CN101047084A - 智能型控制与保护开关电器的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能型控制与保护开关电器的控制装置，包括主体模块、电流检测模块、电源模块、HMI模块；其特征在于：还包括主程序软件；所述的主体模块，包括电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、信号调理电路、中央微处理器、输出模块、温度保护模块、4－20mA模拟量输出模块、Modbus通讯接口；上述电路由电源模块供电；电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、温度信号，传送到信号调理放大电路后进入中央微处理器处理，中央微处理器处理后可以到输出模块或到存储单元EEPROM存储；中央微处理器处理的数据与HMI模块、Modbus总线互传。这是一个采用微处理器技术，嵌入式技术和现场总线技术的控制装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能化控制装置，更确切的说涉及一种智能型控制与保护开关电器的控制装置，属于电机控制技术领域。
背景技术
控制与保护开关电器(CPS)是低压电器中的新产品，作为新的大类产品，其产品类别代号为“CPS”，其英文“Control and ProtectiveSwitching Device”的缩写。
CPS的主要特征为：在单一结构形式的产品上实现集成化的、内部协调配合的控制与保护功能，能够替代断路器(熔断器)、接触器、过载(或过流、断相)保护继电器、起动器、隔离器等多种传统的分离器件。
中国专利号为01238478.X的实用新型专利“一种集成化的控制与保护开关电器”采用模块化，具有隔离、断相及完善的定时限、反时限、瞬时三段保护和就地、远程自动控制功能。
上述实用新型专利，其断相、过载和过流保护主要是通过双金属片来实现的。存在着精度低，整定困难，可靠性差，缺乏现场总线通讯接口，无法进行数据交换因而也无法适应网络化管理的要求，且只对电流进行检测，没有电压检测功能，保护不全面。
从电动机控制与保护技术角度，目前采用微处理器技术，嵌入式技术和现场总线技术开发的模块化、智能化的电动机控制与保护装置已经成为技术发展趋势，值得人们开发和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能型控制与保护开关电器的控制装置，该装置能作多种参数检测、具有多种保护功能、多种电机运行控制以及相配合的现场总线通讯接口功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：该智能型控制与保护开关电器的控制装置包括主体模块、电流检测模块、电源模块、HMI模块及上位机监视控制软件。
所述的主体模块，包括电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、信号调理电路、中央微处理器、输出模块、温度保护模块、4-20mA模拟量输出模块、Modbus通讯接口；由电源模块供电。
上述电路之间的信号传递：电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、温度信号，传送到信号调理放大电路后进入中央微处理器处理，中央微处理器处理后可以到输出模块或到存储单元EEPROM存储；中央微处理器处理的数据与HMI模块、Modbus总线互传。
其中检测参数包括：A相电流、B相电流、C相电流、平均电流、剩余电流、A相电压、B相电压、C相电压、平均电压、总功率、有功率、无功功率、功率因素、电能。
其中保护功能包括：过载保护、断相保护、不平衡保护、剩余电流保护、堵转保护、阻塞保护、欠载保护、温度(PTC)保护、欠压保护、过压保护、欠功率保护。
其中控制功能包括：起动控制、停止控制、紧急停止控制、直接起动控制、双速电机控制、可逆电机控制、星-三角起动控制、自耦降压起动控制、电阻降压起动控制。
本发明的有益效果：这是一个采用微处理器技术，嵌入式技术和现场总线技术的控制装置，具有多种检测、控制与保护功能的模块化智能型控制与保护开关电器，它集多种参数检测、多种保护功能、多种控制功能于一体，并具有现场总线通讯接口，体积小巧，接线方便，可靠性高。其与控制与保护开关主体构成新型的智能化控制与保护开关电器。具有很好的市场前景，也会对电动机控制与保护技术起到推动作用，具有一定的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的硬件原理图；
图2为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的开关电源转换电路模块原理图；
图3为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的交流高电压信号采样电路模块原理图；
图4为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的基准电压产生电路模块原理图；
图5为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的电流信号调理模块原理图；
图6为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的漏电模块原理图；
图7为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的继电器输出电路模块原理图；
图8为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的数字量输入电路模块原理图；
图9为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的处理器电路模块原理图；
图10为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的4-20mA模拟量输出电路模块原理图；
图11为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的热敏电阻温度保护电路模块原理图；
图12为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的现场总线通讯接口电路模块原理图；
图13为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的HMI模块接口及面板发光二极管原理图；
图14为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置的主程序软件流程图；
图15为本发明的智能型控制与保护开关电器的控制装置与控制与保护开关主体配合的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作比较详细的说明。
参照图1，该智能型控制与保护开关电器的控制装置包括中央微处理器、电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器输入、温度传感器、光隔数字量输入、信号调理、HMI模块、Modbus通讯模块、继电器输出模块、4～20mA模拟量输出、电源模块及上位机监视控制软件。
上述电路之间的信号传递：电压信号输入1、电流传感器2、零序电流传感器输入3、光隔数字量输入4、温度传感器5，传送到信号调理放大电路6后进入中央微处理器7处理，中央微处理器处理后可以到继电器输出模块10或存储在中央微处理器自带的存储器中；经过中央微处理器处理的数据与HMI模块8、Modbus通讯接口互传9；经过中央微处理器到4～20mA模拟量11输出，电源模块12为中央微处理器供电。
参照图2，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的开关电源转换电路。包括两路独立的开关电源变换电路。
