CN111722101B - 一种双回路继电器的检测电路及保护方法 - Google Patents

一种双回路继电器的检测电路及保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双回路继电器的检测电路，火线电流回路检测电路中的第一光耦的第1、2端分别连接零线输入端和火线输出端，第一光耦的第4端通过第一上拉电路输出火线电流回路检测信号；零线电流回路检测电路中的第二光耦的第1、2端分别连接火线输入端和零线输出端，第二光耦的第4端通过第二上拉电路输出零线电流回路检测信号；负载检测电路中的第三光耦第1、2端分别连接火线输出端和零线输出端，第三光耦的第4端通过第三上拉电路输出负载检测信号。还公开了一种双回路继电器的保护方法。该检测电路能有效判断出电能表的误接线情况，且电能表通过保护方法对误接线情况进行拒绝合闸命令，从而能有效避免电能表合闸时出现烧毁双路继电器情况。

Description

一种双回路继电器的检测电路及保护方法
技术领域
本发明涉及智能电能表中继电器应用领域，特别涉及一种双回路继电器的检测电路及保护方法。
背景技术
目前电能表所采用的继电器状态检测电路仅作单路继电器状态指示，不能可靠的检测双路继电器的状态，在负载端误接线时，且电能表继续执行合闸命令时则无法避免继电器被烧毁。同时现有的继电器检测电路复杂，需要5个IO口，软件资源占用多，功能实现成本高。
目前的继电器检测电路存在以下缺陷：
1、负载存在时，负载与检测电路之间形成新的电路环路，导致继电器检测电路失效；
2、客户误接线时，原状态检测电路失效，电能表执行合闸命令，导致继电器烧毁故障，主要包括以下两种误接线状态：
误接线状态1：将电能表的输入电压线UL和UN分别接至电能表输出端UL_OUT和UN_OUT，表计继电器控制负载电流能力失效；
误接线状态2：将电能表的输入电压线UL和UN分别接至电能表输出端UN_OUT和UL_OUT)，电能表执行合闸命令，导致UL和UN短路，继电器烧毁故障。因此电能表在合闸之前需要对继电器的状态进行检测，以防止电能表中出现误接线情况时继续执行合闸命令而出现的继电器烧毁故障。因此需要对现有的继电器检测电路进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一种技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效判断出电能表误接线情况的双回路继电器的检测电路。
本发明所要解决的第二种技术问题是针对现有技术的现状，提供一种采用上述双回路继电器检测电路进行检测并对异常接线情况进行拒绝合闸的双回路继电器的保护方法。
本发明解决上述第一种技术问题所采用的技术方案为：一种双回路继电器的检测电路，该双回路继电器设于电能表内，所述电能表的火线输入端和零线输入端分别与双回路继电器的两组触点相连接，所述双回路继电器的两组触点输出端分别对应为火线输出端和零线输出端，所述火线输出端和零线输出端连接负载，其特征在于：所述双回路继电器的检测电路包括火线电流回路检测电路、零线电流回路检测电路以及负载检测电路，其中，
火线电流回路检测电路包括第一光耦，所述第一光耦的第1端连接双路继电器的零线输入端，所述第一光耦的第2端通过第一分压电路连接双路继电器的火线输出端，所述第一光耦的第3端接地，所述第一光耦的第4端通过第一上拉电路输出火线电流回路检测信号；
零线电流回路检测电路包括第二光耦，所述第二光耦的第1端连接双路继电器的火线输入端，所述第二光耦的第2端通过第二分压电路连接双路继电器的零线输出端，所述第二光耦的第3端接地，所述第二光耦的第4端通过第二上拉电路输出零线电流回路检测信号；
负载检测电路包括第三光耦，所述第三光耦的第1端连接双路继电器的火线输出端，所述第三光耦的第2端通过第三分压电路连接双路继电器的零线输出端，所述第三光耦的第3端接地，所述第三光耦的第4端通过第三上拉电路输出负载检测信号。
具体的，所述双路继电器的火线输出端与第一分压电路之间还设有用于检测环路方向的第一二极管，所述第一二极管的负极连接双路继电器的火线输出端，所述第一二极管的正极连接第一分压电路的一端。
优选的，所述第一分压电路包括依次相串联的第二电阻、第三电阻和第四电阻。
进一步的，所述第一上拉电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接第一电源，所述第一电阻的另一端连接第一光耦的第4端，所述第一电阻与第一光耦的第4端的连接线之间对应输出火线电流回路检测信号。
