CN204376386U - 一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置 - Google Patents

Abstract

一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，由显示按键板、电源板和CPU板组成；CPU板、显示单元均由电源板供电，所述的显示按键板由显示单元和按键单元组成，所述的电源板由电源单元、信号采集单元、信号输出单元组成，所述的CPU板由CPC控制单元和通讯单元组成，本保护器具有优越的网络通讯，可远程监控设备参数，远程设置参数，远程通讯，实现“三遥”功能，方便快捷。

Description

一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置

技术领域

本实用新型涉及电子科技领域和电机保护控制领域，尤其涉及电机综合保护装置通讯方面。

背景技术

随着工业控制的发展和电子技术的发展，对电机的保护要求越来越高，功能也越来强大。目前国内市场的低压电机综合保护器比较单一，功能简单，一般只有短路保护、过载保护、缺相保护、堵转保护、不平衡保护、过压保护、欠压保护、过热保护、漏电/接地保护等保护功能；测量功能也很单一，一般只测量漏电电流，三相电流，三相电压；通讯方式也只有RS-485（Modbus）或Profibus通讯中的一种，与其它产品对接困难，通讯不便，不利于厂矿企业的综合自动化监控***管理。鉴于上述问题，本实用新型的多通讯方式智能低压电机综合保护装置可解决上述问题，在一般的保护功能上增加了欠载保护、欠功率保护、外部故障保护、通讯故障保护等保护功能；在测量方面，增加了有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率及电能的测量，开关量输入输出可自行设定；通讯方面，设置了RS-485（Modbus）、Devicenet、Ethernet等多种通讯方式，方面用户选择合适的通讯方式，可自成体系，形成单独监控网络，也可与其它产品结合使用，融入其它网络，形成综合监控网络，从而更好的在线监控保护设备和管理设备，进而提高自动化水平，提高能源利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种多通讯方式的智能低压电机综合保护器。

本实用新型的目的通过下述方案实现：一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，由显示按键板、电源板和CPU板组成；CPU板、显示单元均由电源板供电，所述的显示按键板由显示单元和按键单元组成，显示单元由LCM点阵显示器、显示单元与主板接口电路和多个指示灯组成，所述的电源板由电源单元、信号采集单元、信号输出单元组成，所述的信号采集单元包括开关量采集电路、电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路和漏电电流采集电路；所述的信号输出单元包括继电器输出电路和4-20mA输出电路；所述的CPU板由CPC控制单元和通讯单元组成，所述的通讯电路包括Modbus通讯电路、以太网通讯电路和Devicenet通讯电路；LCM点阵显示器、多个指示灯组和按键单元均通过显示单元与主板接口电路与CPU控制单元连接，信号输出单元、信号采集单元和CPU控制单元通过电源板接口电路与电源单元连接，信号输出单元、信号采集单元和通迅单元与CPU控制单元连接。

本实用新型所述的CPU控制单元上还连接有时钟电路。

本实用新型所述时钟电路设有PCF8563芯片，PCF8563芯片的1、2端子与晶振Y1相连后，再通过电容C1滤波接地；PCF8563芯片的3脚空脚；4脚为地，8脚连接工作电源+5V，4脚和8脚之间并连两个电容C2、C3进行滤波；BT1为电池，给时钟不间断供电；D1阳极与+5V连接，其阴极连接在4脚和8脚之间，D2的阳极与电池BT1的正极连接，其阴极连接在4脚和8脚之间，PCF8563芯片的5、6脚与CPU连接，并通过上拉电阻R1、R2与+5V连接。

本实用新型所述的电压信号采集电路中，Uain、Ubin、Ucin三路电压信号经过GPT-262转换成小电压信号，然后通过放大器OP07放大，然后经过放大器TL084电压跟随，再经过LF398芯片采样保持，最终将信号送入CPU控制单元。

本实用新型所述的温度采集电路中，电阻R40与电阻R44之间接外部温度传感器PT的两端，温度传感器PT的3脚接地保护；温度传感器PT与电阻R40、电阻R41、可调电阻R44、电阻R49组成惠斯通电桥，信号然后经过电阻R42、电阻R50进入放大器OP07的2、3脚，放大后的信号通过放大器OP07的6脚送入CPU控制单元的PT100-IN端。

本实用新型所述的漏电电流采集电路中，接在电阻R98、电阻R100的两端转化成电压信号，然后经过R47进入信号放大器LM258的2脚，放大后的信号从信号放大器LM258的1脚输出，再通过电阻R43、电容C26滤波后连接在信号放大器LM258的5脚；放大器U24A的1、2脚之间接入电阻R52组成放大电路，放大器U24B的6脚、脚7之间短接形成电压跟随电路，放大器U24B输出信号后，经过电阻R48、电阻R51分压，再经过稳压二极管W1、稳压二极管W2双向稳压后，输出I0后，连接CPU控制单元的I0端。

