CN103778832A - 升流器模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种升流器模拟器，包含上位机、控制机、壳体、位于壳体外面的若干模拟接线端子部分；所述上位机和控制机通信连接，控制机和所述模拟接线端子连接。本发明采用计算机实时仿真，最大限度模拟现场工作环境，在设备外观、功能完全仿真的条件下，输入输出电压小、可以实现在安全工作电压下为学员提供升流器的培训考试可靠的安全保障。
Description
技术领域
本发明涉及电能互感器领域，尤其涉及一种升流器模拟器。
背景技术
目前国内电能计量检定人员流动性大、知识更新慢、专业知识和工作水平参差不齐，复合型人才偏少,掌握互感器现场检定技术的技术人员较少，影响了正常的检测工作，主要是因为培训装置较滞后，目前多以集中理论培训、演示实验、书面考试以及跟现场一带一等培训方式，都存在很大的局限性，培训效率非常低。
而且在实际环境中的培训，由于电能计量设备具有高电压、大电流，会对人身和设备产生安全隐患，限制了培训的质量和效率。
如果能提供一种能够在低压、小电流的条件下操作，且功能和外观上完全模拟真实的升流器，那么，对电能计量检定人员培训该设备时的安全操作将是十分有利的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种升流器模拟器，包含上位机、控制机、壳体、位于壳体内的电流互感器、位于壳体外的若干模拟接线端子；所述上位机和控制机通信连接，控制机和所述若干接线端子连接；其中
模拟接线端子用于模拟真实升流器的接线端子；
控制机用于对各个模拟接线端子接线情况的信号采集，并上传给上位机；
上位机用于对控制机发送控制指令信息、设定所述模拟器的参数、接收控制机上传信息，并对连线是否正确进行判断、实时显示各个模拟接线端子连线情况。
进一步的，所述模拟接线端子部分包括两个输入端子、三个输出端子。
进一步的，所述模拟接线端子的输入端子标志为220V、±，输出端子标志为0、5V/100A、5V/100A。
进一步的，所述升流器模拟器的参数包括模拟变比值、极性、升流值。
进一步的，上位机的标准电压互感器模拟页面设置有接线情况显示区域，所述接线情况显示区区域用委托监听监控控制机发送的数据，用string的Split（）方法分解数据，并与根据标准的通断关系比较，实时显示接的每一根线。
进一步的，控制机包括头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块、RS232收发器模块、MCU模块以及供电单元模块；MCU模块与头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块单向连接，与RS232收发器模块双向连接。其中，
头接线端驱动输出模块用于接收MCU模块发出的驱动控制信号，给待判断的接线线头施加低电平；
尾接线端采集输入模块用于实现对接线尾端信号扫描，逐一查询除带判断接线意外的其他接线尾端的电平状态；
极性与信号判别模块用于实现信号的放大，并实现信号的模数转换；
RS232收发器模块用于将尾接线端采集输入模块的信号传输至上位机或者将上位机的控制指令信息传输至控制机；
MCU模块用于控制头接线端驱动输出模块驱动待判断接线端头，并不断扫描尾接线端采集输入模块的逻辑电平信号，判断各个模拟接线端子之间接线的通断关系；
供电单元模块用于向其他各模块供电。
进一步的，所述头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路；所述头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路；所述极性与信号判别模块由跨导放大器与过零检测电路组成；所述RS232收发器模块用SP3232收发器；所述MCU模块采用PQFP44封装的MPC82G 516A单片机芯片。
进一步的，所述上位机与控制机通过串口连接。
本发明的有益效果为：
本发明采用计算机实时仿真，最大限度模拟现场工作环境，在设备外观、功能完全仿真的条件下，使接线电压变得很低（一般只有10V左右）、可以实现在安全工作电压下为学员升流器的培训考试提供可靠的安全保障。
本发明的控制机完全满足升流器检定接线模拟***或其他类似的仿真培训***的技术要求，能实现全电子化，实时地、准确地判断模拟接线的通断状态，并及时地、不断地将结果数据上传给上位机作接线的对错判断等进一步处理。
上位机可以将壳体的模拟接线端子是我试验接线判断（在计算机上能将实际试验接线情况显示出来），最大限度的激发学员对现场工作的理解力和实际操作能力，迅速提高学员操作技能，具有较强的生产实际意义。
附图说明：
图1为本发明原理框图。
图2为控制机原理模块图。
图3为控制机的软件原理框图。
具体实施方式：
本发明包括作为上位机（一般为计算机）、控制机、壳体、位于壳体内的电流互感器、位于壳体外的若干模拟接线端子。
如图1所示：上位机与控制机通过RS232串口连接，各个接线端子与控制机主板的接线插座连接，所述壳体模拟真实的电流互感器外壳。电流互感器的二次线端子部分通过隔离变压器连接到电源。
1.电流互感器
