CN202333991U - 一种智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种智能控制器，用于控制低压断路器的运行，包括数据输入单元、微处理器单元、供电单元和通信单元。所述数据输入单元用于接收并调整电网实际负载信号；所述微处理器单元的信号输入端与所述数据输入单元的信号输出端电连接，用于接收并处理所述数据输入单元调整后的电网实际负载信号；所述通信单元与所述微处理器单元电连接，通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。本实用新型提供的智能控制器，采用GSM短信通信方式实现对断路器的遥调、遥控、遥信、遥测功能，节约网络资源且成本较低。在电网配电发生故障等异常情况时，可通过短信息方式告知相关责任人员，相关责任人员也可通过短信方式来查询或处理。

Description

一种智能控制器

技术领域

本实用新型涉及低压配电保护的技术领域，特别是一种用于低压断路器的智能控制器。 

背景技术

智能化电网是未来电网发展的趋势，低压电网的智能化的最重要部分是低压断路器的智能化，智能化低压断路器必须同时具有数字保护、自动控制和通讯功能。 

智能控制器是智能化低压断路器的核心控制单元。目前，用作低压断路器的智能控制器大多通过Modbus(Modbus是用于工业现场的总线协议。通过此协议，控制器相互之间或者控制器经由以太网等网络与其它设备之间可进行通信。)等各种现场总线实现通讯功能。 

然而，这种控制器存在以下不足：①由于Modbus总线式组网主要应用于通信频繁且数据量较大的场合，而智能控制器对低压断路器的控制过程通信并不频繁且数据量也不大，因此应用Modbus进行通讯，严重浪费了网络资源；②由于Modbus是一种用于工业现场的总线协议，需要在工业现场建设相关基础设施才能使用，而由于相关基础设施体积比较庞大，不能灵活移动，必须专门配备工作人员在现场进行监控，因此这种智能控制器的工程建设费用耗资巨大，后期维护成本也很高，而且还要占用人力资源。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术的智能控制器通过Modbus等各种现场总线实现通讯，浪费网络资源且成本很高，而提供一种节约网络资源且成本较低的智能控制器。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种智能控制器，用于控制低压断路器的运行，所述智能控制器包括

数据输入单元，用于接收并调整电网实际负载信号。

微处理器单元，其信号输入端与所述数据输入单元的信号输出端电连接，用于接收并处理所述数据输入单元调整后的电网实际负载信号。 

供电单元，用于向所述微处理器单元和所述数据输入单元供电。 

还包括： 

通信单元，与所述微处理器单元电连接，所述通信单元通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。

上述智能控制器中，所述通信单元包括通信接口模块和GSM收发处理单元，所述GSM收发处理单元通过所述通信接口模块与所述微处理器单元电连接，所述GSM收发处理单元通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。 

上述智能控制器中，所述GSM收发处理单元包括： 

GSM短信功能模块，与所述通信接口模块电连接，用于将所述微处理器单元输出的数字信号打包成通用信息传输信号，或者将从移动通信网络接收到的通用信息传输信号解码成数字信号。

GSM天线，与所述GSM短信功能模块电连接，用于通过移动通信网络收发通用信息传输信号。 

上述智能控制器中，所述GSM收发处理单元还包括： 

GSM指示模块，与所述GSM短信功能模块电连接，用于显示通信状态。

外接电源模块，与所述GSM短信功能模块电连接，用于向所述GSM短信功能模块供电。 

上述智能控制器中，还包括数据输出单元，所述数据输出单元包括脱扣控制驱动模块，所述脱扣控制驱动模块的信号输入端与所述微处理器单元的信号输出端连接，用于接收并发出所述微处理器单元的指令信号使所述断路器分闸。 

上述智能控制器中，所述数据输出单元还包括显示模块，所述显示模块的信号输入端与所述微处理器单元的信号输出端连接，用于显示实时数据或通信状态。 

上述智能控制器中，还包括存储模块和系统时钟模块；所述系统时钟模块与所述微处理器单元电连接，用于使所述智能控制器具备时钟功能，记录故障时刻；所述存储模块与所述微处理器单元电连接，用于记录所述智能控制器的参数和状态。 

