CN1971298A - 晶闸管选相开关试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶闸管选相开关试验装置,该装置运用综合微处理器和晶闸管技术,通过控制晶闸管的触发脉冲相位来控制合闸的投入角度,以达到检测设备所需的电流电压波形等要求。该装置包括主CPU、输入输出信号采集电路、开关电源、输入输出接口、触摸屏通信、上位机通信、CPLD信号处理电路、晶闸管触发电路、功率回路、晶闸管;其电信号传递关系是:晶闸管触发电路去触发晶闸管,将信号传给输入信号采集电路,经过主CPU处理后,分别到触摸屏通信、上位机通信和输入输出接口、CPLD信号处理电路,开关电源供电给主CPU,晶闸管到功率回路,并将信号输出信号。

Description

晶闸管选相开关试验装置
技术领域
本发明涉及一种晶闸管选相装置试验装置,属于电器检验技术领域。
背景技术
晶闸管选相开关试验装置,是通过控制晶闸管的触发脉冲相位来控制合闸的投入角度,以达到检测设备所需的电流电压波形等要求。
目前,检测设备主要采用的技术是通过机械式开关,靠人工操作来实现。传统的机械式开关无法实现任意开通角度和输出波形的控制。如用于上海电器科学研究所(集团)有限公司下属的上海设备检测中心晶闸管选相开关装置。
随着技术的进步,传统的检测设备靠人工来的操作的将越来越少,将逐步的被智能化、网络化(带现场总线接口)的检测设备所替代。
因此,有必要对晶闸管选相开关试验装置进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶闸管选相开关试验装置,该装置运用综合微处理器和晶闸管技术,通过控制晶闸管的触发脉冲相位来控制合闸的投入角度,以达到检测设备所需的电流电压波形要求。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:该晶闸管选相开关试验装置包括主CPU、输入输出信号采集电路、控制电源、输入输出接口、触摸屏通信、上位机通信、CPLD信号处理电路和晶闸管触发电路。
主CPU采用日立公司的十六位处理器芯片,通过内部定时器产生六个等间隔的相位可控的触发脉冲前沿,并使用CPLD进行逻辑运算,形成要求形状的调制脉冲触发晶闸管。
输入输出信号采集通过max319电子开关切换交流输入电压电流信号,采用精度较高的运算放大器op07输出信号,通过4052切换不同输入到单片机H8/3687的AD口,使用片内10位的A/D。
操作显示部分使用了5.7英寸256色真彩的液晶触摸显示屏,直观的图形界面和简单的操作来实现本地控制功能。
控制电源为220V开关电源,使用TOP223芯片,使用定制变压器,输出+5V(800mA),+9V,-9V(为运算放大器的电源),+24V(400mA)为辅助继电器电源。另外+G24V隔离电源,专供外部输入信号使用,+G5V为通信使用。为了保证稳定,+9V,-9V,+G5V采用三端稳压源。由于触发晶闸管的电流较大,所以采用另外接24的直流电源。
通信电路均采用485/ModBus通信协议,采用光藕隔离输入输出信号,接口1与触摸屏通讯,接口2与上位机通讯。
在软件设计上,设备上电后,完成程序初始化过程后,一直等待设备的启动信号,在这个过程中,用户可以通过本地触摸屏的操作面板或者远程的上位机修改相应的各种相关的参数,同时也可以查看一些测量的数据,如电压、电流、故障状态等。当设备处于工作阶段,用户在这时修改的参数要到下一次设备工作的时候才会有效。
在整个设备的工作过程中,时刻判断故障,一旦检测出故障,立即进入故障处理程序,封锁设备,发出故障报警信号。
本发明的有益效果:利用晶闸管作为开关模块与机械式开关相比,具有体积小、重量轻、开关速度快、灵敏度高、动作无噪音、防暴、无火花、寿命长、免维护、耐震动、抗冲击、可靠性高等优点。该装置采用全数字控制,图形数字菜单操作,集控制,测量,保护功能于一身,功能强大,操作直观,性能可靠,是高性价比的新一带控制检测设备。该装置的使用将使设备的试验能力上一个新的台阶,具有一定的经济效益。
以下结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
附图说明
图1是本发明的晶闸管试验装置的硬件总体框图;
图2是本发明的晶闸管试验装置的电压信号采集示意图;
