CN205103386U - 一种高精度特种电源监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高精度特种电源监控系统，包括触摸屏、可编程控制器PLC、模拟量模块、通讯转换器、主控板、与可编程控制器PLC相连接的开关器件和故障检测单元、与模拟量模块相连接的模拟量检测单元；所述触摸屏与可编程控制器PLC之间通过通讯线连接，所述可编程控制器PLC与主控板通过通讯转换器进行连接；本实用新型可以有效的实现高精度特种电源监控系统的数字化，提高人机交互性，高精度特种电源监控系统的数字化可以减少模拟器件的使用数量、降低电源的设计难度、缩短设计周期、降低生产成本，同时有效的实现了此类电源的智能化和自动化。

Description

一种高精度特种电源监控系统

技术领域

本实用新型属于电源监控技术领域，具体涉及一种高精度特种电源监控系统。

背景技术

最近十几年来，用于科研领域的大型加速器需要大量高精度、高可靠性、大功率电源，在医疗领域也需要大量高精度、高可靠性、大功率电源，此类电源输出电流从几十安培至几千安培不定，输出电压从1伏特至几千伏特不定，此类电源是一种非标的特种电源，非标设备的显著特点就是设计、生产周期长，成本高，电源的设计难度高；另外，以往的模拟特种电源已开始被数字电源逐步取代，那么与其对应的数字化监控系统的更新换代是必然趋势。模拟特种电源监控系统存在以下几个方面的缺点：

(1)可靠性方面：模拟特种电源监控系统不能满足电源对高精度、高可靠性的要求，模拟特种电源的连锁保护与逻辑控制运用了大量模拟器件，其抗干扰能力差，易误报故障，器件容易损坏，可靠性差。

(2)兼容性方面：模拟特种电源与其监控系统的配置、连接是强耦合模式，每一台电源需要单独开发监控系统，当电源的拓扑结构发生变化时，需要改变硬件配置才能实现监控系统的兼容，可移植性差、成本高。

(3)交互性方面：模拟特种电源监控系统大多采用仪表与指示灯显示方式，其人机交互灵活性差，监控器件分散不统一，不直观，相关参数的整定和开关量的操作需要单独设置键盘或者模拟开关，电源监控系统的价格，性价比不高，且调试不便、调试难度高。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种高精度特种电源监控系统。

本实用新型所采用的技术方案为：一种高精度特种电源监控系统，包括触摸屏、可编程控制器PLC、模拟量模块、通讯转换器、主控板、与可编程控制器PLC相连接的开关器件和故障检测单元、与模拟量模块相连接的模拟量检测单元；所述触摸屏与可编程控制器PLC之间通过通讯线连接，所述可编程控制器PLC与主控板通过通讯转换器进行连接；触摸屏：实现人机交互功能，用于高精度特种电源模拟量值、故障状态以及电源运行状态的展示；可编程控制器PLC：实现与触摸屏、主控板的通讯，并实现电源内部的逻辑控制及连锁保护功能，实现模拟量值的处理并传送到触摸屏以显示；通讯转换器：用于可编程控制器PLC与主控板通讯时进行的转换；模拟量模块：与外部模拟量检测单元进行连接，将相应的模拟量值传送到可编程控制器PLC，可编程控制器PLC将处理后的模拟量值传送到触摸屏显示并传送到主控板。

进一步地，所述故障检测单元包括，用于变压器过温故障检测的温度传感器、用于整流器过温故障检测的温度传感器、用于电抗器过温故障检测的温度传感器、用于逆变器过温故障检测的温度传感器、用于电源缺水故障检测的水流传感器、用于快熔故障检测的快速熔断器、综合了IGBT故障检测功能的IGBT驱动板、用于负载故障检测的负载故障传感器。

进一步地，所述模拟量检测单元包括，用于采集输出电流参数的DCCT、用于采集交流进线电压值的三相电压变送器、用于采集支路电流的电流传感器与支路电流检测板、用于采集输出电压的电压传感器与输出电压检测板。

进一步地，所述通讯转换器为RS485/RS232通讯转换器。

进一步地，所述开关器件包括用于电源启动与停机的合分闸继电器、合分闸断路器；用于电源软启动的软启继电器、软启断路器、软启电阻；用于电源紧急停机的紧停按钮；用于电源放电的放电继电器、放电断路器、放电电阻。

进一步地，还包括状态提示单元，所述状态提示单元与可编程控制器PLC相连接。

进一步地，所述状态提示单元包括用于电源运行与停止状态提示的绿色指示灯，用于电源故障状态提示的声光报警器。

进一步地，还包括功率模块，所述功率模块与主控板相连接。

进一步地，所述功率模块由储能电容，叠形母排，IGBT水冷板、IGBT、IGBT驱动板构成。

本实用新型的有益效果为：可以有效地实现高精度特种电源的数字化、高精度、高稳定性，高可靠性，提高人机交互性，高精度特种电源监控系统的数字化可以减少模拟器件的使用数量、降低电源的设计难度、缩短设计周期、降低生产成本，同时实现了此类电源的智能化和自动化。

