CN202713348U - 一种断路器的通信模块 - Google Patents

Abstract

一种断路器的通信模块，属于低压电路技术领域。包括电源电路、内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路，所述电源电路连接内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路；微处理器电路与内部总线电路、协议转换电路和接口电路连接，所述内部总线电路与断路器控制器连接，所述接口电路与协议转换电路连接并连至监控主机。优点：大大提高了通信速率，并可通过断路器智能控制器灵活地配置用户所需的协议，实现多协议应用所图。

Description

一种断路器的通信模块

技术领域

本实用新型属于低压电路技术领域，具体涉及一种断路器的通信模块。

背景技术

断路器是低压电器的基础元件，广泛应用于低压电力系统中，主要负责电能的分配传输、用电器的保护控制等，对电力系统的可靠运行起着举足轻重的作用。智能断路器除了具有传统断路器的功能外，还具有智能化、模块化和可通信化的特点，通过断路器的通信功能互联成区域网，实现联网通信、集中监控等。随着智能电网技术和配电自动化的发展，低压配电系统网络化成为一种趋势。目前在低压断路器上一般使用MODBUS现场总线，需在断路器外部增加协议转换装置来实现配电监控系统不同的通信协议要求，而外部协议转换装置一般通信速率较低，对一些实时性要求较高的系统，要求断路器能够直接实现相应协议的高速通信。

鉴于上述已有技术，有必要对现有的断路器的协议通信加以改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种断路器的通信模块，与断路器控制器通过高速内部总线相连，其作为断路器的一部分，能够使断路器直接连接到PROFIBUS、DEVICENET、CAN或MODBUS总线上，提高通信速率，并实现多协议通信。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种断路器的通信模块，包括电源电路、内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路，所述电源电路连接内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路；微处理器电路与内部总线电路、协议转换电路和接口电路连接，所述内部总线电路与断路器控制器连接，所述接口电路与协议转换电路连接并连至监控主机。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的通信模块内置于断路器中，通过内部总线与断路器控制器相连接。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的内部总线电路采用串行通信方式。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的协议转换电路至少包括MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路中的两个，所述MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路与微处理器电路连接，且与接口电路连接。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的DEVICENET\CAN电路同时支持DEVICENET和CAN两种协议。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的电源电路包括直流电压发生电路和隔离电压发生电路，所述的直流电压发生电路为内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路供电，所述的隔离电压发生电路为协议转换电路供电。

本实用新型由于采用了上述结构，将所述通信模块内置于断路器中，通过高速内部总线与断路器控制器相连，断路器的基于内部总线的通信模块作为断路器的一部分，能够使断路器直接连接到PROFIBUS、DEVICENET\CAN或MODBUS总线上，大大提高了通信速率，并可通过断路器智能控制器灵活地配置用户所需的协议，实现多协议应用。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的直流电压发生电路图。

图3为本实用新型的隔离电压发生电路图。

图4为本实用新型的内部总线电路图。

图5为本实用新型的微处理器电路图。

图6为本实用新型的MODBUS电路图。

图7为本实用新型的PROFIBUS电路图。

图8为本实用新型的DEVICENET\CAN电路图。

图9为本实用新型的接口电路图。

图10为本实用新型的应用连接框图。

具体实施方式

请参阅图1，一种断路器的通信模块，包括电源电路、内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路，所述电源电路连接内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路进行供电。所述的协议转换电路至少包括MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路中的两个，所述MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路与微处理器电路连接，且与接口电路连接。微处理器电路还与内部总线电路和接口电路连接，所述内部总线电路与断路器控制器连接，所述接口电路连至监控主机。