上述智能控制器中，所述数据输入单元包括信号接收处理单元，所述信号接收处理单元包括： 

A相互感器、B相互感器、C相互感器和N相互感器，分别与供电线路的A相、B相、C相和中性线连接，用于接收电网实际负载信号。

A相通道信号调理模块、B相通道信号调理模块、C相通道信号调理模块和N相通道信号调理模块，信号输入端分别与所述A相互感器、所述B相互感器、所述C相互感器和所述N相互感器的信号输出端连接，所述A相通道信号调理模块、所述B相通道信号调理模块、所述C相通道信号调理模块和所述N相通道信号调理模块的信号输出端与所述微处理器单元的信号输入端连接，用于对接收到的电网实际负载信号的电压幅值进行调整。 

接地通道信号调理模块，其信号输出端与所述微处理器单元的信号输入端连接。 

上述智能控制器中，所述数据输入单元还包括键盘，所述键盘的信号输出端与所述微处理器单元的信号输入端连接，用于设置或查询所述智能控制器的各种参数或状态。 

上述智能控制器中，所述供电单元包括速饱和电源模块和辅助电源模块。 

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点。 

①本实用新型的智能控制器，包括与微处理器单元电连接的通信单元，利用该单元，无线移动通信设备（如手机）可以通过GSM短信等方式对断路器进行远程监控，本技术方案与现有技术的总线式组网方式相比，无需特意在工业现场建设相关基础设施和布线，也无需单独配备工作人员现场值守，不仅降低了工程建设费用，节约了人力资源，而且合理利用了现有的公共移动通信网络资源，大大降低了成本。 

②本实用新型的智能控制器，通信单元包括通信接口模块和GSM收发处理单元。由于智能控制器对低压断路器的控制过程通信并不频繁且数据量也不大，因此利用GSM短信方式即可满足其通信要求，而无需事先为其保留通信流量。在进行数据传输时，控制器利用公共移动通信网络即可进行数据传输，占用的网络资源非常小。并且，GSM作为全球移动通信系统，技术人员可以在距离断路器很远的地方对断路器的状态进行了解和监控，非常便捷。 

③本实用新型的智能控制器，GSM收发处理单元通过GSM天线等模块可以实现GSM短信信号的发出和接收，可以与指定号码的手机或其他设备联网，实现遥调、遥控、遥信、遥测功能。当发生异常情况时，控制器可以通过短信息方式告知相关人员，相关人员也可以通过短信方式查询或处理所发生的异常情况，这样的设计极大地方便了相关人员的工作，使相关人员不仅可以对断路器进行远程监控，还可以对智能控制器进行远程处理及操作。 

④本实用新型的智能控制器，包括系统时钟模块和存储模块，系统时钟模块使智能控制器具备时钟功能，用于记录故障发生的时刻，存储模块用于记录智能控制器的参数及状态，这样的设计便于相关人员对这些信息的提取，为系统的维护和保养提供了方便。 

⑤本实用新型的智能控制器，包括键盘，能够设置或查询智能控制器的各种参数或状态，方便使用。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中 