本实用新型的有益效果是：本保护器具有优越的网络通讯，可远程监控设备参数，远程设置参数，远程通讯，实现“三遥”功能，方便快捷。通讯网络可自成体系，形成单独监控网络，也可与其他产品结合使用，融入其它网络，形成综合监控网络，从而更好的在线监控保护设备和管理设备，进而提高自动化水平，提高能源利用率。

附图说明

图1为本实用新型的电源单元电路示意图。

图2为本实用新型的LCM点阵显示电路示意图。

图3为本实用新型的指示灯电路示意图。

图4为本实用新型的按键电路示意图。

图5为本实用新型的显示单元与主板接口电路示意图。

图6为本实用新型的CPU控制单元电路示意图；

图7为本实用新型的时钟电路示意图；

图8为本实用新型的BY1的开关量采集电路示意图；

图9为本实用新型的Uain电压采集电路示意图；

图10为本实用新型的Iain电流采集电路示意图；

图11为本实用新型的温度采集电路示意图；

图12为本实用新型的漏电电流采集电路示意图；

图13为本实用新型的电源板与主板的接口电路示意图；

图14为本实用新型的BH1路继电器输出电路示意图；

图15为本实用新型的4-20mA输出电路示意图；

图16为本实用新型的Modbus通讯电路示意图；

图17为本实用新型的Ethernet通讯电路示意图；

图18为本实用新型的DeviceNet通讯电路示意图；

图19为本实用新型的电路板布置示意图示意图；

图20为本实用新型的电路原理框图；

图21为本实用新型的BY2的开关量采集电路示意图；

图22为本实用新型的BY3的开关量采集电路示意图；

图23为本实用新型的BY4的开关量采集电路示意图；

图24为本实用新型的Ubin电压采集电路示意图；

图25为本实用新型的Ucin电压采集电路示意图；

图26为本实用新型的Ibin电压采集电路示意图；

图27为本实用新型的Icin电压采集电路示意图；

图28为本实用新型的BH2路继电器输出电路示意图；

图29为本实用新型的BH3路继电器输出电路示意图；

图30为本实用新型的显示及按键单元结构示意图；

图中：1、显示及按键单元，2、LED，3、元器件，4、CPU板，5、电源板，6、接线端子，7、Modbus通讯端子，8、Devicenet通讯端子，9、LCM。

具体实施方式

整体电路板布置图如图19所示，原理框图如图20所示，整个装置分三块电路板，即显示及按键板、电源板和CPU板。显示及按键板包含显示单元和按键单元，电源板包含电源单元、信号采集单元和信号输出单元，CPU板主要包含CPU控制单元和通讯单元。

显示单元，一块128*32的LCM点阵显示采集数据和设置的参数， 10个LED指示灯显示开关量输入输出状态、设备运行情况、装置故障情况、通讯情况和通讯模块工作状态等。

按键单元，4个按键操控综合保护器，用来设置保护装置参数。

电源单元，一块集成的电源模块，可输出+5V和±12两种工作电源，节省空间，稳定性好。

信号输入单元，其包括开关量采集电路、电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、漏电电流采集电路。其通过电流互感器采集三相电流及零序电流，通过电压互感器采集三相电压信号，将感温器件接入测温端口，便可采集温度信号，同时还可采集外部开关量信号。

信号输出单元，包括继电器输出电路和4-20mA输出电路，继电器输出接口可自行定义，将输出端口接入外部二次电路，便可控制相关设备；4-20mA输出端口，可变送输出电流信号。

CPU控制单元，嵌入式单片机可以快速的进行数据处理和运算，同时具有大容量的存储单元，不需存储扩展。高性能的处理器也更好的满足通讯需要。

通讯单元，设置了RS-485（Modbus）、Devicenet、Ethernet等多种通讯接口，开放式的通讯协议，便于各个厂家选用自己熟悉的通讯方式。根据不同工况环境，选择不同的通讯方式，保证其通讯畅通，避免干扰，从而保证数据的可靠性，保证***稳定可靠。