图3是本发明的晶闸管试验装置的电流信号采集示意图;
图4是本发明的晶闸管试验装置的通讯电路示意图;
图5是本发明的晶闸管试验装置的输入输出电路示意图;
图6是本发明的晶闸管试验装置的晶闸管输出触发电路示意图;
图7是本发明的晶闸管试验装置的软件总体流程图;
图8(a、b)是本发明的晶闸管试验装置的信号采集程序流程图;
图9是本发明的晶闸管试验装置的通信程序流程图;
图10是本发明的晶闸管试验装置的晶闸管触发程序流程图。
具体实施方式
参照图1,这是本发明的晶闸管选相开关试验装置的硬件总体框图。
如图所示,该装量包括主CPU(1)、输入输出信号采集电路(2)、开关电源(3)、输入输出接口(4)、触摸屏通信(5)、上位机通信(6)、CPLD信号处理电路(7)、晶闸管触发电路(8)、功率回路(9)、晶闸管(10);其电信号传递关系是:晶闸管触发电路(8)去触发晶闸管(10),将信号传给输入信号采集电路(2),经过主CPU(1)处理后,分别到触摸屏通信(5)、上位机通信(6)和输入输出接口(4)、CPLD信号处理电路(7),开关电源(3)供电给主CPU(1),晶闸管(10)到功率回路(9),并将信号输出信号(2)。
所述的主CPU(1),采用日立公司的16位处理器芯片,芯片对晶闸管输入输出的信号进行采集,通过分析计算,通过内部定时器产生六个等间隔的相位可控的触发脉冲前沿,并使用CPLD进行逻辑计算,形成要求形状的调制脉冲触发晶闸管。装置电源由AC220V的开关电源提供。装置同时检测输入信号,用于实现对装置的远程控制。装置同时通过输出节点输出同步信号和故障信号。本装置通过通讯接口实现与触摸屏和上位机的通信。
参照图2,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的电压信号采集示意图。
如图所示,电压信号,通过电压互感器,然后经过运放电路进行放大处理。运放输出的电压信号一路通过电子开关切换直接进入芯片进行AD转换,一路产生翻转信号,通过电子开关切换进入芯片进行AD转换,还有一路产生过零检测信号,进入芯片。
参照图3,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的电流信号采集示意图。如图所示,电流信号,通过电流互感器,然后经过运放电路进行放大处理。运放输出的电流信号一路通过电子开关切换直接进入芯片进行AD转换,一路产生翻转信号,通过电子开关切换进入芯片进行AD转换,还有一路产生过零检测信号,进入芯片。
参照图4,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的通讯电路示意图。如图所示,芯片的串口输出首先通过高速光电耦合器,进行信号的光电隔离。然后通过通信协议转换。一路与上位机进行通信,通过相关的协议完成本地操作的所有功能(选择运行模式、参数设置、控制起停、状态指示等);一路与5.7英寸256色真彩的液晶触摸显示屏进行通信,进行相应的参数的修改和操作,实现本地控制。
参照图5,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的输入输出电路示意图。如图所示,本装置共有六路数字量的输入,用于远程控制,包括起停、停止和模式选择等。输入信号手心进行光电隔离,然后进入芯片进行检测。本装置提供三个输出继电器用于同步信号和故障信号的输出,每个继电器提供一副5A、250V(阻性负载)常开节点。
参照图6,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的晶闸管输出触发电路示意图。在触发的时候要保证每组管子都要在同一时刻导通,不能存在延时,否则就会引起晶闸管导通存在先后,可能引起由于晶闸管两端达不到导通所需的压降,从而使个别的晶闸管没有导通,而导通的管子又承受太大的电流,致使晶闸管瞬间就击穿损坏。所以触发的关键是四路触发信号的同步,所需的晶闸管也需要在导通特性也需要又一致性。同一向的晶闸管采用同一个源产生的触发信号,经过后级的软件和硬件的处理,分成四路信号,从而保证四路信号的一致性。如图所示,芯片输出PWM驱动信号,CPLD对信号进行处理,产生调制信号16路输出,驱动四组晶闸管,然后经过晶闸管触发电路控制晶闸管的导通。