在本方案中，所述双路继电器的零线输出端与第二分压电路之间还设有用于检测环路方向的第二二极管，所述第二二极管的负极连接双路继电器的零线输出端，所述第二二极管的正极连接第二分压电路的一端。
优选的，所述第二分压电路包括依次相串联的第六电阻、第七电阻和第八电阻。
进一步的，所述第二上拉电路包括第五电阻，所述第五电阻的一端连接第一电源，所述第五电阻的另一端连接第二光耦的第4端，所述第五电阻与第二光耦的第4端的连接线之间对应输出零线电流回路检测信号。
具体的，所述双路继电器的火线输出端与第三分压电路之间还设有第三二极管，所述第三二极管的正极连接第三分压电路的一端，所述第三二极管的负极连接双路继电器的火线输出端。
优选的，所述第三分压电路包括依次相串联的第十电阻、第十一电阻和第十二电阻。
本发明解决上述第二种技术问题所采用的技术方案为：一种双回路继电器的保护方法，其特征在于：用于对电能表中的双回路继电器进行保护，包括以下步骤：
步骤1、电能表接收到合闸命令；
步骤2、查阅该电能表上一条收到的命令，并判断上一条收到的命令是否为合闸命令，如是，则转入步骤3；如否，则转入步骤4；
步骤3、判断该电能表中的双回路继电器此时是否为合闸成功，如是，则无需执行合闸命令，结束；如否，则电能表将以事件形式记录，拒绝该电能表中的双路继电器后续执行合闸命令，结束；
步骤4、通过上述如上述的检测电路检测三个IO口的信号，并判断三个IO口是否均输出1，如是，则该电能表中的双回路继电器执行合闸命令，结束；如否，则该电能表中的双回路继电器拒绝执行合闸命令，并记录事件，结束。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过火线电流回路检测电路、零线电流回路检测电路和负载检测电路对双回路继电器的实际状态进行检测，并分析电能表中可能会出现的接线情况下，上述三个检测电路对应的输出信号，因此该检测电路能有效判断出电能表的误接线情况，且电能表通过保护方法对误接线情况进行拒绝合闸命令，从而能有效避免电能表合闸时出现烧毁双路继电器情况，能进一步保护电能表。
附图说明
图1为本发明实施例中双回路继电器的工作原理框图；
图2为本发明实施例中双回路继电器检测电路的电路图；
图3为本发明实施例中双回路继电器保护方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
电能表的继电器常用于执行合闸和拉闸命令，从而使市电能对连接电能表的负载进行供电或断电。本实施例中，继电器使用双回路继电器，如图1所示，该双回路继电器设于电能表内，电能表的火线输入端UL和零线输入端UN分别与双回路继电器的两组触点K1和K2的输入端相连接，双回路继电器的两组触点K1和K2的输出端分别对应为火线输出端UL_OUT和零线输出端UN_OUT，火线输出端UL_OUT和零线输出端UN_OUT连接负载。电能表内还设有MCU，检测电路的检测信号输出给MCU，同时MCU与双回路继电器相连接，通过MCU控制双回路继电器合闸或拉闸，从而实现电能表的合闸或拉闸。
为了实现对上述双路继电器的状态进行检测，如图2所示，一种双回路继电器的检测电路包括火线电流回路检测电路1、零线电流回路检测电路2以及负载检测电路3，其中，
火线电流回路检测电路1包括第一光耦E1，第一光耦E1的第1端连接双路继电器的零线输入端UN，第一光耦E1的第2端通过第一分压电路11连接双路继电器的火线输出端UL_OUT，第一光耦E1的第3端接地，第一光耦E1的第4端通过第一上拉电路12输出火线电流回路检测信号OUT_L；
零线电流回路检测电路2包括第二光耦E2，第二光耦E2的第1端连接双路继电器的火线输入端UL，第二光耦E2的第2端通过第二分压电路21连接双路继电器的零线输出端UN_OUT，第二光耦E2的第3端接地，第二光耦E2的第4端通过第二上拉电路22输出零线电流回路检测信号OUT_N；
负载检测电路3包括第三光耦E3，第三光耦E3的第1端连接双路继电器的火线输出端UL_OUT，第三光耦E3的第2端通过第三分压电路31连接双路继电器的零线输出端UN_OUT，第三光耦E3的第3端接地，第三光耦E3的第4端通过第三上拉电路32输出负载检测信号OUT_F。
其中，火线电流回路检测电路1中还包括设于双路继电器的火线输出端UL_OUT与第一分压电路11之间用于检测环路方向的第一二极管VD1，第一二极管VD1的负极连接双路继电器的火线输出端UL_OUT，第一二极管VD1的正极连接第一分压电路11的一端。本实施例中，第一分压电路11包括依次相串联的第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，这里第一分压电路11不限于3颗电阻，电阻的数量、阻值、封装由UL和UN的电压决定选择；另外，第一上拉电路12包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端连接第一电源VCC，第一电阻R1的另一端连接第一光耦E1的第4端，第一电阻R1与第一光耦E1的第4端的连接线之间对应输出火线电流回路检测信号OUT_L。