参照图3，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的交流高电压信号采样电路模块原理图。
所述的交流高电压信号采样电路，电压为380V，电压信号采样电路模块包括限流电路、电压传感器电路、运算放大器信号跟随电路。
参照图4，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的基准电压产生电路。包括分压电路、运放跟随电路和滤波电路。
参照图5，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的电流信号调理电路。
所述的电流信号调理模块电路包括精密功率电阻信号采样电路、运算放大器信号跟随放大电路、模拟开关电路。
参照图6，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的漏电模块电路。包括精密功率电阻信号采样电路、运算放大器信号跟随放大电路、模拟开关电路。
参照图7，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的继电器输出电路。
所述的继电器输出电路模块共4路输出，每路包括控制信号光电隔离电路、输出放大电路、继电器保护电路。
参照图8，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的数字量输入电路模块原理图。
所述的光隔数字量输入电路模块共8路输入，每路包括数字量输入信号检测电路、数字输入信号光电隔离电路。
参照图9，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的处理器电路，包括微处理器dsPIC30F5011和晶振电路。
参照图10，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的4-20mA模拟量输出电路，包括主微处理器PWM输出隔离电路、运算放大器信号跟随电路、频率-电压转换电路以及输出恒流源电路。
参照图11，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的热敏电阻温度保护电路，包括电桥电路，比较电路，信号隔离电路。
参照图12，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的现场总线通讯接口电路，包括信号线隔离电路、总线通讯电平转换电路及输出保护电路。
参照图13，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的HMI模块接口及面板发光二极管原理图，包括电平转化电路、电源提供电路。
参照图14，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置的主程序软件流程图。
所述的主程序，存储在中央微处理器7中，该智能化控制装置从上电开始，主程序便开始运行，其步骤如下：***从[上电或复位]13开始，进入[初始化模块]14，完成后进入[自检模块]15到[自检故障]16判断，如果检出有故障，进入[报警]17，否则进入[应用方式设置]18，完成后进入[测试]19判断，如果要求进行测试则进入[测试处理模块]20，测试处理完成进入[MainCount＝20ms]21判断，如果不要求进行测试则直接进入[MainCount＝20ms]21判断，如果否则等待，如果是就进入[MainCount＝0]22紧接着进入[数据计算模块]23，完成后进入[起动判断模块]24，完成后进入[保护处理模块]25，完成后进入[开关量输入处理模块]26，完成后进入[通信事件处理模块]27完成后回到[MainCount＝20ms]开始循环执行。
参照图15，这是本发明的智能型控制与保护开关电器控制装置与控制与保护开关主体配合的结构图，包括电磁传动机构、操作机构(主体面板)、壳体、主电路接触组、智能型控制装置。
为了更清楚说明智能型控制与保护开关电器的控制装置的工作原理和功能，下面作一些筒要说明。
智能型控制与保护开关电器控制装置主体模块检测电压和电流检测模块二次电流信号经过微处理器进行处理和运算实现多种控制保护功能，电流检测模块检测电机三相电流和零序电流信号并传送给主体模块，远程显示控制模块通过和主体模块相连及通讯实现远程参数显示和控制主体模块输出。上位机监视控制软件实现网络监视该智能化控制装置的参数及实施控制功能。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种智能型控制与保护开关电器的控制装置，包括主体模块、电流检测模块、电源模块、HMI模块；
其特征在于：还包括主程序软件；
所述的主体模块，包括电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、信号调理电路、中央微处理器、输出模块、温度保护模块、4-20mA模拟量输出模块、Modbus通讯接口；上述电路由电源模块供电；
电压信号输入、电流传感器、零序电流传感器、光隔数字量输入模块、温度信号，传送到信号调理放大电路后进入中央微处理器处理，中央微处理器处理后可以到输出模块或到存储单元EEPROM存储；中央微处理器处理的数据与HMI模块、Modbus总线互传。
2、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的交流高电压信号采样电路，电压为380V，电压信号采样电路模块包括限流电路、电压传感器电路、运算放大器信号跟随电路。
3、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的基准电压产生电路，包括分压电路、运放跟随电路和滤波电路。
4、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的电流信号调理模块，包括精密功率电阻信号采样电路、运算放大器信号跟随放大电路、模拟开关电路。
5、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的漏电模块，包括精密功率电阻信号采样电路、运算放大器信号跟随放大电路、模拟开关电路。
6、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的继电器输出电路模块共4路输出，每路包括控制信号光电隔离电路、输出放大电路、继电器保护电路。
7、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的数字量输入电路，共8路输入，每路包括数字量输入信号检测电路、数字输入信号光电隔离电路。
8、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的微处理器电路，包括微处理器dsPIC30F5011和晶振电路。
9、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的主程序，存储在中央微处理器7中，其步骤如下：***从[上电或复位]13开始，进入[初始化模块]14完成后进入[自检模块]15到[自检故障]16判断，如果检出有故障，进入[报警]17，否则进入[应用方式设置]18，完成后进入[测试]19判断，如果要求进行测试则进入[测试处理模块]20，测试处理完成进入[MainCount＝20ms]21判断，如果不要求进行测试则直接进入[MainCount＝20ms]判断，如果否则等待，如果是就进入[MainCount＝0]22紧接着进入[数据计算模块]23，完成后进入[起动判断模块]24完成后进入[保护处理模块]25完成后进入[开关量输入处理模块]26完成后进入[通信事件处理模块]27完成后回到[MainCount＝20ms]开始循环执行。
10、如权利要求1所述的控制与保护开关电器的控制装置，其特征在于：所述的主体配合的结构，包括电磁传动机构、操作机构、壳体、主电路接触组、智能化控制装置。
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