附图说明

图1是一种高精度特种电源监控系统结构示意图。

图中：1、触摸屏；2、可编程控制器PLC；3、模拟量模块；4、通讯转换器；5、主控板；6、开关器件；7、故障检测单元；8、模拟量检测单元；9、状态提示单元；10、功率模块。

具体实施方式

如图1所示，一种高精度特种电源监控系统，包括触摸屏1、可编程控制器PLC2、模拟量模块3、通讯转换器4、主控板5、与可编程控制器PLC2相连接的开关器件6和故障检测单元7、与模拟量模块3相连接的模拟量检测单元8；触摸屏1与可编程控制器PLC2之间通过RS485通讯线连接，可编程控制器PLC2与主控板5通过RS485/RS232通讯转换器进行连接；触摸屏1实现人机交互功能，进行电源控制模式选择、电源启动与停机操作、电源电流值给定操作，用于高精度特种电源模拟量值、故障状态以及电源运行状态的展示；可编程控制器PLC2实现与触摸屏1、主控板5的通讯，并实现电源内部的逻辑控制及连锁保护功能，实现模拟量值的处理并传送到触摸屏1以显示；通讯转换器4用于可编程控制器PLC2与主控板5通讯时进行数据格式的转换；模拟量模块3与外部模拟量检测单元8进行连接，将相应的模拟量值传送到可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2将处理后的模拟量值传送到触摸屏1显示并传送到主控板5。

开关器件6包括：用于电源启动与停机的合分闸继电器、合分闸断路器，用于电源软启动的软启继电器、软启断路器、软启电阻，用于电源紧急停机的紧停按钮，用于电源放电的放电继电器、放电断路器、放电电阻。

故障检测单元7包括用于变压器过温故障检测的温度传感器、用于整流器过温故障检测的温度传感器、用于电抗器过温故障检测的温度传感器、用于逆变器过温故障检测的温度传感器、用于电源缺水故障检测的水流传感器、用于快熔故障检测的快速熔断器、综合了IGBT故障检测功能的IGBT驱动板、用于负载故障检测的负载故障传感器。

模拟量检测单元8包括用于采集输出电流参数的DCCT、用于采集交流进线电压值的三相电压变送器、用于采集支路电流的支路电流传感器与支路电流检测板、用于采集输出电压的输出电压传感器与输出电压检测板。

该系统还包括状态提示单元9、功率模块10，状态提示单元9与可编程控制器PLC2相连接，状态提示单元9包括用于电源运行与停止状态提示的绿色指示灯，用于电源故障状态提示的声光报警器；功率模块10中的IGBT驱动板通过光纤与主控板5相连接，依据触摸屏1输入的电流给定值输出相应的PWM控制脉冲，控制功率模块10中的IGBT器件以一定的占空比开通关断IGBT器件，输出与触摸屏1的电流给定中值相对应的输出电流值。

下面对本实用新型的监控原理做进一步说明：

启动与停机原理，其启动原理为：按下触摸屏1界面上开机按钮，触摸屏1通过通讯发送开机命令至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2通过通讯器转换器4发送开机命令至主控板5，主控板再发送开机信号至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2再控制开关器件6中的软启继电器，软启继电器连接软启断路器，软启断路器连接软启电阻先实现电源的软启动，软启动完成后，可编程控制器PLC2再控制合分闸继电器，合分闸继电器连接合分闸断路器，实现了高精度特种电源的启动过程；其停机原理为：按下触摸屏1界面关机按钮，触摸屏1发送关机命令至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2通过通讯转换器4发送关机命令至主控板5，主控板5再发送关机信号至可编程控制器PLC2,可编程控制器PLC2再控制开关器件6中的合分闸继电器，合分闸继电器控制合分闸断路器进行高精度特种电源的分闸操作，电源分闸后，可编程控制器PLC2控制开关器件6中的放电继电器，实现高精度特种电源的放电过程，停机过程完成；另外，开关器件6中的紧停按钮也能迅速实现电源的关机操作。

电源控制模式选择原理，其原理为：按下触摸屏1界面本/远控按钮，触摸屏1通过通讯发送本控模式/远控模式选择命令至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2再通过通讯转换器4发送本控模式/远控模式选择命令至主控板5，主控板5对电源的控制模式进行处理。

电流给定：在触摸屏1输入电流给定值，触摸屏1通过通讯发送电流给定值至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2再通过通讯转换器4发送电流给定值至主控板5，主控板5依据触摸屏1的电流给定值控制功率模块10输出与电流给定值相对应的输出电流值。

模拟量监控：模拟量检测单元8中的DCCT采集电源输出电流值送可编程控制器PLC2、三相电压变送器采集交流进线电压送模拟量模块3，电流传感器采集支路电流值送模拟量模块3、输出电压检测板采集输出电压值送模拟量模块3，模拟量模块3将以上各模拟量值送可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2处理以上模拟量值后送触摸屏1显示，模拟量检测单元8中的DCCT采集的电源输出电流值同时送往主控板5，主控板5依据输出电流值与电流给定值，形成一闭环控制方式，使得电源输出与电流给定值相对应的输出电流值。

