CN1835337A - 断路器控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种断路器控制器，包括：输入组件，包括，电压输入装置，接收三相的电压输入；电流输入装置，接收三相的电流输入；操作输入装置，接收操作指令；该断路器控制器还包括：处理器，连接所述输入组件，对所接收的电压输入、电流输入和操作输入进行处理后输出控制信号，指示断路器的脱扣与连接；输出组件，连接所述处理器，包括继电器和磁通变换器，在所述处理器的控制信号的控制下控制断路器的脱扣与连接；通信组件，连接所述处理器，包括通信接口与通信芯片，连接到通信总线实现通信；显示组件，连接所述处理器，根据所述处理器的指令显示所述断路器的状态；电源组件，为上述各组件提供电源。
Description
技术领域
本发明涉及断路器技术领域，更具体地说，涉及断路器控制器。
背景技术
目前在工业现场用作配电或电机保护的处理器，基本达到了九十年代水平，可对各种信号进行实时处理，实现多种保护特性和众多的辅助功能；当处理器发出动作指令时，能通过磁通变换器快速有效分断断路器。但是这已不能满足不断提高的配电系统要求：处理器应能作到更清晰的现场断路器工作状况显示，实时与远端进行数据交换，而且带有一定的监控和区域性联锁能力。
于是，就需要一种能够满足上述需求的新型的断路器控制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有通信适配能力强的通讯接口、结构紧凑、精密可靠的断路器控制器，该断路器控制器能在数据采集、计算以及实时监控等方面具有更高的精度和可靠性，保证工业生产的安全进行。
根据本发明，提供一种断路器控制器，包括：输入组件，包括，电压输入装置，接收三相的电压输入；电流输入装置，接收三相的电流输入；操作输入装置，接收操作指令；处理器，连接所述输入组件，对所接收的电压输入、电流输入和操作输入进行处理后输出控制信号，指示断路器的脱扣与连接；输出组件，连接所述处理器，包括继电器和磁通变换器，在所述处理器的控制信号的控制下控制断路器的脱扣与连接；通信组件，连接所述处理器，包括通信接口与通信芯片，连接到通信总线实现通信；显示组件，连接所述处理器，根据所述处理器的指令显示所述断路器的状态；电源组件，为上述各组件提供电源。
其中，所述电压输入装置包括：三个分压器，每一个分压器的输入连接一个电压输入信号，其输入还连接到地端；三个检波器，每一个检波器连接一个分压器；多路开关，接收三个检波器的输出，多路开关的输出连接至所述处理器。
所述电流输入装置包括：三个检波器，每一个检波器的输入连接一路电流输入信号，输出连接到所述处理器。
所述操作输入装置包括：5个按键，分别为“功能”、“模式”、“加”、“减”以及“返回”。
所述处理器为具有10位A/D输入和多组I/O口的单片机。较佳的，所述处理器具有LCD段码驱动，所述显示组件为LCD段码显示器。
所述通信组件包括485通信接口，连接到Modbus通信总线，以及DeviceNet通信芯片，通过一驱动设备连接到Modbus通信总线。
根据一实施例，所述处理器还包括联锁组件，连接到所述处理器，通过所述联锁组件，可以实现数个所述处理器的级联。
所述电源组件具有具有电流互感器，可作为自生电源，还包括电池。
本发明的断路器控制器不仅具有长延时、短延时、瞬动、接地保护、位置检测等传统相关功能，通过采集工业配电系统中某一条线路中的三相电流、三相电压等电量，根据功能设置进行相关计算，及时指令万能式断路器脱扣，起到保护整个工业配电及运行系统安全的作用。而且处理器具有大屏幕液晶显示及监控功能，可在液晶显示面板上直接显示相关数据，还具备通信接口，有很强的通信适配能力，可通过MODBUS或DeviceNet接口接入相应网络，与远端进行数据交换。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，
图1是根据本发明的一实施例的断路器控制器的结构框图；
图2是根据本发明的一实施例的电压输入装置的结构框图；
图3是根据本发明的一实施例的电流输入装置的结构框图；
图4是根据本发明的一实施例的输出组件的结构框图；
图5是根据图4所示的实施例的输出组件的一具体电路图；
图6是根据本发明的一实施例的通信组件的结构框图；
图7是根据本发明的一实施例的电源组件的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
首先参考图1，图1是根据本发明的一实施例的断路器控制器的结构框图，如图1所示，该实施例的断路器控制器100包括：
输入组件102，包括，
电压输入装置120，接收三相的电压输入；
电流输入装置122，接收三相的电流输入；
操作输入装置124，接收操作指令；
处理器104，连接输入组件102，对所接收的电压输入、电流输入和操作输入进行处理后输出控制信号，指示断路器的脱扣与连接；
输出组件106，连接处理器104，包括继电器和磁通变换器，在处理器104的控制信号的控制下控制断路器的脱扣与连接；
通信组件108，连接处理器104，包括通信接口与通信芯片，连接到通信总线109实现通信；
显示组件110，连接处理器104，根据处理器104的指令显示断路器的状态；
电源组件112，为上述各组件提供电源。