所述的电源电路包括直流电压发生电路和隔离电压发生电路，所述的直流电压发生电路为内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路供电，所述的隔离电压发生电路为协议转换电路供电。请参阅图2，所述的直流电压发生电路包括二极管D1、电容C1～C6、DC-DC转换芯片N1、电感L1和稳压管D2，在本实施例中，所述的DC-DC转换芯片N1采用MAX5033。二极管D1的负极接电容C1的一端、电容C2的正极和DC-DC转换芯片N1的5、7脚，DC-DC转换芯片N1的1脚接电容C3的一端，电容C3的另一端接DC-DC转换芯片N1的8脚、稳压管D2的负极和电感L1的一端，DC-DC转换芯片N1的2脚接电容C4的一端，DC-DC转换芯片N1的4脚接电感L1的另一端、电容C5的正极和电容C6的一端并输出直流电压VCC1，二极管D1的正极接直流电源+24V，电容C1的另一端、电容C2的负极、DC-DC转换芯片N1的3、6脚、电容C4的另一端、稳压管D2的正极、电容C5的负极和电容C6的另一端共同接地。外部输入24V直流电源,经由二极管D1整流后，电容C1、C2对输入电压进行滤波， DC-DC转换芯片N1与电容C3、C4、稳压管D2和电感L1组合，输出稳定的直流电压VCC1，电容C5、C6对输出电压进行滤波。请参阅图3，所述的隔离电压发生电路包括电容C7～C10和隔离DC-DC芯片N2，在本实施例中，所述的DC-DC芯片N2采用ADUM5000。电容C7的正极、电容C8的一端和隔离DC-DC芯片N2的1脚共同接直流电压VCC1，隔离DC-DC芯片N2的4脚接电容C9的正极和电容C10的一端并输出隔离电压VCC2，电容C7的负极、电容C8的另一端、隔离DC-DC芯片N2的2、3脚、电容C9的负极和电容C10的另一端共同接地。其中，电容C7、C8对直流电压VCC1进行二次滤波，隔离DC-DC芯片N2将直流电压VCC1转换成隔离电压VCC2，电容C9、C10对隔离电压VCC2再次进行滤波。

请参阅图4，所述的内部总线电路包括电阻R1～R6和通信用芯片N3，在本实施例中，所述的通信用芯片N3采用SN65LBC184。电阻R1的一端接电阻R3的一端，并构成一用于连接断路器控制器的内部通信总线Internal_Bus_A，电阻R3的另一端接通信用芯片N3的6脚，通信用芯片N3的7脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R2的一端，并构成另一用于连接断路器控制器的内部通信总线Internal_Bus_B，通信用芯片N3的4脚接电阻R5的一端和微处理器电路中的微处理器N4的28脚，通信用芯片N3的3脚接2脚、电阻R6的一端和微处理器电路中的微处理器N4的26脚，通信用芯片N3的1脚接微处理器电路中的微处理器N4的27脚，电阻R1的另一端、电阻R5的另一端和通信用芯片N3的8脚共同接直流电压VCC1，通信用芯片N3的5脚、电阻R2的另一端和电阻R6的另一端共同接地。电阻R1、R5为上拉电阻，电阻R2、R6为下拉电阻，电阻R3、R4用于衰减总线上的干扰信号，通过通信用芯片N3将总线传输信号Internal_Bus_A、Internal_Bus_B与微处理器电路中的微处理器N4可接收的信号TXD2、RXD2进行双向转换，信号DRIVE2为通信用芯片N3的驱动信号，由微处理器电路中的微处理器N4控制。

请参阅图5，所述的微处理器电路包括电容C11～C15、电阻R7、晶振G1、微处理器N4和复位芯片N5，其采用瑞萨公司R32C/118单片机作为主控制器、即所述的微处理器N4，另外，复位芯片N5采用MAX809。电阻R7的一端接复位芯片N5的2脚和微处理器N4的10脚，微处理器N4的11脚接电容C14的一端和晶振G1的一端，晶振G1的另一端接微处理器N4的13脚和电容C15的一端，电容C11的一端、电容C12的一端、电阻R7的另一端、电容C13的一端、微处理器N4的14、60、97脚和复位芯片N5的3脚共同接直流电压VCC1，电容C11的另一端、电容C12的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端、电容C15的另一端、微处理器N4的12、62、94、96脚和复位芯片N5的1脚共同接地。具体地，复位芯片N5与电阻R7共同组成复位电路，电容C11、C12、C13为去耦电容，晶振G1与电容C14、C15组成振荡电路。数据总线D0～D7、地址总线A0～A10、控制信号CS1、XWR、XRD、RDY、INT0和S_RST连接到PROFIBUS电路，信号TXD2、RXD2和DRIVE2连接到内部总线电路，信号TXD4、RXD4和DRIVE4连接到MODBUS电路，信号CANIN和CANOUT连接到DeviceNet/CAN电路，信号Profibus_ON、Modbus_ON和CAN_ON连接到接口电路。