故障状态监控：当发生以下各故障时，故障检测单元7中的变压器过温检测温度传感器将变压器过温信号、整流器过温检测温度传感器将整流器过温信号、逆变器过温检测温度传感器将逆变器过温信号、电抗器过温检测温度传感器将电抗器过温信号、水流传感器将电源缺水信号、快速熔断器将快熔故障信号、IGBT驱动板将IGBT故障信号、负载故障检测传感器将负载故障信号均传送至PLC2，模拟量检测单元8检测模拟量送模拟量模块3，将采集的模拟量送可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2依据模拟量值中的输出电流的值判断出输出过流故障、通过进线电压的值判断出输入过压故障、输入欠压故障和三项电缺相故障、依据输出过压的值判断出输出过压故障、依据支路电流的值判断出支路过流故障，可编程控制器PLC2将以上各故障信息传送至触摸屏1，触摸屏1显示以上各故障，可编程控制器PLC2将以上各故障信息综合为一总故障信号传送至主控板5，同时，可编程控制器PLC2控制开关器件6中的合分闸继电器、合分闸断路器进行电源分闸关机过程，且触摸屏1与可编程控制器PLC2、主控板5自动降电流给定值为0，实现了电源的连锁保护，确保了电源的安全。当以上各故障消除后，通过触摸屏1复位按钮进行故障复位处理。

电源状态监控原理：当电源开机后，开关器件6中的合分闸断路器返回主回路合信号传送至PLC2,可编程控制器PLC2将此信息传送至触摸屏1，触摸屏1显示电源运行状态信息并且状态提示单元9中的绿色指示灯亮；当电源关机后，开关器件6中的合分闸断路器返回主回路分信号送至可编程控制器PLC2，可编程控制器PLC2将此信息送至触摸屏1，触摸屏1显示电源停止状态信息并且状态提示单元9中的绿色指示灯灭；当电源有故障时，可编程控制器PLC2将故障信息送至触摸屏1，触摸屏1显示提示信息“有故障”，并且状态提示单元9中的声光报警器进行声光报警；当电源无故障时，可编程控制器PLC2将无故障信息送至触摸屏1，触摸屏1显示提示信息“电源正常”，并且状态提示单元9中的声光报警器不进行声光报警；当主回路合时，触摸屏1显示关机按钮，当主回路分时，触摸屏1显示开机按钮，当主回路合时，禁止复位操作。当有故障或电流给定不为0时，禁止开机操作。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：包括触摸屏、可编程控制器PLC、模拟量模块、通讯转换器、主控板、与可编程控制器PLC相连接的开关器件和故障检测单元、与模拟量模块相连接的模拟量检测单元；所述触摸屏与可编程控制器PLC之间通过通讯线连接，所述可编程控制器PLC与主控板通过通讯转换器进行连接；

触摸屏：实现人机交互功能，用于高精度特种电源模拟量值、故障状态以及电源运行状态的展示；

可编程控制器PLC：实现与触摸屏、主控板的通讯，并实现电源内部的逻辑控制及连锁保护功能，实现模拟量值的处理并传送到触摸屏以显示；

通讯转换器：用于可编程控制器PLC与主控板通讯时进行的转换；

模拟量模块：与外部模拟量检测单元进行连接，将相应的模拟量值传送到可编程控制器PLC，可编程控制器PLC将处理后的模拟量值传送到触摸屏显示并传送到主控板。

2.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述故障检测单元包括，用于变压器过温故障检测的温度传感器、用于整流器过温故障检测的温度传感器、用于电抗器过温故障检测的温度传感器、用于逆变器过温故障检测的温度传感器、用于电源缺水故障检测的水流传感器、用于快熔故障检测的快速熔断器、综合了IGBT故障检测功能的IGBT驱动板、用于负载故障检测的负载故障传感器。

3.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述模拟量检测单元包括，用于采集输出电流参数的DCCT、用于采集交流进线电压值的三相电压变送器、用于采集支路电流的电流传感器与支路电流检测板、用于采集输出电压的电压传感器与输出电压检测板。

4.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述通讯转换器为RS485/RS232通讯转换器。

5.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述开关器件包括用于电源启动与停机的合分闸继电器、合分闸断路器；用于电源软启动的软启继电器、软启断路器、软启电阻；用于电源紧急停机的紧停按钮；用于电源放电的放电继电器、放电断路器、放电电阻。

6.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：还包括状态提示单元，所述状态提示单元与可编程控制器PLC相连接。

7.根据权利要求6所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述状态提示单元包括用于电源运行与停止状态提示的绿色指示灯，用于电源故障状态提示的声光报警器。

8.根据权利要求1所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：还包括功率模块，所述功率模块与主控板相连接。

9.根据权利要求8所述的一种高精度特种电源监控系统，其特征在于：所述功率模块由储能电容，叠形母排，IGBT水冷板、IGBT、IGBT驱动板构成。