CN206498190U - 用于开关环网柜的二次dsp控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于开关环网柜的二次DSP控制装置，包括密封盒体、控制模块、开关机构、输入接口机构、输出接口机构、电源模块；所述密封盒体为具有容纳空腔的铸铝防水壳体，在所述密封盒体的底面设置活动连接件，以将密封盒体吸附或粘接在开关环网柜的侧壁上，所述控制模块包括依次连接的输入单元、处理单元、输出单元;本实用新型采用铸铝防水壳体，利用磁铁将控制器吸附在开关柜上的安装方式，不仅安装拆卸方便，而且密封壳体也解决了因风沙、凝露、灰尘等因素导致环网柜短路、故障率高、维修频繁的问题，此外本实用新型还利用数字信号处理器替代传统二次逻辑控制回路中的逻辑电路，解决了继电保护线圈或电机等感性负载时出现的击穿和燃弧现象。

Description

用于开关环网柜的二次DSP控制装置

技术领域

本实用新型涉及集成环网柜元件技术领域，尤其涉及一种用于开关环网柜的二次DSP控制装置。

背景技术

目前，开关环网柜的二次控制主要采用继电器的模拟控制方式，图5所示为典型环网柜二次逻辑控制器电路原理图，电路中用到7个继电器以及近30个开关节点，内设的电气元件采用螺丝安装固定，破坏了环网柜的密封结构，电路用到的继电器以及开关节点使系统容易受到凝露、风沙、灰尘等因素的影响，造成二次回路继电器和接触器寿命短、故障频发、误动作等问题，这些问题可能导致突发断电甚至火灾事故，从而导致巨大的经济损失；而且电机正反向控制也采用继电器控制，存在电机直流切断、燃弧等问题，而以往关于环网开关柜二次配电开关设备中开关的燃弧问题是通过改变开关设备绝缘介质或改变开关柜结构来实现的。

发明内容

有鉴于此，针对上述不足，提出一种既能解决因风沙、凝露、灰尘等因素导致环网柜短路、故障率高、维修频繁的问题，又能解决传统继电保护线圈或电机击穿和燃弧的问题。

一种用于开关环网柜的二次DSP控制装置，包括密封盒体、设置在密封盒体内部的控制模块、设置在密封盒体外部的开关机构、输入接口机构、输出接口机构、电源模块；所述密封盒体为具有容纳空腔的铸铝防水壳体，在所述密封盒体的底面设置活动连接件，以将密封盒体吸附或粘接在开关环网柜的侧壁上，在密封盒体的两个相对的侧壁上分别开设供输入接口机构和输出接口机构安装的两个通孔，所述输入接口机构、输出接口机构分别安装在两个通孔内，所述输入接口机构的一端与控制模块的输入端连接，所述输入接口机构的另一端用于输入环网柜二次线路的输入信号，所述输出接口机构的一端与控制模块的输出端连接，所述输出接口机构的另一端用于将控制模块处理后的信号输出；所述控制模块包括依次连接的输入单元、处理单元、输出单元，所述输入单元与输入接口机构连接，输出单元与输出接口机构连接，所述处理单元用于对接收到的信号进行处理，并将处理结果输出至输出单元；所述开关机构与输出接口机构连接，进而通过输出接口机构与控制模块的输出单元连接，以执行与输出单元输出的信号相应的操作；所述电源模块设置在密封盒体的外部，电源模块的输出端穿过密封盒体，以与控制模块、开关机构连接，以提供电力。

优选的，所述活动连接件为若干个磁铁，所述磁铁通过螺栓连接于所述密封盒体底部边角。

优选的，所述输入接口机构为第一防水航空插头，所述输出接口机构为第二防水航空插头，所述输入单元与第一防水航空插头连接，用于开关环网柜二次线路的信号的输入；所述输出单元与第二防水航空插头连接，用于将处理单元处理后的信号输出；所述处理单元接受输入单元的信号输入，并对接收到的信号按照预存的算法运算进行判断，并将处理结果输出至输出单元。