零线电流回路检测电路2还包括设于双路继电器的零线输出端UN_OUT与第二分压电路之间21用于检测环路方向的第二二极管VD2，第二二极管VD2的负极连接双路继电器的零线输出端UN_OUT，第二二极管VD2的正极连接第二分压电路21的一端。本实施例中，第二分压电路21包括依次相串联的第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，这里第二分压电路21不限于3颗电阻，电阻的数量、阻值、封装由UL和UN的电压决定选择；另外，第二上拉电路22包括第五电阻R5，第五电阻R5的一端连接第一电源VCC，第五电阻R5的另一端连接第二光耦E2的第4端，第五电阻R5与第二光耦E1的第4端的连接线之间对应输出零线电流回路检测信号OUT_N。
负载检测电路3还包括设于双路继电器的火线输出端UL_OUT与第三分压电路31之间用于保证第二光耦E3反向导通的第三二极管VD3，第三二极管VD3的正极连接第三分压电路31的一端，第三二极管VD3的负极连接双路继电器的火线输出端UL_OUT；本实施例中，第三分压电路31包括依次相串联的第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12，这里第三分压电路31不限于3颗电阻，电阻的数量、阻值、封装由UL和UN的电压决定选择；另外，第三上拉电路32包括第九电阻R9，第九电阻R9的一端连接第一电源VCC，第九电阻R9的另一端连接第三光耦E3的第4端，第九电阻R9与第三光耦E3的第4端的连接线之间对应输出负载检测信号OUT_F。
当上述双回路继电器接线正常时，且双回路继电器合闸成功时，则双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输入端UN之间有压差，双回路继电器的零线输出端UN_OUT与火线输入端UL之间有压差，且双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输出端UN_OUT之间也有压差，检测电路的工作原理为：火线电流回路检测电路中火线输出端UL_OUT与零线输入端UN之间有压差，从而第一光耦E1导通，第一光耦E1的第4端被上拉电阻决定的高电平在光耦导通后被拉低为低电平，则该火线电流回路检测信号OUT_L对应的逻辑信号为0；同样的，零线输出端UN_OUT与火线输入端UL之间有压差，则零线电流回路检测电路中的第二光耦E2导通，则零线电流回路检测信号OUT_N对应的逻辑信号为0；另外，双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输出端UN_OUT之间也有压差时，则负载检测电路中的第三光耦E3导通，负载检测信号OUT_F对应的逻辑信号为0。因此双回路继电器接线正常且合闸时，火线电流回路检测信号OUT_L、零线电流回路检测信号OUT_N和负载检测信号OUT_F对应的逻辑信号均为0。
相反的是，当上述双回路继电器接线正常时，且双回路继电器拉闸时，则双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输入端UN之间无压差，双回路继电器的零线输出端UN_OUT与火线输入端UL之间无压差，且双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输出端UN_OUT之间也无压差，检测电路的工作原理为：火线电流回路检测电路中火线输出端UL_OUT与零线输入端UN之间无压差，从而第一光耦E1不导通，第一光耦E1的第4端输出电平由上拉电阻拉高为高电压，则该火线电流回路检测信号OUT_L对应的逻辑信号为1；同样的，零线输出端UN_OUT与火线输入端UL之间无压差，则零线电流回路检测电路中的第二光耦E2不导通，则零线电流回路检测信号OUT_N对应的逻辑信号为1；另外，双回路继电器的火线输出端UL_OUT与零线输出端UN_OUT之间也无压差时，则负载检测电路中的第三光耦E3不导通，负载检测信号OUT_F对应的逻辑信号为1。因此双回路继电器接线正常且拉闸时，火线电流回路检测信号OUT_L、零线电流回路检测信号OUT_N和负载检测信号OUT_F对应的逻辑信号均为1。