请参阅图6，所述的MODBUS电路包括电阻R8～R11、电容C16、C17和Modbus隔离收发器N6，在本实施例中，所述的Modbus隔离收发器N6采用ADM2483。电阻R8的一端接Modbus隔离收发器N6的6脚和微处理器电路中的微处理器N4的99脚，电阻R9的一端接Modbus隔离收发器N6的4、5脚和微处理器电路中的微处理器N4的100脚，Modbus隔离收发器N6的3脚接微处理器电路中的微处理器N4的98脚，Modbus隔离收发器N6的12脚接电阻R11的一端，并输出传输信号Modbus_A给接口电路中的继电器K2的第二动触点，Modbus隔离收发器N6的13脚接电阻R10的一端，并输出另一传输信号Modbus_B给接口电路中的继电器K2的第一动触点，电阻R8的另一端、电容C16的一端和Modbus隔离收发器N6的1脚共同接直流电压VCC1，电阻R11的另一端、电容C17的一端和Modbus隔离收发器N6的16脚共同接隔离电压VCC2，电阻R9的另一端、电容C16的另一端、Modbus隔离收发器N6的2、8、9、15脚、电容C17的另一端和电阻R10的另一端共同接地。Modbus隔离收发器N6从微处理器电路中的微处理器N4接收信号TXD4、RXD4和DRIVE4，将信号TXD4和RXD4隔离并转换成传输信号Modbus_A和Modbus_B，信号DRIVE4为Modbus隔离收发器N6的驱动控制信号。电容C16、C17为去耦电容，上拉电阻R8、R11和下拉电阻R9、R10用以增强信号的抗干扰能力。