优选的，所述开关机构为执行开闸、合闸动作的电机。

优选的，所述处理单元包括依次连接的开关量输入隔离模块、DSP数字处理器、H桥隔离驱动电路、H桥电机驱动电路、滤波器、隔离电源模块；所述输入单元与开关量输入隔离模块连接，所述开关量输入隔离模块与DSP数字处理器连接，以将开关环网柜二次线路的信号输入至DSP数字处理器，所述DSP数字处理器与H桥隔离驱动电路连接，所述H桥隔离驱动电路与H桥电机驱动电路连接,所述H桥电机驱动电路与开关机构连接，以控制开关机构的动作，所述电源模块通过滤波器与H桥电机驱动电路及DSP数字处理器相连，以为H桥电机驱动电路及 DSP数字处理器提供电力，在所述滤波器与DSP数字处理器之间设置隔离电源模块，所述隔离电源模块用于变压，将电源模块提供的电压转换成DSP数字处理器所需的电压。

优选的，所述H桥电机驱动电路由四个MOS管采用桥式连接构成，在每一个MOS管的源极和漏极之间并列一个二极管，以作为寄生反并联二极管，当第一MOS管S1与第一MOS管S4同时导通时，所述电机正转；当第一MOS管S2与第一MOS管S3同时导通时，所述电机反转。

优选的，所述DSP数字处理器与滤波器之间设置有过流保护模块，所述过流保护模块包括依次连接的检测电路、差分放大电路、比较电路、触发电路，在所述DSP数字处理器内部还设置过流保护电路，所述检测电路用于检测作用于开关机构上的控制电流值，并将该检测值提供给所述差分放大电路，所述差分放大电路将该检测值放大后提供给比较电路，所述比较电路将该放大后的检测值与预设的基准电压比较，并将比较结果提供给触发电路，所述触发电路与过流保护电路连接，以通过触发电路控制过流保护电路是否工作，进而控制DSP数字处理器是否启动过流保护动作。

优选的，所述处理单元还包括蓝牙模块，在所述密封盒体上设置有蓝牙输出口，所述蓝牙模块与密封盒体上的蓝牙输出口相连，用于无线信号的输出。

优选的，所述处理单元还包括报警模块，在所述密封盒体上设置有故障报警显示元件，所述报警模块与密封盒体上的故障报警显示元件相连，用于控制模块的故障显示。

本实用新型采用铸铝防水壳体，利用磁铁将控制器吸附在开关柜上的安装方式，不仅安装拆卸方便，而且密封壳体也解决了因风沙、凝露、灰尘等因素导致环网柜短路、故障率高、维修频繁的问题；通过采用防水航空插头作为控制器输入和输出连接器，以及内部的控制模块灌封凝胶保护，进一步解决了控制器因凝露引起接口的锈蚀短路或断路；此外本实用新型还利用数字信号处理器替代传统二次逻辑控制回路中的大部分逻辑电路，解决了传统继电保护线圈或电机等感性负载时出现的击穿和燃弧现象，且减少了环境干扰，进一步提高了可靠性。