参考图1所示的实施例，其中还包括联锁组件114，连接到处理器104，通过联锁组件，可以实现数个控制器的级联；以及
蜂鸣器116和指示灯118，这两个部件用来向用户给出提示信号。
下面详细描述一下上述图1中示出的各个部件的具体结构和功能，首先，电压输入装置120，参考图2，图2是根据本发明的一实施例的电压输入装置的结构框图，该电压输入装置120包括：
三个分压器120A、120B和120C，每一个分压器具有两个输入端，其中一个输入连接一个电压输入信号UA、UB、UC，另一个输入连接到地端；经过上述各相的分压器和相应的检波器，可将交流电压转换为直流电压
三个检波器121A、121B和121C，每一个检波器连接一个分压器；
多路开关123，接收三个检波器的输出，多路开关123的输出连接至处理器104。具体到该实施例，处理器采用的是MC68HC908LK24芯片，多路开关123输出一路信号至MC68HC908LK24芯片的ADC5管脚，并从MC68HC908LK24芯片的PTD5和PTD6管脚接收多路选择信号，根据多路选择信号从三个检波器的输出中挑选一路输出到处理器104。
图3是根据本发明的一实施例的电流输入装置122的结构框图，该电流输入装置122包括：
三个检波器122A、122B和122C，每一个检波器具有两个输入端，连接两路电流输入信号，输出连接到处理器104，具体到该实施例，处理器采用的是MC68HC908LK24芯片，三个检波器122A、122B和122C分别输出到ADC0、ADC1和ADC2管脚。输入的三相电流经过电流互感器转换成为相应的交流电压，并通过各自的检波器转换成相应的脉动直流电压输入处理器。
参考图1，本实施例中，操作输入装置124包括：5个按键，分别为“功能”、“模式”、“加”、“减”以及“返回”，通过输入隔离模块124A连接到处理器104，具体到该实施例，处理器采用的是MC68HC908LK24芯片，上述的5个按键分别连接到PTD0、PTD1、PTD2、PTD3和PTD4管脚。本发明中安排了五个输入按键，分别用于进行功能、模式、递加、递减、返回等五项操作。同时，开启电源时，前面提到的指示灯(此处为双色指示灯)118显示绿色，表示正常工作。工作或者操作异常时，显示红色，以示警示。在按键或出错时，上述的蜂鸣器116也会报警，以示提示。
如前面已经介绍的，此处使用的处理器104是MC68HC908LK24单片机，该芯片运算速度快，适应对信号的快速处理。对于本领域的技术人员来说，可以理解，处理器也可以采用其他的型号，但是具有10位A/D输入和多组I/O口的单片机是较佳的选择。
对于本发明中的输出组件106，连接处理器104，包括继电器和磁通变换器，在处理器104的控制信号的控制下控制断路器的脱扣与连接。其中继电器实现对于外部负载的控制，而磁通变换器实现对于断路器的脱扣。图4是根据本发明的一实施例的输出组件的结构框图，如图可见，处理器104的输出通过一输出隔离模块106A连接到一组继电器107A和磁通变换器107B，其中，磁通变换器107B由一驱动模块107C驱动。具体到该实施例。处理器104是MC68HC908LK24芯片，其输出管脚PTD0-PTD5和PTD7输出7个信号到输出隔离模块106B，输出隔离模块106B连接6个继电器，每一个继电器分别连接一输出端OP1-OP6，其中第一继电器至第四继电器还连接到COM1端口，第五继电器至第六继电器还连接到COM2端口。输出隔离模块106B的另一个输出连接磁通变换器107B和驱动模块107C。
图5是根据图4所示的实施例的输出组件的一具体电路图。
本发明中的通信组件108连接处理器104，包括通信接口与通信芯片，连接到通信总线109实现通信。参考图6，图6是根据本发明的一实施例的通信组件的结构框图。其包括：DeviceNet通信芯片108A，接收来自处理器104的信号，并输出到一驱动设备108B，驱动设备108B连接到Modbus通信总线109，485通信接口108C，直接连接到Modbus通信总线109。具体到该实施例。处理器104是MC68HC908LK24芯片，其管脚RxD0和TxD0输出信号至DeviceNet通信芯片108A和485通信接口108C的接收管脚TxD和RxD，DeviceNet通信芯片108A输出管脚RxDC和TxDC输出信号至驱动设备108B，485通信接口108C输出信号485A和485B至Modbus通信总线109。由此，处理器104串行接口分别与485通讯接口和DeviceNet通讯芯片相连，使本发明既能与Modbus系统相连，又能与DeviceNet系统相连，它们通过一个五芯插座与外部系统相连，可接受远端系统命令，与系统进行数据交换。
显示组件110，连接处理器104，根据处理器104的指令显示断路器的状态。具体到该实施例，处理器104是MC68HC908LK24芯片，具有LCD段码驱动，显示组件110为LCD段码显示器，并且具有背光控制，能对各项操作作出对应的显示，实现人机对话。
对于该实施例，还包括指示灯118和蜂鸣器116，开启电源时，指示灯(此处为双色指示灯)118显示绿色，表示正常工作。工作或者操作异常时，显示红色，以示警示。在按键或出错时，上述的蜂鸣器116也会报警，以示提示。
