CN2631087Y - 一种新型馈电开关数码综合保护监控器 - Google Patents

Abstract

一种新型馈电开关数码综合保护监控器，包括主机、按键和显示屏，主机内设有信号预处理电路、多路开关A/D转换电路、单片机系统和继电器驱动电路、显示驱动电路、故障和数据永久记忆电路、整定值输入电路、地址译码电路、电源电路，信号预处理电路包括针对电源的至少两相的电流电压有效值转换电路、零序电流电压有效值转换电路、过零检测电路、相位检测电路和屏蔽芯地线的绝缘检测电路，各有效值转换电路将外部现场信号检测电路所检测到的交流信号换成直流信号，单片机系统电连接有RS－485通信驱动接口电路。本实用新型减少了数据采集的次数，节省了单片机采集数据和数据分析处理的时间，提高了单片机实时控制的能力和速度，使保护监控器的工作更加可靠。

Description

一种新型馈电开关数码综合保护监控器

技术领域

本实用新型涉及一种高压馈电开关综合保护监控器，尤其涉及一种在矿井中使用的高压馈电开关综合保护监控器。

背景技术

现有的大多数矿井高压开关都采用模拟电子电路进行控制，由于模拟电子电路本身存在的缺点，不能对监控器进行自我检测，功能少，精度低，一致性差和无通讯功能的缺点。但也有少数采用数字技术取代模拟电子技术的方案，如中国专利号为98205537.4的实用新型专利，公开了一种微计算机全数字技术高压馈电综合保护器，是采用微计算机全数字技术的完整专用工业自动化控制整机。由一组前向通道、微计算机本体与伺服电路、一组后向通道构成。前向通道将各信号源产生的模拟信号转换成数字信号；微计算机识别并分时选择性读取相关数字信息，构造出多种数学模型和控制模型，以达到实现控制的目的。后向通道驱动被控对象的报警机构和动作机构。本装置结构简单，成本低，具有自我检测和通讯等功能。上述专利虽然采用微计算机进行控制，但其存在如下缺点：首先，上述专利将外部检测到的交流信号降压后直接传送到多路开关A/D转换电路中，并没有对交流信号进行预处理，数据稳定性和可靠性低，增加了微计算机的处理速度和数据采集的次数，使微计算机的实时控制的能力下降，不能达到及时控制电路的目的；其次，过零检测和相位检测是通过微计算机的内部程序进行测算判断完成，增加内部程序的复杂性和微计算机的响应时间，同时降低了保护器的快速控制能力；再次，上述产品只是原来模拟电子电路控制的一种替代方案，产品的可扩充性比较小。

实用新型内容

本实用新型提供了一种解决上述现有技术的缺点，具有较高实时控制速度的高压馈电开关数码综合保护监控器。

按照本实用新型提供的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，包括一主机、安装在所述主机上的多个控制按键和显示屏，所述主机内设有与外部现场信号检测电路相电连接的一信号预处理电路、一与所述信号预处理电路相电连接的多路开关A/D转换电路、一与所述多路开关A/D转换电路相电连接的单片机系统和被所述单片机系统控制的一继电器驱动电路、一显示驱动电路、一故障和数据永久记忆电路、一整定值输入电路、一地址译码电路及一向各电路供电的电源电路，所述控制按键与所述整定值输入电路相电连接，所述显示驱动电路与所述显示屏相电连接，所述信号预处理电路包括针对电源的至少两相的电流电压有效值转换电路、零序电流电压有效值转换电路、过零检测电路、相位检测电路和一屏蔽芯地线的绝缘检测电路，所述各有效值转换电路将所述外部现场信号检测电路所检测到的交流信号转换成直流信号，经过处理的直流信号传输到所述多路开关A/D转换电路中，所述单片机系统电连接有一与外部通讯的RS-485通信驱动接口电路。

按照本实用新型提供的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，还具有如下附属技术特征：

所述各有效值转换电路由AD546集成电路构成。

所述过零检测电路包括相线的过零检测电路和零序线的过零检测电路，所述过零检测电路由运算放大器LM393构成。

所述相位检测电路包括相线的电流电压相位检测电路和零序线的电流电压相位检测电路，所述相位检测电路与所述过零检测电路相电连接，所述过零检测电路检测的信号传输到所述相位检测电路进行相位判断。

所述相位检测电路由74ALS00集成电路构成，所述零序线的电流电压相位检测电路还包括一由74LS74集成电路构成的相位滞后判断电路。

所述屏蔽芯地线的绝缘检测电路由一限流电阻R115、一稳压管D84和一电容C94组成，其与所述电源电路相电连接，将外部检测到的漏电信号处理后传输到所述多路开关A/D转换电路中。