图1是本实用新型智能控制器的原理框图；

图2是本实用新型智能控制器的A相通道信号调理模块的电路图；

图3是本实用新型智能控制器的B相通道信号调理模块的电路图；

图4是本实用新型智能控制器的C相通道信号调理模块的电路图；

图5是本实用新型智能控制器的N相通道信号调理模块的电路图；

图6是本实用新型智能控制器的接地通道信号调理模块的电路图；

图7是本实用新型智能控制器的键盘的电路图；

图8是本实用新型智能控制器的微处理器单元的电路图；

图9是本实用新型智能控制器的供电单元与脱扣控制驱动模块的集成电路图；

图10是本实用新型智能控制器的显示模块的电路图； 

图11是本实用新型智能控制器的通信接口模块的电路图；

图12是本实用新型智能控制器的外接电源模块的电路图；

图13是本实用新型智能控制器的GSM指示模块的电路图；

图14是本实用新型智能控制器的GSM短信功能模块的电路图； 

图15是本实用新型智能控制器的系统时钟模块的电路图。

图中附图标记表示为： 

1-微处理器单元，2-数据输入单元，21-信号接收处理单元，211-A相互感器，212-B相互感器，213-C相互感器，214-N相互感器，215-A相通道信号调理模块，216-B相通道信号调理模块，217-C相通道信号调理模块，218-N相通道信号调理模块，219-接地通道信号调理模块，22-键盘，3-数据输出单元，31-显示模块，32-脱扣控制驱动模块，4-通信单元，41-通信接口模块，42-GSM收发处理单元，421-GSM短信功能模块，422-外接电源模块，423-GSM指示模块，424-GSM天线，5-系统时钟模块，6-存储模块，7-供电单元，71-速饱和电源模块，72-辅助电源模块。

具体实施方式

如图1所示，是本实用新型智能控制器的原理框图。所述智能控制器包括微处理器单元1、数据输入单元2、数据输出单元3、通信单元4、系统时钟模块5、存储模块6和供电单元7。 

所述数据输入单元2与所述微处理器单元1电连接，用于接收并调整电网实际负载信号并将调整后的信号传送至所述微处理器单元1。所述数据输入单元2包括信号接收处理单元21和键盘22。 

所述信号接收处理单元21包括：A相互感器211、B相互感器212、C相互感器213和N相互感器214，及A相通道信号调理模块215、B相通道信号调理模块216、C相通道信号调理模块217和N相通道信号调理模块218，以及接地通道信号调理模块219。 

所述A相互感器211、所述B相互感器212、所述C相互感器213和所述N相互感器214的信号输入端分别与供电线路的A相、B相、C相和中性线连接，用于接收电网实际负载信号。在本实施例中，所述A相互感器211、所述B相互感器212、所述C相互感器213和所述N相互感器214接收电网实际负载电流。 

如图2-5所示，所述A相通道信号调理模块215、B相通道信号调理模块216、C相通道信号调理模块217和N相通道信号调理模块218的信号输入端分别与所述A相互感器211、所述B相互感器212、所述C相互感器213和所述N相互感器214的信号输出端连接；所述A相通道信号调理模块215、所述B相通道信号调理模块216、所述C相通道信号调理模块217和所述N相通道信号调理模块218的信号输出端与所述微处理器单元1的信号输入端连接，用于对接收到的电网实际负载信号的电压幅值进行调整。 

如图6所示，所述接地通道信号调理模块219的信号输出端与所述微处理器单元1的信号输入端连接。 

如图7所示，所述键盘22的信号输出端与所述微处理器单元1的信号输入端连接，用于设置或查询所述智能控制器的各种参数或状态。 

如图8所示，所述微处理器单元1的信号输入端与所述数据输入单元2的信号输出端电连接，用于接收并处理所述数据输入单元2调整后的电网实际负载信号，包括进行信号采样、计算及相关保护特性处理等。所述微处理器单元1的信号输出端与所述数据输出单元3的信号输入端电连接，用于向所述信号输出单元3发出指令信号。 

如图9-10所示，所述数据输出单元3与所述微处理器单元1电连接，用于接收并发出所述微处理器单元1的指令信号。所述数据输出单元3包括脱扣控制驱动模块32和显示模块31。所述脱扣控制驱动模块32的信号输入端与所述微处理器单元1的信号输出端电连接，用于接收并发出所述微处理器单元1的指令信号使所述断路器分闸。例如：当发生短路或过载时延时或直接由所述脱扣控制驱动模块32发出脱扣指令使断路器分闸。 

所述显示模块31的信号输入端与所述微处理器单元1的信号输出端连接，用于显示实时数据或通信状态。 

如图11-14所示，所述通信单元4与所述微处理器单元1电连接，所述通信单元4通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。所述通信单元4包括通信接口模块41和GSM收发处理单元42。 

所述通信接口模块41的一端与所述微处理器单元1电连接，另一端与所述GSM收发处理单元42电连接，使所述GSM收发处理单元42与所述微处理器单元1之间可以进行信号传输。 