本实施例中统计出电能表可能会出现的接线情况以及电能表可能会出现的每种接线情况在拉闸情况下对应在双回路继电器检测电路中的输出信号，其结果如表1所示，其中负载情况中的Y表示连接有负载；N表示未连接负载，/表示可连接负载，也可不连接负载。
以状态1为例进行说明，负载端的零线输出端UN_OUT连接市电的火线UL，负载端的火线输出端UL_OUT连接市电的零线UN，此时火线输出端UL_OUT与零线输入端UN之间无压差，则OUT_L输出为逻辑1，同时的零线输出端UN_OUT与火线输入端UL之间无压差，则OUT_N输出为逻辑1；另外，负载端的零线输出端UN_OUT与负载端的火线输出端UL_OUT之间分别为火线UL和零线UN，则负载端的零线输出端UN_OUT与负载端的火线输出端UL_OUT之间有压差，检测电路中OUT_F输出为逻辑0。
表1双回路继电器检测电路逻辑表
根据表1中的结果分析可以知道当拉闸情况下时，有火线电流回路检测信号OUT_L、零线电流回路检测信号OUT_N和负载检测信号OUT_F中任意一个逻辑信号为0时，该电能表则出现误接线的情况，在这种情况下继续执行合闸命令时，会烧坏电能表中的双路继电器。
该表1中的结果为根据预设可能出现的接线情况而对应分析的火线电流回路检测信号OUT_L、零线电流回路检测信号OUT_N和负载检测信号OUT_F的输出结果，该分析过程为正向推导过程；但在实际使用过程中，工作人员并不知道电能表的实际接线情况，因此也可以通过上述检测电路中火线电流回路检测信号OUT_L、零线电流回路检测信号OUT_N和负载检测信号OUT_F的输出信号反向推导出电能表的实际接线情况，从而方便工作人员及时了解用户的偷电情况，但从表1中可以看出，状态2和状态7对应的三个检测信号均相同，状态4、状态5和状态8三者之间对应的三个检测信号均相同，因此根据三个检测信号反向推导时则无法判断出具体的接线情况，此时则需要使用下述的双回路继电器的保护方法对逻辑表进行分析判断。
为了能有效避免电能表在误接线时，该电能表继续执行合闸命令从而导致电能表内的继电器烧毁故障的情况，因此通过以下方法进行保护，一种双回路继电器的保护方法，包括以下步骤：
步骤1、电能表接收到合闸命令；
步骤2、查阅该电能表收到的上一条与继电器有关的命令，并判断上一条收到的命令是否为合闸命令，如是，则转入步骤3；如否，则转入步骤4；
步骤3、判断该电能表中的双回路继电器此时是否为合闸成功，如是，则无需执行合闸命令，结束；如否，则电能表将以事件形式记录，拒绝该电能表中的双路继电器后续执行合闸命令，结束；
步骤4、通过上述如上述的检测电路检测三个IO口的信号，并判断三个IO口是否均输出1，如是，则该电能表中的双回路继电器执行合闸命令，结束；如否，则该电能表中的双回路继电器拒绝执行合闸命令，并记录事件，结束。
通过在电能表每次合闸之前查阅上一条命令，当上一条为拉闸命令时，则通过检测电路检测三个IO口的信号，三个IO口输出的信号分别对应为OUT_L、OUT_N和OUT_F，从而判断出此时的电能表接线是否正常，当电能表接线不正常时，则拒绝合闸命令，从而能有效避免电能表接线异常时继续合闸而造成对双路继电器的损坏，因此该保护方法在执行合闸命令之前，查询上一条与继电器相关的命令并结合当前检测到的硬件逻辑进行分析判断，能对电能表内的双路继电器进行有效保护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双回路继电器的检测电路，该双回路继电器设于电能表内，所述电能表的火线输入端(UL)和零线输入端(UN)分别与双回路继电器的两组触点相连接，所述双回路继电器的两组触点输出端分别对应为火线输出端(UL_OUT)和零线输出端(UN_OUT)，所述火线输出端(UL_OUT)和零线输出端(UN_OUT)连接负载，其特征在于：所述双回路继电器的检测电路包括火线电流回路检测电路(1)、零线电流回路检测电路(2)以及负载检测电路(3)，其中，
火线电流回路检测电路(1)包括第一光耦(E1)，所述第一光耦(E1)的第1端连接双路继电器的零线输入端(UN)，所述第一光耦(E1)的第2端通过第一分压电路(11)连接双路继电器的火线输出端(UL_OUT)，所述第一光耦(E1)的第3端接地，所述第一光耦(E1)的第4端通过第一上拉电路(12)输出火线电流回路检测信号(OUT_L)；
零线电流回路检测电路(2)包括第二光耦(E2)，所述第二光耦(E2)的第1端连接双路继电器的火线输入端(UL)，所述第二光耦(E2)的第2端通过第二分压电路(21)连接双路继电器的零线输出端(UN_OUT)，所述第二光耦(E2)的第3端接地，所述第二光耦(E2)的第4端通过第二上拉电路(22)输出零线电流回路检测信号(OUT_N)；