附图说明

图1为所述用于开关环网柜的二次DSP控制装置的主视示意图。

图2为所述用于开关环网柜的二次DSP控制装置的仰视示意图。

图3为所述用于开关环网柜的二次DSP控制装置的参考电气接线图。

图4为所述用于开关环网柜的二次DSP控制装置的电路板的电路原理图。

图5为现有技术中环网柜模拟控制电路原理图。

图中：密封盒体10、磁铁11、输入接口机构12、输出接口机构13、蓝牙输出口14、故障报警显示元件15、控制模块20、输入单元21、处理单元22、开关量输入隔离模块221、DSP数字处理器222、H桥隔离驱动电路223、H桥电机驱动电路224、滤波器225、隔离电源模块226、过流保护模块227、蓝牙模块228、报警模块229、输出单元23、电源模块30、开关机构40。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1至图4，本实用新型实施例提供了一种用于开关环网柜的二次DSP控制装置，包括密封盒体10、设置在密封盒体10内部的控制模块20、设置在密封盒体10外部的开关机构40、输入接口机构12、输出接口机构13、电源模块30；密封盒体10为具有容纳空腔的铸铝防水壳体，在密封盒体10的底面设置活动连接件，以将密封盒体10吸附或粘接在开关环网柜的侧壁上，在密封盒体10的两个相对的侧壁上分别开设供输入接口机构12和输出接口机构13安装的两个通孔，输入接口机构12、输出接口机构13分别安装在两个通孔内，输入接口机构12的一端与控制模块20的输入端连接，输入接口机构12的另一端用于输入环网柜二次线路的输入信号，输出接口机构13的一端与控制模块20的输出端连接，输出接口机构13的另一端用于将控制模块20处理后的信号输出；控制模块20包括依次连接的输入单元21、处理单元22、输出单元23，输入单元21与输入接口机构12连接，输出单元23与输出接口机构13连接，处理单元22用于对接收到的信号进行处理，并将处理结果输出至输出单元23；开关机构40与输出接口机构13连接，进而通过输出接口机构13与控制模块20的输出单元23连接，以执行与输出单元23输出的信号相应的操作；电源模块30设置在密封盒体10的外部，电源模块30的输出端穿过密封盒体10，以与控制模块20、开关机构40连接，以提供电力。

本实用新型中，采用铸铝防水壳体，使得壳体为密封壳体，解决了因风沙、凝露、灰尘等因素导致环网柜故障率高、维修频繁的问题；且减少了环境干扰，进一步提高了可靠性。利用活动连接件将控制器吸附或粘接在开关柜上的安装方式，以方便于安装与拆卸；此外处理单元22可以为根据需求可编写程序的单片机或处理器，该单片机或处理器利用数字信号处理器替代传统二次逻辑控制回路中的大部分逻辑电路，解决了传统继电保护线圈容易出现的击穿和燃弧的问题。

进一步，活动连接件为若干个磁铁11，磁铁11通过螺栓连接于密封盒体10底部边角。

磁铁11可采用钕铁硼磁铁，钕铁硼磁铁是强力磁铁的统称，是一种人造的永久磁铁;采用汝铁硼永磁铁将控制器吸附在开关柜上的安装方式，这样安装和拆卸时，不会破坏密封盒体10密封结构，而且在环网柜上的安装位置也可以根据实际需要随意调整。

进一步，输入接口机构12为第一防水航空插头，输出接口机构13为第二防水航空插头，输入单元21与第一防水航空插头连接，用于开关环网柜二次线路的信号的输入；输出单元23与第二防水航空插头连接，用于将处理单元22处理后的信号输出；处理单元22接受输入单元21的信号输入，并对接收到的信号按照预存的算法运算进行判断，并将处理结果输出至输出单元23。

航空插头一般由插头和插座组成，其中插头也称自由端航空插头，插座也称固定航空插头，采用防水航空插头的目的是为了防止凝露引起接口的锈蚀。

进一步，开关机构40为执行开闸、合闸动作的电机。

进一步，H桥电机驱动电路224由四个MOS管采用桥式连接构成，在每一个MOS管的源极和漏极之间并列一个二极管，以作为寄生反并联二极管，当第一MOS管S1与第一MOS管S4同时导通时，电机正转；当第一MOS管S2与第一MOS管S3同时导通时，电机反转。

进一步，处理单元22包括依次连接的开关量输入隔离模块221、DSP数字处理器222、H桥隔离驱动电路223、H桥电机驱动电路224、滤波器225、隔离电源模块226；输入单元21与开关量输入隔离模块221连接，开关量输入隔离模块221与DSP数字处理器222连接，以将开关环网柜二次线路的信号输入至DSP数字处理器222，DSP数字处理器222与H桥隔离驱动电路223连接，H桥隔离驱动电路223与H桥电机驱动电路224连接,H桥电机驱动电路224与开关机构40连接，以控制开关机构40的动作，电源模块30通过滤波器225与H桥电机驱动电路224及DSP数字处理器222相连，以为H桥电机驱动电路224及 DSP数字处理器222提供电力，在滤波器225与DSP数字处理器222之间设置隔离电源模块226，隔离电源模块226用于变压，将电源模块30提供的电压转换成DSP数字处理器222所需的电压。