所述GSM收发处理单元42包括：GSM短信功能模块421、外接电源模块422、GSM指示模块423和GSM天线424。 

所述GSM短信功能模块421与所述通信接口模块41电连接，用于将所述微处理器单元1输出的数字信号打包成通用信息传输信号，或者将从移动通信网络接收到的通用信息传输信号解码成数字信号。所述外接电源模块422与所述GSM短信功能模块421电连接，用于向所述GSM短信功能模块421供电。所述GSM指示模块423与所述GSM短信功能模块421电连接，用于显示通信状态。所述GSM天线424与所述GSM短信功能模块421电连接，用于通过移动通信网络收发通用信息传输信号。 

所述智能控制器向所述无线移动通信设备发出信号时，经过调整、处理后的电网实际负载信号由所述GSM收发处理单元42转换为通用信息传输信号，所述通用信息传输信号通过移动通信网络发送到所述无线移动通信设备（如手机）上。 

所述智能控制器接收无线移动通信设备的控制信号时，所述GSM收发处理单元42通过移动通信网络接收到所述无线移动通信设备的控制信号，即短信，所述GSM收发处理单元42将接收到的所述控制信号转换为数字控制信号并通过所述通信接口模块41传送至所述微处理器单元1。 

如图15所示，所述系统时钟模块5与所述微处理器单元1电连接，用于使所述智能控制器具备时钟功能，记录故障时刻。 

所述存储模块6与所述微处理器单元1电连接，用于记录所述智能控制器的参数和状态。 

如图9所示，所述供电单元7向所述智能控制器的各个功能单元供电，其包括速饱和电源模块71和辅助电源模块72。 

本实用新型实施例所述的智能控制器的工作过程为： 

①所述A相互感器211、所述B相互感器212、所述C相互感器213和所述N相互感器214分别接收低压配电系统中A、B、C、N四相负载电流并按比例变换成标准电压信号，将标准电压信号分别传送至对应的各相信号调理模块，由所述A相通道信号调理模块215、所述B相通道信号调理模块216、所述C相通道信号调理模块217和所述N相通道信号调理模块218将收到的电压信号幅值进行调整，并转化为数字信号传送至所述微处理器单元1。

②所述微处理器单元1将收到的数字信号与预先设置的对比信号进行比对，如果采集到的数据异常，所述微处理器单元1向所述脱扣控制驱动模块32发出脱扣指令，由所述脱扣控制驱动模块32控制所述低压断路器分闸；同时，记录所述系统时钟模块5所显示的故障时刻，将所有故障信息显示在所述显示模块31上，并储存于所述存储模块6中，以备技术人员查阅。同时，所述微处理器单元1向所述通信单元4发出报错信号。 

③所述GSM短信功能模块421接收到经由所述通信接口模块41传递的报错信号，将所述信号转换为通用信息传输信号，通过所述GSM天线424将通用信息信号发送到无限移动通信设备上，并在所述GSM指示模块423上显示实时数据及通信状态。 

④相关人员通过移动通信设备查阅到所述电网状态的异常，利用所述移动通信设备向所述智能控制器发送查询、控制信号，所述GSM天线424接收所述无线移动通信设备的控制信号并将其传送给所述GSM短信功能模块421，所述GSM短信功能模块421将接收到的所述控制信号转换为数字控制信号，并通过所述通信接口模块41传送至所述微处理器单元1，由所述微处理器单元1分析控制信号，确定所述低压断路器的下一步动作。 

⑤此外，在各相负载电流正常工作时，相关人员也可以通过短信方式查询电网运行状况，所述GSM收发处理单元42将接收到的查询信号转换为数字信号，通过所述通信接口模块41传送至所述微处理器单元1，所述微处理器单元1对接收到的数字信号进行分析，并根据请求，提取所述存储模块6中储存的信息或所述微处理器单元1中的即时信息反馈给所述通信单元4，并由所述通信单元4将信号进行转换，通过GSM短信方式传送给相关人员。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。 