所述位于壳体内的电流互感器由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、接线端子等组成。其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数(N1)较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流(I1)通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流(I2)；二次绕组的匝数(N2)较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路，由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。
所述互感器可以使用穿心式电流互感器，其本身结构不设一次绕组，载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大。
通过采样此电流互感器二次电流电压，从而计算其穿过的一次线的极性的正反。
电流互感器的一次线输入端子为L1，L2，二次线输入端子为K1，K2。外界电源经过隔离变压器后接入至电流互感器的二次线输入端子K1、K2。
2. 模拟接线端子
模拟接线端子部分设置在壳体外表。如图1中所示：模拟接线端子有5个，两个输入端子标志为220V、±；三个输出端子标志为0、5V/100A、5V/100A，所述5个输入端子直接与控制机的主板连接。根据需要，控制机可识别这5根接线的相互连接状态。5根接线的头端分别为：1a,2a,……….5a。5根接线的尾端分别为：1b,2b………5b。也就是，上位机通过控制机要及时准确地识别出每一个端号与其他4个端号的的关系（导通或断开）。识别的方法采用扫描式。
3.控制机
控制机在嵌入软件的管理下，能实现全电子化，快速判断标准电压互感器模拟接线端子的接线情况，并可扩展到更多根导线的相互连接关系，并不断地、实时地将结果上传给上位机。
a.控制机的硬件实现
图2所示为控制机原理框图。控制机由头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块、RS232收发器模块、MCU模块以及供电单元模块组成，MCU模块与头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块单向连接，与RS232收发器模块双向连接。下面对各模块进行介绍：
头接线端驱动输出模块：采用74HC374或8位锁存器集成电路。接收MCU模块发出的驱动控制信号，给待判断的接线线头施加低电平。
尾接线端采集输入模块：采用75HC244或8位3态门集成电路。实现对接线尾端信号扫描，逐一查询除带判断接线意外的其他接线尾端的电平状态。
极性与信号判别模块：由跨导放大器与过零检测电路组成。跨导放大器的作用是把信号充分放大，以保证检测的灵敏度，过零检测电路的作用是把正弦波模拟信号变为数字信号，便于MCU处理。MCU得到这些信号后，按照一定的算法，则可判断出极性的正与反。
RS232收发器模块：采用SP3232收发器或类似的集成模块，通过RS232标准的通信接口将采集的数据连续实时传输至上位机或将上位机的控制指令信息传输至控制机。
MCU模块：采用PQFP44封装的MPC82G 516A单片机芯片。MCU模块按照单片机装载的扫描程序通过不断扫描采集接线端尾采集输入模块的逻辑电平信号，判定各个导线接线端子的通断关系，同时MCU模块还负责控制接线端头驱动输出模块具体驱动哪根接线端头。MPC82G516 A 是基于80C51的高效1-T结构的单芯片微处理器，每条指令需要1~7个时钟信号 (比标准8051快6~7倍)，与8051指令集兼容。因此在与标准8051有同样的处理能力的情况下，MPC82G516A只需要非常低的运行速度，同时由此能很大程度的减少耗电量。
供电单元模块：提供其他各模块所需的工作电源。
b.控制机的软件实现
图3为该控制机的软件原理框图。主要分为3个步骤：程序定时扫描与初始化、接线状态实时采集、数据实时上传。
所述程序定时扫描结构与初始化步骤主要实现程序的定时周期扫描，便于实现多任务管理与精确的同步，这样保证了数据采集、通讯的可靠性。
接线状态实时采集步骤主要实现扫描式驱动接线端头、采集接线端尾的全部导线的整个实时采集过程。
实时数据上传步骤是按应用层通讯协议，将接线状态实时采集功能模块采集到的接线状况转换为上位机能识别的数据，并发送给上位机。
c.控制机接线判断方法
控制机接线判断的具体方法和步骤如下：
步骤1：程序扫描结构初始化后，MCU模块发出驱动控制信号，通过头接线端驱动模块产生逻辑低电平驱动某一根导线的线头端，给识别的线头端馈以低电平，而其他线头端均馈以高电平；
步骤2：MCU模块采用程序扫描的方式，扫描周期小于100ms，通过尾接线端采集输入模块，逐一查询其他导线线尾端的电平状态，若尾接线端采集输入模块对应的接线端尾端上测到的电平为低电平，说明该点与线头连通，若测到的电平为高电平，说明该点与线头断开， MCU模块将尾接线端采集输入模块接线端尾电平状态全部采集一遍，这样判断出被驱动导线与其他导线的通断连结关系；