结合附图，本实用新型的具体实施方式如下：

电源单元，图1电源单元中2、3端子接入AC220V的电源，4、5、6端子就可输出DC±12V的电源，7、8端子输出DC+5V的电源，给其它电路提供电源。

显示单元，图2的U1为点阵模块，通过图5显示单元与主板接口电路与CPU板连接，+5V来自电源模块，CS、SID、SCLK与CPU连接，接收CPU发送过来的信号，显示相应的参数。图3为10个指示灯电路，其中IN1、IN2、IN3、IN4、OUTA、OUTB为单色指示灯，CM、STATUS、RUN、FAIULT为双色指示灯。该部分电路通过图5接口电路与CPU板相连。该部分电路为共阳极电路，CPU将某一路置低电平，指示灯变亮，置高电平，关闭指示灯。10个LED指示灯电路连接CPU单元，直观的显示开关量输入输出的状态、设备运行情况、装置故障情况、报警情况、通讯情况和通讯模块工作状态。不同的颜色指示和闪烁情况，表示不同的工作情况。

图4的UP、DOWN、OK、FW为4个操控按键，该部分电路也是通过图5接口电路接入CPU板的，实现对菜单的上下移位、数的加减、确认、复位、返回等操作。当某一个按键按下去时，给CPU发送一个低电平信号，CPU做出判断，并执行相应的操作；按键不动时，UP|、DOWN、OK、FW为高电平，CPU不执行操作。少量的按键即可满足装置的现场操作需要，简单方便。

图6为控制单元CPU电路，将输入单元采集到的电压、电流、外部开关量等信号和按键操作信号进行相应的逻辑运算及数学运算，根据运算结果把相关指令传送到输出单元或显示单元。同时还可以通讯的方式与外部设备进行数据交换。图7为时钟电路， PCF8563为时钟芯片，1、2端子与晶振Y1相连，通过电容C1滤波接地；3脚空脚；4脚为地，8脚为工作电源+5V，两脚之间连接两个电容C2、C3滤波；BT1为电池，给时钟不间断供电；D1阳极与+5V连接，D2的阳极与电池的正极连接，两个二极管防止电池和+5V反向互供；5、6脚与CPU连接，并通过上拉电阻R1、R2与+5V连接。该电路为CPU提供可靠稳定的时钟信号。

信号输入单元，图8、图21、图22和图23为开关量输入电路，BY1、BY2、BY3、BY4外部信号通过TLP281光耦隔离进入CPU。图9、图24和图25为电压信号采集电路，Uain、Ubin、Ucin三路电压信号经过GPT-262转换成小电压信号，然后通过OP07放大，然后经过TL084电压跟随，再经过LF398采样保持，最终将信号送入CPU控制单元。现以Uain为例说明其具体的连接。电压加在Uain和EGND上，R7接在电压互感器GPT-262的一次侧，起分压作用，GPT-262二次侧的小电压信号接在BAV99双向二极管两端，然后与放大器U6的2、3相连，U2的2、6之间接一个负反馈电阻R1形成放大电路,放大后的信号通过R3、C1滤波后进入电压跟随器TL084的3脚，TL084的1、2之间短接形成电压跟随电路，跟随电压经过R4、R6分压电阻后，再经过W1、W2双向稳压管稳压，再进入采样保持器LF398的3脚，采样保持后，从5脚输出，连接CPU的Ua端，将信号送入CPU。图10、图26和图27为电流采集电路，工作过程同Uain、Ubin、Ucin，只是个别电阻、电容参数不一样，但是原理和功能都是一样的。图11为温度采集电路，R40与R44之间接外部温度传感器PT的两端，PT-3接地保护；PT与R40、R41、R44、R49组成惠斯通电桥，R4为可调电阻，方便电路调零校准；微弱的温度变化会使R42、R50之间的电压发生变化，然后经过R42、R50进入放大器OP07的2、3脚，放大后的信号通过OP07的6脚送入CPU的PT100-IN端。图12为漏电电流采集电路，漏电电流信号比较小，一般都是毫安级的小电流信号，接在R98、R100的两端转化成电压信号，然后经过R47进入信号放大器LM258的2脚，放大后的信号从LM258的1脚输出，再通过R43、C26滤波后连接在LM258的5脚；U24A的1、2脚之间接入电阻R52组成放大电路，U24B的6、7之间短接形成电压跟随电路。U24B输出信号后，经过R48、R51分压，再经过W1、W2双向稳压后，输出I0，连接CPU的I0端。

图14、图28和图29为继电器输出电路，BH1、BH2、BH3接收CPU信号，通过TLP281光电隔离，再经过9014三极管信号放大，驱动继电器K1、K2、K3动作。K1、K2即为开关量输出电路OUTA、OUTB，可通过菜单自行定义，比如：可控制设备的启停，可输出某一报警信号等。K3为装置的总报警输出信号。