请参阅图7，所述的PROFIBUS电路包括Profibus协议专用芯片N7、Profibus隔离收发器N8、有源晶振G2、电阻R12～R24、电容C18～C20和电容C29，在本实施例中，所述的Profibus协议专用芯片N7采用SPC3，所述的Profibus隔离收发器N8采用ADM2486。Profibus协议专用芯片N7的44、43、41、40、37、42、32、31、29、25、10、1、2、4、14、9、36、11、12、15、16、19、20、21、22脚分别接微处理器电路中的微处理器N4的70、69、68、67、66、65、64、63、61、59、58、40、43、42、37、18、17、86、85、84、83、82、81、80、79脚，Profibus协议专用芯片N7的8脚接电阻R12的一端，Profibus协议专用芯片N7的23脚接电阻R13的一端，Profibus协议专用芯片N7的24脚接电阻R14的一端，Profibus协议专用芯片N7的34脚接电阻R15的一端，Profibus协议专用芯片N7的35脚接电阻R16的一端，Profibus协议专用芯片N7的3脚接电阻R17的一端，Profibus协议专用芯片N7的5脚接有源晶振G2的3脚，Profibus协议专用芯片N7的33脚接电阻R18的一端，Profibus协议专用芯片N7的26脚接电阻R19的一端和Profibus隔离收发器N8的6脚，Profibus隔离收发器N8的3脚接电阻R20的一端和Profibus协议专用芯片N7的30脚，Profibus隔离收发器N8的4脚接电阻R21的一端，Profibus隔离收发器N8的10脚接电阻R22的一端，Profibus隔离收发器N8的12脚接电阻R24的一端，并输出传输信号Profibus_A给接口电路中的继电器K1的第二动触点，Profibus隔离收发器N8的13脚接电阻R23的一端，并输出另一传输信号Profibus_B给接口电路中的继电器K1的第一动触点，电容C29的一端、电阻R15的另一端、电阻R16的另一端、电阻R17的另一端、有源晶振G2的4脚、Profibus协议专用芯片N7的18、39脚、电容C18的一端、电阻R19的另一端、电阻R20的另一端、电容C19的一端和Profibus隔离收发器N8的1 脚共同接直流电压VCC1，Profibus隔离收发器N8的16脚、电容C20的一端、电阻R22的另一端和电阻R24的另一端共同接隔离电压VCC2，电阻R12的另一端、电阻R13的另一端、电阻R14的另一端、电容C29的另一端、有源晶振G2的2脚、Profibus协议专用芯片N7的6、17、28、38脚、电容C18的另一端、电阻R18的另一端、电容C19的另一端、Profibus隔离收发器N8的2、8、9、15脚、电阻R21的另一端、电容C20的另一端和电阻R23的另一端共同接地。其中，有源晶振G2为Profibus协议专用芯片N7提供振荡信号，电容C18～C20为去耦电容，下拉电阻R12、R13、R14、R18和上拉电阻R15、R16、R17用于对Profibus协议专用芯片N7进行配置，下拉电阻R21和上拉电阻R22用于对Profibus隔离收发器N8进行配置，电阻R19、R20、R23和R24用于增强信号的搞干扰能力。Profibus_A和Profibus_B为经过隔离和转换后的传输信号。

请参阅图8，所述的DEVICENET\CAN电路包括电容C21～C25、电阻R25～R27、数字隔离器N9和CAN收发器N10，在本实施例中，所述的数字隔离器N9采用ADUM1201，所述的CAN收发器N10采用TJA1050。数字隔离器N9的2、3脚分别接微处理器电路中的微处理器N4的20、21脚，数字隔离器N9的6、7脚分别接CAN收发器N10的1、4脚，CAN收发器N10的6脚接电阻R27的一端，电阻R27的另一端接电容C25的一端，并输出一传输信号CANL给接口电路中的继电器K3的第一动触点，CAN收发器N10的7脚接电阻R26的一端，电阻R26的另一端接电容C24的一端，并输出另一传输信号CANH给接口电路中的继电器K3的第二动触点，CAN收发器N10的8脚接电阻R25的一端，数字隔离器N9的1脚和电容C21的一端共同接直流电压VCC1，数字隔离器N9的8脚、电容C22的一端、CAN收发器N10的3脚和电容C23的一端共同接隔离电压VCC2，电容C21的另一端、数字隔离器N9的4、5脚、电容C22的另一端、CAN收发器N10的2脚、电容C23的另一端、电阻R25的另一端、电容C24的另一端和电容C25的另一端共同接地。来自微处理器电路中的微处理器N4的信号CANIN、CANOUT经数字隔离器N9隔离，再经CAN收发器N10转换成传输信号CANH和CANL，电容C21～C23为去耦电容，电阻R25为下拉电阻，电阻R26、R27和电容C24、C25构成滤波电路。