步骤3：按此过程循环，头接线端驱动模块扫描式的快速进行驱动其余模拟导线的接线头端，当全部线的头端逐一被驱动完成后，MCU模块就能实时地采集到全部导线的通断状况，得到全部导线之间的连接关系；
步骤4：MCU模块完成全部导线的通断状况的采集后按照通信协议通过RS232收发器模块将导线通断连接关系的结果上传给上位机，上位机再根据标准的通断关系与RS232收发器模块送来的实际连结关系比较，进行接线关系对错的判断。至此，整个接线判断过程结果。从采集到发送数据完成的整个周期，不大于100ms，实时采集了全部导线相互的连接关系。
4.上位机
所述上位机能够用于设定升流器模拟器的参数，如变比、极性，并有显示区区域显示升流器的接线图。接线图中显示模拟接线部分的5个接线端子，当操作人员对端子进行连线后，会即使在显示区域上显示出来。
上位机的工作步骤为：
1.上位机加载标准电压互感器模拟页面，操作人员设定好变比，升流值、极性等参数。
2.显示区区域用委托监听监控控制机发送的数据，并用string的Split（）方法分解数据，通过分析数据用划线的方式能智能化的及时实时显示学员接的每一根线，
3.上位机根据标准的通断关系与RS232收发器模块送来的实际连结关系比较，进行接线关系对错的判断。接线正确的用黑色连线表示，接线错误的用红色连线表示。
本发明的有益效果为：
本发明采用计算机实时仿真，最大限度模拟现场工作环境，在设备外观、功能完全仿真的条件下，使接线电压变得很低（一般只有10V左右）、可以实现在安全工作电压下为学员升流器的培训考试提供可靠的安全保障。控制机和上位机还可实现模拟升流器穿心功能。升流器模拟器的模拟大电流有0~2000A，1000A及以上穿心一匝，输出2V/每匝。
本发明的控制机完全满足升流器检定接线模拟***或其他类似的仿真培训***的技术要求，能实现全电子化，实时地、准确地判断模拟接线的通断状态，并及时地、不断地将结果数据上传给上位机作接线的对错判断等进一步处理。
上位机可以将壳体的模拟接线端子是我试验接线判断（在计算机上能将实际试验接线情况显示出来），最大限度的激发学员对现场工作的理解力和实际操作能力，迅速提高学员操作技能，具有较强的生产实际意义。
模拟真实升流器外观，升流器模拟器外观与真实升流器外观完全一致，其中升流器模拟器面板上的接线柱也和真实升流器一样。达到与现场测试环境一致的效果。
Claims (8)
1.升流器模拟器，其特征在于，包含上位机、控制机、壳体、位于壳体内的电流互感器、位于外面的若干模拟接线端子；所述上位机和控制机通信连接，控制机和所述若干接线端子连接；其中
模拟接线端子用于模拟真实升流器的接线端子；
控制机用于对各个模拟接线端子接线情况的信号采集，并上传给上位机；
上位机用于对控制机发送控制指令信息、设定所述模拟器的参数、接收控制机上传信息，并对连线是否正确进行判断、实时显示各个模拟接线端子连线情况。
2.如权利要求1所述的升流器模拟器，其特征在于，所述模拟接线端子部分包括两个输入端子、三个输出端子。
3.如权利要求2所述的升流器模拟器，其特征在于，所述模拟接线端子的输入端子标志为220V、±，输出端子标志为0、5V/100A、5V/100A。
4.如权利要求1所述的升流器模拟器，其特征在于，所述升流器模拟器的参数包括模拟变比值、极性、升流值。
5.如权利要求4所述的升流器模拟器，其特征在于，上位机的标准电压互感器模拟页面设置有接线情况显示区域，所述接线情况显示区区域用委托监听监控控制机发送的数据，用string的Split（）方法分解数据，并与根据标准的通断关系比较，实时显示接的每一根线。
6.如权利要求１～5中任一项所述的升流器模拟器，其特征在于，所述控制机包括头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块、RS232收发器模块、MCU模块以及供电单元模块；MCU模块与头接线端驱动输出模块、尾接线端采集输入模块、极性与信号判别模块单向连接，与RS232收发器模块双向连接。其中，
头接线端驱动输出模块用于接收MCU模块发出的驱动控制信号，给待判断的接线线头施加低电平；
尾接线端采集输入模块用于实现对接线尾端信号扫描，逐一查询除带判断接线意外的其他接线尾端的电平状态；
极性与信号判别模块用于实现信号的放大，并实现信号的模数转换；
RS232收发器模块用于将尾接线端采集输入模块的信号传输至上位机或者将上位机的控制指令信息传输至控制机；
MCU模块用于控制头接线端驱动输出模块驱动待判断接线端头，并不断扫描尾接线端采集输入模块的逻辑电平信号，判断各个模拟接线端子之间接线的通断关系；
供电单元模块用于向其他各模块供电。
7.如权利要求6所述的升流器模拟器，其特征在于，所述头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路；所述头接线端驱动输出模块采用74HC374或8位锁存器集成电路；所述极性与信号判别模块由跨导放大器与过零检测电路组成；所述RS232收发器模块用SP3232收发器；所述MCU模块采用PQFP44封装的MPC82G 516A单片机芯片。
8.如权利要求1所述的升流器模拟器，其特征在于，所述上位机与控制机通过串口连接。
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