参照图7,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的软件总体流程图。
设备上电后,完成程序初始化过程后,一直等待设备的启动信号,在这个过程中,用户可以通过本地触摸屏的操作面板或者远程的上位机修改相应的各种相关的参数,同时也可以查看一些测量的数据,如电压、电流、故障状态等。当设备处于工作阶段,用户在这时修改的参数要到下一次设备工作的时候才会有效。在整个设备的工作过程中,时刻判断故障,一旦检测出故障,立即进入故障处理程序,封锁设备,发出故障报警信号。
上述流程,其步骤如下:[设备上电]后,先完成[程序初始化]过程,等待设备的启动信号,在整个设备的工作过程中,[是否存在故障],如果是,立即进入[故障处理]程序,封锁设备,发出故障报警信号,如果否,到[完成初始化],进入[等待启动信号]进行判断,如果否,返回[等待启动信号],如果是,到[设备工作过程]、[等待停止信号],如果否,返回[设备工作过程],如果是,则返回[设备工作过程]。
参照图8,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的信号采集程序流程图。如a所示,由于需要测量的数据有0.5%的精度要求。根据硬件方案,测量的电压电流信号在通过运放OP07处理后由max319电子开关切换后,实现负半周波形的翻转,直接进入主芯片H83687的10位AD口。每个周期(20ms)输入电压、电流各采样100次,通过求平方后开根号得到每个周期的实际值。由100us的基准定时器每200us启动一次AD采样。为了保证精度,每相采样10次后,把10次值进行平均,显示的为平均值。
如:A/D转换结果经过平方和并开根号后得到值600,对应于电压值2100(需要乘上3.5),因为A/D有误差,所以可能在596到604内随机变动,此时电压值2086到2114之间变化,如此看来,从最小到最大值看来变化比较大,所以现在把10次值相加求平均值,这样偶然误差比较小,可以保证值在600附近变动,从而保证精度。
如b所示,为了使串口中断程序的时间尽可能的短,不影响其他程序段的运行,在串口中断程序中只负责数据的接收,并把数据保存到相应的寄存器里,数据的处理过程都在主程序里判断执行。
上述的流程,其步骤如下:从[采样定时器中断]开始,进入[起动AD转换,开始采样]、[AD中断内处理采样数值],如果否,则返回[采样定时器中断],如果是,进入[采样次数100]进行判断,如果否,返回[采样定时器中断],如果是,到[处理一个周期的采样值]。
参照图9,是本发明的晶闸选相开关管试验装置的通信程序流程图。如图所示,为了用户操作起来更简便、看起来更美观,显示操作部分采用的是5.7英寸256色真彩的液晶触摸显示屏,图形化、实体化设计,全中文界面。
通信部分除了与触摸屏通信外,另外还有一路是与上位机的通信,两者都采用Modbus的通信协议。为了使两者的通信都能同时有效,所有的设置参数都保存在主控制器的本体上,通过定时的不断通信来实时的交换数据,实现多种模式的控制方式。
上述的流程,其步骤如下:从[通信串口中断]开始,到[判断通信地址]进行判断,如果否,[退出中断程序],如果是,到[保存数据]、[置相应标志位],然后到[退出中断程序]。
参照图10,是本发明的晶闸管选相开关试验装置的晶闸管触发程序流程图。如图所示,为保证控制的准确度和精度,本装置采用软件和硬件相结合的方式。产生的触发信号通过硬件的PWM产生,软件方面只要根据相应的判断给一个使能信号,当使能信号与PWM信号同时有效,CPLD控制器就发相应的触发脉冲给晶闸管。
为在触发的时候要保证每组管子都要在同一时刻导通,不能存在延时,要求四路触发信号的同步,所需的晶闸管也需要在导通特性也需要又一致性。同一向的晶闸管采用同一个源产生的触发信号,经过后级的软件和硬件的处理,分成四路信号,从而保证四路信号的一致性。