芯片相连,电源芯片输出的电压供给DSP控制器。
在一个实施例中,用于高压直流配电箱的综合控制装置还包括RS-485通信单元,RS-485通信单元包括RS-485隔离收发器,RS-485隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIA模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信;在一个实施例中,RS-485通信单元的RS-485隔离收发器型号为ADM2582EBRWZ。
在一个实施例中,用于高压直流配电箱的综合控制装置还包括RS-232通信单元,RS-232通信单元包括RS-232隔离收发器,RS-232隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIB模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信;在一个实施例中,RS-232隔离收发器型号为ADM3251EARWZ。
在一个实施例中,其外扩存储单元选用FLASH芯片(型号为SM29LV160),DSP控制器采用TMS320F28335;FLASH芯片与TMS320F28335的地址总线和数据总线相连,用于存储出厂信息、运行过程中数据功能,可对运行过程中产生的关键数据进行记录、处理和存储,并按需上传,记录单机通电时间。
在一个实施例中,CAN通信单元包括的CPLD芯片型号为EPM1270T144I5(N);CAN控制器型号为SMSJA1000;CAN隔离收发器型号为ADM3053BRWZ;第一CAN单元和第二CAN单元由DSP控制器自带的2个CAN模块直接通过CAN隔离收发器与外部CAN总线通信,第三CAN单元和第四CAN单元则通过CPLD和CAN控制器外扩的方式对外通信。2组冗余的CAN通信单元,可与上位机或配电箱外的直流稳压电源进行通信。
在实施例中,开入单元将接触器或继电器的控制信号接入的开入量IO_IN+和IO_IN-送入光电耦合器进行隔离后送入DSP控制器的GPIO接口,由DSP控制器判断接触器或继电器的状态。
在实施例中,开出量单元将DSP控制器输出的控制信号经过总线驱动器(型号为"J"54ALVC164245S)进行驱动后,驱动固态继电器(型号为JGX-17M)来隔离驱动接触器或继电器的通断。
在实施例中,电源单元的电源芯片为隔离电源模块,将5V电压转换为3.3V和1.9V为DSP控制器TMS320F28335供电。
实施例提供的上述用于高压直流配电箱的综合控制装置的工作过程为:高压直流配电箱上电后,其电源单元通过电源模块和电源芯片给综合控制装置供电,综合控制装置开始工作,先进行自检,通过模拟量采样单元采集此时的输入电压和漏电流,判断直流配电箱是否供电正常,如果不正常则通过CAN通信向上位机反馈故障信息,不执行任何配电动作,起到保护直流配电箱和后级负载的作用;如果正常则通过模拟量采样单元实时采集电压、电流和漏电流信号,通过开入单元实时采集接触器或继电器的状态(通或断),通过CAN通信模块将模拟量和接触器或继电器状态实时上传给上位机,并将上位机的配电或断电指令通过开出量单元执行配电或断电动作。工作过程中如果有过流、过压或漏电信号通过外扩存储单元进行存储并反馈给上位机,便于故障信号的查询。RS-485通信单元和RS-232通信单元作为预留信号,可以与配电箱的显示屏进行通信或其他设备进行串口通信。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,包括外扩存储单元、CAN通信单元开入单元、开出单元、模拟量采样单元以及DSP控制器;
所述外扩存储单元与DSP控制器的地址总线接口、数据总线接口相连;
所述CAN通信单元具有双CAN冗余通讯功能,包括互为冗余的两路CAN通信单元,用于提供对外的CAN总线接口;
所述开入单元包括若干开入量接口,通过开入量接口接入的继电器控制信号通过光电耦合器隔离后与DSP控制器的GPIO接口相连;
所述开出单元包括若干开出量接口,包括总线驱动器和固态继电器;总线驱动器的一端与DSP控制器的GPIO接口连接,另一端与固态继电器相连;固态继电器的输出端用于连接高压直流配电箱的接触器或继电器的控制端;
所述模拟量采样单元用于实时采集外部直流配电箱的电压、电流、漏电流等参数并通过DSP控制器发送到上位机。
2.如权利要求1所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,所述模拟量采样单元包括输入电压采样模块、输入电流采样模块和输出电流采样模块;外部直流配电箱的采样电压或采样电流信号经模拟量采样单元的对应的模拟信号采样模块处理后传输到DSP控制器的AD口。
3.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,所述CAN通信单元中的一路包括第一CAN单元和第二CAN单元,另一路包括第三CAN单元与第四CAN单元;第一CAN单元和第二CAN单元各自的CAN隔离收发器与DSP控制器的自带CAN模块相连;
第三CAN单元与第四CAN单元通过CPLD与DSP控制器的数据总线和地址总线相连;第三CAN单元与第四CAN单元均包括依次连接的CAN隔离收发器、CAN控制器;CPLD芯片与DSP控制器的数据总线和地址总线接口连接,然后分别与第三CAN单元与第四CAN单元的CAN控制器相连,再分别通过CAN隔离收发器提供对外的CAN总线接口。
4.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,还包括电源单元,具体包括电源模块和电源芯片,外部接入的28V电源通过电源模块与电源芯片相连,电源芯片输出的电压供给DSP控制器。
5.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,还包括RS-485通信单元,RS-485通信单元包括RS-485隔离收发器,RS-485隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIA模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信。
6.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,还包括RS-232通信单元,RS-232通信单元包括RS-232隔离收发器,RS-232隔离收发器的一端与DSP控制器的SCIB模块相连,另一端用于与配电箱的显示屏或其他设备进行串口通信。
7.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,所述开入单元将接触器或继电器的控制信号发送的开入量送入光电耦合器进行隔离后送入DSP控制器的GPIO接口,由DSP控制器判断接触器或继电器的状态。
8.如权利要求1或2所述的用于高压直流配电箱的综合控制装置,其特征在于,所述开出量单元将DSP控制器输出的控制信号经过总线驱动器进行驱动后,再驱动固态继电器来隔离驱动接触器或继电器的通断。
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