Claims (10)

1.一种智能控制器，用于控制低压断路器的运行，所述智能控制器包括

数据输入单元（2），用于接收并调整电网实际负载信号；

微处理器单元（1），其信号输入端与所述数据输入单元（2）的信号输出端电连接，用于接收并处理所述数据输入单元（2）调整后的电网实际负载信号；

供电单元（7），用于向所述微处理器单元（1）和所述数据输入单元（2）供电；

其特征在于：还包括

通信单元（4），与所述微处理器单元（1）电连接，所述通信单元（4）通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。

2.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于：所述通信单元（4）包括通信接口模块（41）和GSM收发处理单元（42），所述GSM收发处理单元（42）通过所述通信接口模块（41）与所述微处理器单元（1）电连接，所述GSM收发处理单元（42）通过移动通信网络实现无线移动通信设备对所述断路器的远程监控。

3.根据权利要求2所述的智能控制器，其特征在于：所述GSM收发处理单元（42）包括

GSM短信功能模块（421），与所述通信接口模块（41）电连接，用于将所述微处理器单元（1）输出的数字信号打包成通用信息传输信号，或者将从移动通信网络接收到的通用信息传输信号解码成数字信号；

GSM天线（424），与所述GSM短信功能模块（421）电连接，用于通过移动通信网络收发通用信息传输信号。

4.根据权利要求3所述的智能控制器，其特征在于：所述GSM收发处理单元（42）还包括

GSM指示模块（423），与所述GSM短信功能模块（421）电连接，用于显示通信状态；

外接电源模块（422），与所述GSM短信功能模块（421）电连接，用于向所述GSM短信功能模块（421）供电。

5.根据权利要求4所述的智能控制器，其特征在于：还包括数据输出单元（3），所述数据输出单元（3）包括脱扣控制驱动模块（32），所述脱扣控制驱动模块（32）的信号输入端与所述微处理器单元（1）的信号输出端连接，用于接收并发出所述微处理器单元（1）的指令信号使所述断路器分闸。

6.根据权利要求5所述的智能控制器，其特征在于：所述数据输出单元（3）还包括显示模块（31），所述显示模块（31）的信号输入端与所述微处理器单元（1）的信号输出端连接，用于显示实时数据或通信状态。

7.根据权利要求6所述的智能控制器，其特征在于：还包括存储模块（6）和系统时钟模块（5）；所述系统时钟模块（5）与所述微处理器单元（1）电连接，用于使所述智能控制器具备时钟功能，记录故障时刻；所述存储模块（6）与所述微处理器单元（1）电连接，用于记录所述智能控制器的参数和状态。

8.根据权利要求1-7任一所述的智能控制器，其特征在于：所述数据输入单元（2）包括信号接收处理单元（21），所述信号接收处理单元（21）包括

A相互感器（211）、B相互感器（212）、C相互感器（213）和N相互感器（214），分别与供电线路的A相、B相、C相和中性线连接，用于接收电网实际负载信号；

A相通道信号调理模块（215）、B相通道信号调理模块（216）、C相通道信号调理模块（217）和N相通道信号调理模块（218），信号输入端分别与所述A相互感器（211）、所述B相互感器（212）、所述C相互感器（213）和所述N相互感器（214）的信号输出端连接，所述A相通道信号调理模块（215）、所述B相通道信号调理模块（216）、所述C相通道信号调理模块（217）和所述N相通道信号调理模块（218）的信号输出端与所述微处理器单元（1）的信号输入端连接，用于对接收到的电网实际负载信号的电压幅值进行调整；

接地通道信号调理模块（219），其信号输出端与所述微处理器单元（1）的信号输入端连接。

9.根据权利要求8所述的智能控制器，其特征在于：所述数据输入单元（2）还包括键盘（22），所述键盘（22）的信号输出端与所述微处理器单元（1）的信号输入端连接，用于设置或查询所述智能控制器的各种参数或状态。

10.根据权利要求9所述的智能控制器，其特征在于：所述供电单元（7）包括速饱和电源模块（71）和辅助电源模块（72）。

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