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员,应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明,应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明,所以并非作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种晶闸管选相开关试验装置,用于电器设备检测,其特征在于:该装置包括主CPU(1)、输入输出信号采集电路(2)、开关电源(3)、输入输出接口(4)、触摸屏通信(5)、上位机通信(6)、CPLD信号处理电路(7)、晶闸管触发电路(8)、功率回路(9)、晶闸管(10);其电信号传递关系是:晶闸管触发电路(8)去触发晶闸管(10),将信号传给输入信号采集电路(2),经过主处理后,分别到触摸屏通信(5)、上位机通信(6)和输入输出接口(4)、CPLD信号处理电路(7),开关电源(3)供电给主CPU(1),晶闸管(10)到功率回路(9),并将信号输出信号(2);上述硬件和储存于CPU(1)中的软件有机结合,通过控制晶闸管的触发脉冲相位来控制合闸的投入角度,以达到检测设备所需的电流电压波形要求。
2、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的主CPU(1),采用十六位处理器芯片,通过内部定时器产生六个等间隔的相位可控的触发脉冲前沿,并使用CPLD(7)进行逻辑运算。
3、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的输入输出信号采集(2),通过max319电子开关切换交流输入电压电流信号,采用运算放大器op07输出信号,通过4052切换不同输入到单片机H8/3687的AD口,使用片内10位的A/D。
4、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的操作显示部分,使用了5.7英寸256色真彩的液晶触摸显示屏(5)。
5、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的控制电源(3)为220V开关电源,使用TOP223芯片,采用三端稳压源,输出+5V,+9V,-9V,+24V;另外+G24V隔离电源,专供外部输入信号使用,+G5V为通信使用。
6、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的上位机通信(6),有通过相关的协议完成本地操作的所有功能(选择运行模式、参数设置、控制起停、状态指示等);芯片的串口输出首先通过高速光电耦合器,进行信号的光电隔离,然后通过通信协议转换与上位机进行通信。
7、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的输入输出接口(4)包括六路数字量的输入,用于远程控制,包括起停、停止和模式选择等,输入信号首先进行光电隔离,然后进入芯片进行检测;提供三个输出继电器用于同步信号和故障信号的输出,每个继电器提供一副5A、250V,常开节点。
8、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的软件总体流程,其步骤如下:[设备上电]后,先完成[程序初始化]过程,等待设备的启动信号,在整个设备的工作过程中,[是否存在故障],如果是,立即进入[故障处理]程序,封锁设备,发出故障报警信号,如果否,到[完成初始化],进入[等待启动信号]进行判断,如果否,返回[等待启动信号],如果是,到[设备工作过程]、[等待停止信号],如果否,返回[设备工作过程],如果是,则返回[设备工作过程]。
9、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的信号采集程序流程,其步骤如下:从[采样定时器中断]开始,进入[起动AD转换,开始采样]、[AD中断内处理采样数值],如果否,则返回[采样定时器中断],如果是,进入[采样次数100]进行判断,如果否,返回[采样定时器中断],如果是,到[处理一个周期的采样值]。
10、如权利要求1所述的晶闸管选相开关试验装置,其特征在于:所述的通信程序流程,其步骡如下:从[通信串口中断]开始,到[判断通信地址]进行判断,如果否,[退出中断程序],如果是,到[保存数据]、[置相应标志位],然后到[退出中断程序]。
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