所述永久记忆电路由存储芯片HY122和锁存器74LS373构成。

所述单片机系统中的单片机采用ATM89C55单片机。

所述电源电路为双重稳压电源电路。

所述多路开关A/D转换电路采用ADC0809集成电路。

按照本实用新型提供的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，具有如下优点：首先，本实用新型将外部采集的交流信号通过有效值整定电路变成直流有效值信号，再将直流信号传送到多路开关A/D转换电路进行采样，转换成数字信号，增强了数据采集的稳定性和可靠性，减少了数据采集的次数，节省了单片机采集数据和数据分析处理的时间，提高了单片机实时控制的能力和速度，使保护监控器的工作更加可靠；其次，通过硬件实现零序电压电流的过零检测和相位检测，提高了保护监控器功率方向的判断能力和快速控制能力；再次，保护监控器安装有一RS-485驱动接口，能够接收远程上位机指令，保护监控器能够执行上位机指令，使保护监控器不仅能够对高压线路进行检测控制，还能够执行人为控制的各种指令，提高了保护监控器的使用功能；最后，采用ATM89C55单片机，片内具有20KB的程序存储器，省掉了片外程序存储器。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图，示出各部分电路的连接关系。

图2是本实用新型一种优选实施例中的电路原理示意图。

图3是本实用新型一种优选实施例中多路开关A/D转换电路的电路原理图。

图4是本实用新型一种优选实施例中单片机系统的电路原理图。

图5是本实用新型一种优选实施例中RS-485驱动接口电路的电路原理图。

图6是本实用新型一种优选实施例中电源电路的电路原理图。

图7是本实用新型一种优选实施例中绝缘检测电路的电路原理图。

图8是本实用新型一种优选实施例中永久记忆电路的电路原理图。

具体实施方式：

参见图1，本实用新型给出的一种优选实施例，包括一主机、安装在所述主机上的多个控制按键和显示屏，所述显示屏为LED显示屏或LCD显示屏，所述主机内设有与外部现场信号检测电路相电连接的一信号预处理电路20、一与所述信号预处理电路20相电连接的多路开关A/D转换电路1、一与所述多路开关A/D转换电路1相电连接的单片机系统2和被所述单片机系统2控制的一继电器驱动电路3、一显示驱动电路4、一故障和数据永久记忆电路5、一整定值输入电路6、一地址译码电路7及一向各电路供电的电源电路8，所述控制按键与所述整定值输入电路6相电连接，所述显示驱动电路4与所述显示屏相电连接，所述继电器驱动电路3、所述显示驱动电路4、所述整定值输入电路6和所述地址译码电路7都为现有技术，此处不再赘述。所述信号预处理电路20包括针对电源的至少两相的电流电压有效值转换电路9、零序电流电压有效值转换电路10、过零检测电路11、相位检测电路12和一屏蔽芯地线的绝缘检测电路13，所述各有效值转换电路将所述外部现场信号检测电路所检测到的交流信号转换成直流信号，经过处理的直流信号传输到所述多路开关A/D转换电路1中，所述相电流电压有效值转换电路9同时实现了对电源的过载或短路信号的转换，即对电源的电流电压的检测实现了对电源的过载或短路的检测；所述单片机系统2电连接有一与外部通讯的RS-485通信驱动接口电路14，通过所述RS-485通信驱动接口电路14实现与外部远程上位机的通讯。

参见图1和图2，本实用新型的一种优选实施例中，所述相线的电流电压有效值转换电路9分为对A相和C相的过载或短路的电流电压信号进行有效值转换电路，各有效值转换电路可以由集成电路或其他的分立元件构成，在本实用新型给出的一种优选实施例中，所述A相和C相的过载或短路的电流电压信号的有效值转换电路由AD546集成电路构成，所述AD546能够将外部检测到的交流信号转换成直流信号，再将所述直流信号传送到所述多路开关A/D转换电路中。

参见图2，本实用新型一种优选实施例中，所述零序电流电压有效值转换电路10包括零序电压有效值转换电路101和零序电流有效值转换电路102，所述零序电压有效值转换电路101和所述零序电流有效值转换电路102也是由AD546集成电路构成。

参见图2，所述相位检测电路12包括相线的电流电压相位检测电路121和零序线的电流电压相位检测电路122，所述相位检测电路12与所述过零检测电路11相电连接，所述过零检测电路11检测的信号传到所述相位检测电路12进行相位判断。所述过零检测电路11由运算放大器LM393及其外部电路构成，所述相位检测电路12由74ALS00集成电路构成，所述零序线的电流电压相位检测电路122还包括一由74LS74集成电路构成的相位滞后判断电路123，通过相位滞后判断电路123判断零序线上的电流信号的相位是否超前于电压信号，从而决定是否进行拉闸处理。上述的各相位检测电路12将检测处理的相位信号传输到所述单片机系统2，实现了用硬件达到相位检测的目的。

参见图2和图3，所述多路开关A/D转换电路1采用ADC0809集成电路，所述ADC0809集成电路具有多路开关采样电路和A/D转换电路，将经过处理的直流信号转换成数字信号，然后传送给所述单片机系统2。