例如，通过隔离电源模块226将电源模块30提供的24V电压降低到3.3.V或1.8V。

上述开关量输入隔离模块221块、H桥隔离驱动电路223为光耦合器，光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起,发光二极管把输入的电信号转换为光信号，再将光信号传给光敏三极管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离作用，可清除干扰信号。

上述滤波器225是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，滤波器225可以对电源线中特定频率以外的信号进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，以使进入H桥电机驱动电路224及DSP数字处理器222的电压、电流稳定，无杂波。

进一步，H桥电机驱动电路224由四个MOS管采用桥式连接构成，在每一个MOS管的源极和漏极之间并列一个二极管，以作为寄生反并联二极管，当第一MOS管S1与第一MOS管S4同时导通时，电机正转；当第一MOS管S2与第一MOS管S3同时导通时，电机反转。

进一步，DSP数字处理器222与滤波器225之间设置有过流保护模块227，过流保护模块227包括依次连接的检测电路、差分放大电路、比较电路、触发电路，在DSP数字处理器222内部还设置过流保护电路，检测电路用于检测作用于开关机构40上的控制电流值，并将该检测值提供给差分放大电路，差分放大电路将该检测值放大后提供给比较电路，比较电路将该放大后的检测值与预设的基准电压比较，并将比较结果提供给触发电路，触发电路与过流保护电路连接，以通过触发电路控制过流保护电路是否工作，进而控制DSP数字处理器222是否启动过流保护动作。

在具体一个实施例中，过流保护模块227可以采用如下电路设计实现：

该电路通过0.02Ω的功率电阻检测作用于开关机构40上的控制电流，其两端电压先经放大倍数为8倍的隔离放大器进行差分放大，再由运放组成减法器电路将差分电压转换成单端电压，输出单端电压值经比较器与一个基准电压进行比较，若超过则保护电路会发出触发信号，触发DSP的外部中断使其进入过流保护中断服务程序；

例如，开关环网柜的二次DSP控制装置的过流保护功能控制过程为：当电机发生堵转或短路时，电机的控制电流明显增大，过流保护模块227会产生触发信号，触发信号控制过流保护电路启动，过流保护电路启动DSP数字处理器222内部写入的中断服务程序，该中断服务程序中DSP首先会停止电机运行，清除操作命令，然后装载保护延时计数常数，使DSP数字处理器222的控制器进入持续时间为3s的保护状态，在此期间，DSP控制器不响应任何输入命令，保护延时计数常数在事件管理器定时中断内进行减计数，当减为零则使控制器退出保护状态，恢复对输入命令的响应。

上述技术方案，由于采用数字逻辑电路和无触点功率半导体开关来替代现有模拟化继电器控制回路，解决了触点开断寿命短及维修频繁等问题，提高了开关环网柜的二次DSP控制装置的可靠性，降低了故障率。

H桥电机驱动电路224在频繁工作的状态下，产生的热量较大，基于此，可通过PCB焊盘来实现自冷，不需额外散热器以及强制散热措施，进而保证开关环网柜的二次DSP控制装置密封性；进一步，处理单元22为采用PCB焊盘的电路板；PCB焊盘是在电路板上焊接元件引脚，不上绝缘漆而涂有助焊剂的圆形、椭圆形、方形的铜皮，通过PCB焊盘来实现自冷，不需额外散热器以及强制散热措施，尤其是H桥电机驱动电路224，频繁使用，发热量较大，可以在第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3、第四MOS管S4处增加PCB焊盘。

进一步，处理单元22还包括蓝牙模块228，在密封盒体10上设置有蓝牙输出口14，蓝牙模块228与密封盒体10上的蓝牙输出口14相连，用于无线信号的输出。

进一步，所述处理单元22还包括报警模块229，在所述密封盒体上设置有故障报警显示元件15，所述报警模块229与密封盒体上的故障报警显示元件15相连，用于控制模块20的故障显示。