参考图1，该实施例的断路器控制器还包括联锁组件114，连接到处理器104，通过联锁组件，可以实现数个控制器的级联。根据图1所示的电路，端口IN1、IN2和OUT1、OUT2信号用于断路控制器的区域联锁。IN1、IN2是来自下位控制器的联锁信号，以告知下位控制器的位置状态，OUT1、OUT2则是用以通知上位控制器的联锁信号。端口LOCA是本控制器的位置检测信号，通过它控制器可以得到本控制器的位置状态。
电源组件112，为上述各组件提供电源。图7是根据本发明的一实施例的电源组件的电路图。本发明所采用的电源组件具有具有电流互感器，在图8中示为电流互感器自生电源端头112A，可作为自生电源使用，电流互感器自生电源端头112A通过6个输出端连接到电源盒112B，每两个输出端对应电源中的一相，分别使用A、B、C表示，还包括电池或者外接的交流点源，其中电源盒112B中可以放置电池，220的交流电源也连接到电源盒112B中。电源组件112输出12V的直流电源。
本发明的断路器控制器的工作原理如下：硬件整体结构包括信号输入，控制量输出，信号处理，显示，通信和电源几部分，信号输入电路包括电流互感器信号输入电路，电压信号输入电路以及位置检测信号输入电路；控制量输出电路包括控制继电器开关量输出电路和控制磁通变换器电路；号处理电路包括主芯片处理部分，数据处理后，送到显示部分显示出来。根据需要，通信电路可采用DeviceNet或MODBUS通信。本发明通过软件实现数据采集、数据处理以及控制信号输出的快速时间响应，主要流程是：采集数据以1毫秒为处理单位，在每个处理单位中对A、B、C相的电压和A、B、C相的电流都按次序进行采样，对每相电压或电流至少要重复采样四次进行平均，才能作为本处理单位中采到的结果值。在电网50周的一个周期20毫秒内，共有20个处理单元，通过对这20个单元的处理和计算，便可以得到该周期中电压、电流、功率等各个所需被测量，并相应作出适当的控制。对于瞬时出现短路大电流或突发事件，本发明可以在1至2毫秒内作出反应，并及时发出相应的控制信号，以确保及时指令万能式断路器脱扣，达到保护系统安全的目的。
本发明的断路器控制器不仅具有长延时、短延时、瞬动、接地保护、位置检测等传统相关功能，通过采集工业配电系统中某一条线路中的三相电流、三相电压等电量，根据功能设置进行相关计算，及时指令万能式断路器脱扣，起到保护整个工业配电及运行系统安全的作用。而且处理器具有大屏幕液晶显示及监控功能，可在液晶显示面板上直接显示相关数据，还具备通信接口，有很强的通信适配能力，可通过MODBUS或DeviceNet接口接入相应网络，与远端进行数据交换。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种断路器控制器，其特征在于，包括：
输入组件，包括，
电压输入装置，接收三相的电压输入；
电流输入装置，接收三相的电流输入；
操作输入装置，接收操作指令；
处理器，连接所述输入组件，对所接收的电压输入、电流输入和操作输入进行处理后输出控制信号，指示断路器的脱扣与连接；
输出组件，连接所述处理器，包括继电器和磁通变换器，在所述处理器的控制信号的控制下控制断路器的脱扣与连接；
通信组件，连接所述处理器，包括通信接口与通信芯片，连接到通信总线实现通信；
显示组件，连接所述处理器，根据所述处理器的指令显示所述断路器的状态；
电源组件，为上述各组件提供电源。
2.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，所述电压输入装置包括：
三个分压器，每一个分压器的输入连接一个电压输入信号，其输入还连接到地端；
三个检波器，每一个检波器连接一个分压器；
多路开关，接收三个检波器的输出，多路开关的输出连接至所述处理器。
3.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，电流输入装置包括：
三个检波器，每一个检波器的输入连接一路电流输入信号，输出连接到所述处理器。
4.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，所述操作输入装置包括：
5个按键，分别为“功能”、“模式”、“加”、“减”以及“返回”。
5.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，所述处理器为具有10位A/D输入和多组I/O口的单片机。
6.如权利要求5所述的断路器控制器，其特征在于，所述处理器具有LCD段码驱动，所述显示组件为LCD段码显示器。
7.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，所述通信组件包括485通信接口，连接到Modbus通信总线，以及DeviceNet通信芯片，通过一驱动设备连接到Modbus通信总线。
8.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，还包括：
联锁组件，连接到所述处理器，通过所述联锁组件，可以实现数个所述控制器的级联。
9.如权利要求1所述的断路器控制器，其特征在于，所述电源组件具有具有电流互感器，可作为自生电源，还包括电池。
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