负载检测电路(3)包括第三光耦(E3)，所述第三光耦(E3)的第1端连接双路继电器的火线输出端(UL_OUT)，所述第三光耦(E3)的第2端通过第三分压电路(31)连接双路继电器的零线输出端(UN_OUT)，所述第三光耦(E3)的第3端接地，所述第三光耦(E3)的第4端通过第三上拉电路(32)输出负载检测信号(OUT_F)。
2.根据权利要求1所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述双路继电器的火线输出端(UL_OUT)与第一分压电路(11)之间还设有用于检测环路方向的第一二极管(VD1)，所述第一二极管(VD1)的负极连接双路继电器的火线输出端(UL_OUT)，所述第一二极管(VD1)的正极连接第一分压电路(11)的一端。
3.根据权利要求2所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述第一分压电路(11)包括依次相串联的第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)。
4.根据权利要求1所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述第一上拉电路(12)包括第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的一端连接第一电源(VCC)，所述第一电阻(R1)的另一端连接第一光耦(E1)的第4端，所述第一电阻(R1)与第一光耦(E1)的第4端的连接线之间对应输出火线电流回路检测信号(OUT_L)。
5.根据权利要求1所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述双路继电器的零线输出端(UN_OUT)与第二分压电路(21)之间还设有用于检测环路方向的第二二极管(VD2)，所述第二二极管(VD2)的负极连接双路继电器的零线输出端(UN_OUT)，所述第二二极管(VD2)的正极连接第二分压电路(21)的一端。
6.根据权利要求2所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述第二分压电路(21)包括依次相串联的第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第八电阻(R8)。
7.根据权利要求1所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述第二上拉电路(22)包括第五电阻(R5)，所述第五电阻(R5)的一端连接第一电源(VCC)，所述第五电阻(R5)的另一端连接第二光耦(E2)的第4端，所述第五电阻(R5)与第二光耦(E1)的第4端的连接线之间对应输出零线电流回路检测信号(OUT_N)。
8.根据权利要求1所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述双路继电器的火线输出端(UL_OUT)与第三分压电路(31)之间还设有第三二极管(VD3)，所述第三二极管(VD3)的正极连接第三分压电路(31)的一端，所述第三二极管(VD3)的负极连接双路继电器的火线输出端(UL_OUT)。
9.根据权利要求2所述的双回路继电器的检测电路，其特征在于：所述第三分压电路(31)包括依次相串联的第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)。
10.一种双回路继电器的保护方法，其特征在于：用于对电能表中的双回路继电器进行保护，包括以下步骤：
步骤1、电能表接收到合闸命令；
步骤2、查阅该电能表上一条收到的命令，并判断上一条收到的命令是否为合闸命令，如是，则转入步骤3；如否，则转入步骤4；
步骤3、判断该电能表中的双回路继电器此时是否为合闸成功，如是，则无需执行合闸命令，结束；如否，则电能表将以事件形式记录，拒绝该电能表中的双路继电器后续执行合闸命令，结束；
步骤4、通过上述如权利要求1～9任一项所述的检测电路检测三个IO口的信号，并判断三个IO口是否均输出1，如是，则该电能表中的双回路继电器执行合闸命令，结束；如否，则该电能表中的双回路继电器拒绝执行合闸命令，并记录事件，结束。
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