本实用新型实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：包括密封盒体、设置在密封盒体内部的控制模块、设置在密封盒体外部的开关机构、输入接口机构、输出接口机构、电源模块；所述密封盒体为具有容纳空腔的铸铝防水壳体，在所述密封盒体的底面设置活动连接件，以将密封盒体吸附或粘接在开关环网柜的侧壁上，在密封盒体的两个相对的侧壁上分别开设供输入接口机构和输出接口机构安装的两个通孔，所述输入接口机构、输出接口机构分别安装在两个通孔内，所述输入接口机构的一端与控制模块的输入端连接，所述输入接口机构的另一端用于输入环网柜二次线路的输入信号，所述输出接口机构的一端与控制模块的输出端连接，所述输出接口机构的另一端用于将控制模块处理后的信号输出；所述控制模块包括依次连接的输入单元、处理单元、输出单元，所述输入单元与输入接口机构连接，输出单元与输出接口机构连接，所述处理单元用于对接收到的信号进行处理，并将处理结果输出至输出单元；所述开关机构与输出接口机构连接，进而通过输出接口机构与控制模块的输出单元连接，以执行与输出单元输出的信号相应的操作；所述电源模块设置在密封盒体的外部，电源模块的输出端穿过密封盒体，以与控制模块、开关机构连接，以提供电力。

2.如权利要求1所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述活动连接件为若干个磁铁，所述磁铁通过螺栓连接于所述密封盒体底部边角。

3.如权利要求1所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述输入接口机构为第一防水航空插头，所述输出接口机构为第二防水航空插头，所述输入单元与第一防水航空插头连接，用于开关环网柜二次线路的信号的输入；所述输出单元与第二防水航空插头连接，用于将处理单元处理后的信号输出；所述处理单元接受输入单元的信号输入，并对接收到的信号按照预存的算法运算进行判断，并将处理结果输出至输出单元。

4.如权利要求1所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述开关机构为执行开闸、合闸动作的电机。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述处理单元包括依次连接的开关量输入隔离模块、DSP数字处理器、H桥隔离驱动电路、H桥电机驱动电路、滤波器、隔离电源模块；所述输入单元与开关量输入隔离模块连接，所述开关量输入隔离模块与DSP数字处理器连接，以将开关环网柜二次线路的信号输入至DSP数字处理器，所述DSP数字处理器与H桥隔离驱动电路连接，所述H桥隔离驱动电路与H桥电机驱动电路连接,所述H桥电机驱动电路与开关机构连接，以控制开关机构的动作，所述电源模块通过滤波器与H桥电机驱动电路及DSP数字处理器相连，以为H桥电机驱动电路及DSP数字处理器提供电力，在所述滤波器与DSP数字处理器之间设置隔离电源模块，所述隔离电源模块用于变压，将电源模块提供的电压转换成DSP数字处理器所需的电压。

6.如权利要求5所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述H桥电机驱动电路由四个MOS管采用桥式连接构成，在每一个MOS管的源极和漏极之间并列一个二极管，以作为寄生反并联二极管，当第一MOS管S1与第一MOS管S4同时导通时，所述电机正转；当第一MOS管S2与第一MOS管S3同时导通时，所述电机反转。

7.如权利要求1至4中任何一项所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述DSP数字处理器与滤波器之间设置有过流保护模块，所述过流保护模块包括依次连接的检测电路、差分放大电路、比较电路、触发电路，在所述DSP数字处理器内部还设置过流保护电路，所述检测电路用于检测作用于开关机构上的控制电流值，并将该控制电流值提供给所述差分放大电路，所述差分放大电路将该控制电流值放大后提供给比较电路，所述比较电路将该放大后的控制电流值与预设的基准电压比较，并将比较结果提供给触发电路，所述触发电路与过流保护电路连接，以通过触发电路控制过流保护电路是否工作，进而控制DSP数字处理器是否启动过流保护动作。

8.如权利要求1至4中任何一项所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述处理单元还包括蓝牙模块，在所述密封盒体上设置有蓝牙输出口，所述蓝牙模块与密封盒体上的蓝牙输出口相连，用于无线信号的输出。

9.如权利要求1至4中任何一项所述的用于开关环网柜的二次DSP控制装置，其特征在于：所述处理单元还包括报警模块，在所述密封盒体上设置有故障报警显示元件，所述报警模块与密封盒体上的故障报警显示元件相连，用于控制模块的故障显示。