参见图2和图4，所述单片机系统2由ATM89C55单片机及其外部电路组成，所述ATM89C55单片机具有20KB的程序存储器，省掉了片外程序存储器。

参见图5，所述RS-485通信驱动接口电路14由SN1483、4N28集成电路及其外部电路构成，通过RS-485通信驱动接口电路实现与外部远程上位机的串行通信，能够执行上位机的指令。

参见图6，所述电源电路8为双重稳压电路，所述双重稳压电路由一级稳压芯片U11、U15组成，输出12V电压，二级稳压芯片U14的将一级稳压芯片输出的12V电压再次稳压，输出各集成芯片所需的5V电压，由于采用双重稳压技术，使各集成芯片在电源电压波动很大，干扰恶劣的情况下，能正常工作，提高了整个系统的可靠性。

参见图7，所述屏蔽芯地线的绝缘检测电路13由一电阻R115、一稳压管D84及一电容C94构成，其与所述电源电路8相电连接，所述电源电路8向所述绝缘检测电路13提供直流电源，提高了所述检测电路13对屏蔽芯地线进行绝缘检测的精度。

参见图8，所述永久记忆电路5由存储芯片HY122和锁存器74LS373构成，所述存储芯片HY122自带内部电源，在外部电路断电的情况下继续工作，能够保存大量的故障代码和数据。

通过上述电路的工作，实现对外部电路的过载或短路的检测，控制各用电设备的工作，并将检测到的信号通过RS-485通信驱动接口传输到上位机，现结合整个电路说明此控制器的工作过程：

设备启动后，保护监控器进行自检，如果有故障则显示故障代码，否则就显示本机站号及电网功率因数，再显示上次拉闸原因及故障瞬时值；然后系统进入检测工作状况，判断工作是否正常，如果工作异常，则拉闸实现断电保护，同时显示跳闸故障原因；如果工作正常显示电网进线电压及负载电流，在进入判断是否有上位机的命令，如果有上位机的命令则执行命令，否则跳转到检测工作状况，再次循环检测。

上述几种实施例仅供说明本实用新型之用，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (10)

1、一种新型馈电开关数码综合保护监控器，包括一主机、安装在所述主机上的多个控制按键和显示屏，所述主机内设有与外部现场信号检测电路相电连接的一信号预处理电路(20)、一与所述信号预处理电路相电连接的多路开关A/D转换电路(1)、一与所述多路开关A/D转换电路(1)相电连接的单片机系统(2)和被所述单片机系统(2)控制的一继电器驱动电路(3)、一显示驱动电路(4)、一故障和数据永久记忆电路(5)、一整定值输入电路(6)、一地址译码电路(7)及一向各电路供电的电源电路(8)，所述控制按键与所述整定值输入电路(6)相电连接，所述显示驱动电路(4)与所述显示屏相电连接，其特征在于：所述信号预处理电路(20)包括针对电源的至少两相的电流电压有效值转换电路(9)、零序电流电压有效值转换电路(10)、过零检测电路(11)、相位检测电路(12)和一屏蔽芯地线的绝缘检测电路(13)，所述各有效值转换电路将所述外部现场信号检测电路所检测到的交流信号换成直流信号，经过处理的直流信号传输到所述多路开关A/D转换电路(1)中，所述单片机系统(2)电连接有一与外部通讯的RS-485通信驱动接口电路(14)。

2、如权利要求1所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述各有效值转换电路由AD546集成电路构成。

3、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述过零检测电路(11)包括相线的过零检测电路(111)和零序线的过零检测电路(112)，所述过零检测电路(11)由运算放大器LM393构成。

4、如权利要求1所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述相位检测电路(12)包括相线的相位检测电路(121)和零序线的相位检测电路(122)，所述相位检测电路(12)与所述过零检测电路(11)相电连接，所述过零检测电路(11)检测的信号传输到所述相位检测电路(12)进行相位判断。

5、如权利要求4所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述相位检测电路(12)由74ALS00集成电路构成，所述零序线的电流电压相位检测电路(122)还包括一由74LS74集成电路构成的相位滞后判断电路(123)。

6、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述屏蔽芯地线的绝缘检测电路(13)由一限流电阻R115、一稳压管D84和一电容C94组成，其与所述电源电路(8)相电连接，将外部检测到的漏电信号处理后传输到所述多路开关A/D转换电路中。

7、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述永久记忆电路(5)由存储芯片HY122和锁存器74LS373构成。

8、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述单片机系统(2)中的单片机采用ATM89C55单片机。

9、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述电源电路(8)为双重稳压电源电路。

10、如权利要求1或2所述的一种新型馈电开关数码综合保护监控器，其特征在于：所述多路开关A/D转换电路(1)采用ADC0809集成电路。

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