请参阅图9，所述的接口电路包括电阻R28～R30、电容C26～C28、光耦N11～N13、二极管D3～D5和继电器K1～K3，电阻R28的一端接电容C28的一端和光耦N11的1脚，电容C28的另一端接光耦N11的2脚和微处理器电路中的微处理器N4的89脚，光耦N11的4脚接二极管D3的正极和继电器开关K1的线圈的一端，继电器开关K1的第一静触点接继电器K2的第一静触点和继电器K3的第一静触点，并成为电路的一输出端B端，继电器K1的第二静触点接继电器K2的第二静触点和继电器K3的第二静触点，并成为电路的另一输出端A端，电阻R29的一端接电容C26的一端和光耦N12的1脚，电容C26的另一端接光耦N12的2脚和微处理器电路中的微处理器N4的90脚，光耦N12的4脚接二极管D4的正极和继电器开关K2的线圈的一端，电阻R30的一端接电容C27的一端和光耦N13的1脚，电容C27的另一端接光耦N13的2脚和微处理器电路中的微处理器N4的91脚，光耦N13的4脚接二极管D5的正极和继电器开关K3的线圈的一端，电阻R28的另一端、电阻R29的另一端和电阻R30的另一端共同接直流电源VCC1，继电器K1的线圈的另一端、二极管D3的负极、继电器K2的线圈的另一端、二极管D4的负极、继电器K3的线圈的另一端和二极管D5的负极共同接直流电源+24V，光耦N11的3脚、光耦N12的3脚和光耦N13的3脚共同接地。其中，电阻R28～R30为限流电阻，电容C26～C28为滤波电容，控制信号Profibus_ON、Modbus_ON和CAN_ON分别通过光耦N11、N12和N13控制继电器K1、K2、K3动作，使某一路导通，所述的输出端A端和B端与监控主机连接。

本实用新型的通信模块的工作方式如图10所示，所述的通信模块内置于断路器中，通过高速内部总线与断路器控制器相连，其作为断路器的一部分，能够使断路器直接连接到PROFIBUS、DEVICENET\CAN或MODBUS总线上，实现与上位机的通信。

具体地，微处理器电路控制内部总线电路从断路器控制器上读取配置信息，控制接口电路中PROFIBUS、DEVICENET\CAN、MODBUS接口中的一种与监控主机相连。监控主机通过接口电路将数据发送到PROFIBUS电路、DEVICENET\CAN电路或MODBUS电路中的一种，PROFIBUS电路、DEVICENET\CAN电路或MODBUS电路中的一种将数据传送到微处理器电路，微处理器电路处理数据后将数据通过内部总线电路发送到断路器控制器。微处理器电路通过内部总线电路接受断路器控制器回复的数据，经过处理后通过PROFIBUS电路、DEVICENET\CAN电路或MODBUS电路中的一种和接口电路将数据发送给监控主机，完成一次通信过程。

本实用新型的通信模块不仅支持多种通信协议，还支持协议的手动与自动切换，参阅图9。在手动模式下，用户在控制器操作界面上直接指定通信协议的类型，通信模块便以指定的协议开始转换工作；在自动模式下，当系统上电时，通信模块开始进行初始化，微处理器N4发送一控制信号使其中一个继电器导通，上位机发送的信号经过接口电路与协议转换电路后送至微处理器N4，微处理器N4对信号进行判定，如微处理器N4能够识别该信号，即可确定协议类型，如为无效信号，则切换继电器，重新进行检测，直至信号匹配为止。

Claims (6)

1.一种断路器的通信模块，其特征在于包括电源电路、内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路，所述电源电路连接内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路；微处理器电路与内部总线电路、协议转换电路和接口电路连接，所述内部总线电路与断路器控制器连接，所述接口电路与协议转换电路连接并连至监控主机。

2.根据权利要求1所述的断路器的通信模块，所述的通信模块内置于断路器中，通过内部总线与断路器控制器相通信。

3.根据权利要求1所述的断路器的通信模块，所述的内部总线电路采用串行通信方式。

4.根据权利要求1所述的断路器的通信模块，所述的协议转换电路至少包括MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路中的两个，所述MODBUS电路、PROFIBUS电路和DEVICENET\CAN电路与微处理器电路连接，且与接口电路连接。

5.根据权利要求4所述的断路器的通信模块，所述的DEVICENET\CAN电路同时支持DEVICENET和CAN两种协议。

6.根据权利要求1所述的断路器的通信模块，所述的电源电路包括直流电压发生电路和隔离电压发生电路，所述的直流电压发生电路为内部总线电路、微处理器电路、协议转换电路和接口电路供电，所述的隔离电压发生电路为协议转换电路供电。

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