信号采集单元、信号输出单元与电源单元都在一块电路板上，都是通过图13电源板接口电路与CPU控制单元连接在一起的。

4-20mA电路，如图15所示，F-out的一端连接CPU的48号端子，CPU控制该端子的输出，另外一端接入光耦TLP281进行光耦隔离。TLP的3端接电阻R27,并和放大器U30B的正向输入端5连接，输出端7连接三级管Q1的端，Q1的2端与U30B的6端连接，并通过R46接地。TLP281的4端通过R21接+12V电源。Q1的3端接入U30A的3端子，2端和Q2的3端连接，U30A的1端与Q2的1端连接。Q2的2端输出4-20mA+,R29的一端接地，另外一端为4-20mA的参考负,即4-20mA-。4-20mA-通过R31、R33接入放大器U18的3端，U18的2、6之间接R30，形成放大电路，输出端6返回CPU，与，F-out做对比，便于控制4-20mA的输出。该电路包含了信号放大电路和光耦隔离电路，可输出标准的工业电流信号，通过菜单设置可显示电流、电压、漏电电流、温度等信号。

图16、17、18为通讯电路，整个保护装置设置了RS-485（Modbus）、Devicenet、Ethernet等多种通讯接口。下面以RS-485和Ethernet为例进行说明。图16MODBUS电路中的ADM2483为带隔离的增强型 RS-485 收发器，A、B两端接入外部的控制器，A、B两条双绞线上可接入多台智能低压电机综合保护器，将多台保护器并接在双绞线上以后，再将总线接入外部主控设备，与之进行数据传输。该通讯方式一条总线最多可接31台综合保护器，传输距离为1200米。以太网通讯电路中EM32S是该通讯方式的主控芯片，与CPU进行串行通讯，并通过HR911105A将数据传送到RJ45口，与外部设备进行数据通讯。通该讯连接方式，采用标准的RJ45接口，采用ModbusTCP通讯协议，一个网段可接255台综合保护器。不管是选择哪种通讯方式，都可以在后台实现“遥测、遥信、遥控”三遥功能。开放式的通讯协议，便于各个厂家选用自己熟悉的通讯方式。根据不同工况环境，选择不同的通讯方式，保证其通讯畅通，从而保证数据的可靠性，保证***稳定可靠。优越的网络通讯，可远程监控设备参数，远程参数设置，远程通讯，方便快捷。通讯网络可自成体系，形成单独监控网络，也可与它们产品结合使用，融入其它网络，形成综合监控网络，从而更好的在线监控保护设备和管理设备，进而提高自动化水平，提高能源利用率。

Claims (6)

1.一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：由显示按键板、电源板和CPU板组成；CPU板、显示单元均由电源板供电，所述的显示按键板由显示单元和按键单元组成，显示单元由LCM点阵显示器、显示单元与主板接口电路和多个指示灯组成，所述的电源板由电源单元、信号采集单元、信号输出单元组成，所述的信号采集单元包括开关量采集电路、电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路和漏电电流采集电路；所述的信号输出单元包括继电器输出电路和4-20mA输出电路；所述的CPU板由CPC控制单元和通讯单元组成，所述的通讯电路包括Modbus通讯电路、以太网通讯电路和Devicenet通讯电路；LCM点阵显示器、多个指示灯组和按键单元均通过显示单元与主板接口电路与CPU控制单元连接，信号输出单元、信号采集单元和CPU控制单元通过电源板接口电路与电源单元连接，信号输出单元、信号采集单元和通迅单元与CPU控制单元连接。

2.如权利要求1所述的一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：所述的CPU控制单元上还连接有时钟电路。

3.如权利要求2所述的一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：所述时钟电路设有PCF8563芯片，PCF8563芯片的1、2端子与晶振Y1相连后，再通过电容C1滤波接地；PCF8563芯片的3脚空脚；4脚为地，8脚连接工作电源+5V，4脚和8脚之间并连两个电容C2、C3进行滤波；BT1为电池，给时钟不间断供电；D1阳极与+5V连接，其阴极连接在4脚和8脚之间，D2的阳极与电池BT1的正极连接，其阴极连接在4脚和8脚之间，PCF8563芯片的5、6脚与CPU连接，并通过上拉电阻R1、R2与+5V连接。

4.如权利要求1所述的一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：所述的电压信号采集电路中，Uain、Ubin、Ucin三路电压信号经过GPT-262转换成小电压信号，然后通过放大器OP07放大，然后经过放大器TL084电压跟随，再经过LF398芯片采样保持，最终将信号送入CPU控制单元。

5.如权利要求1所述的一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：所述的温度采集电路中，电阻R40与电阻R44之间接外部温度传感器PT的两端，温度传感器PT的3脚接地保护；温度传感器PT与电阻R40、电阻R41、可调电阻R44、电阻R49组成惠斯通电桥，信号然后经过电阻R42、电阻R50进入放大器OP07的2、3脚，放大后的信号通过放大器OP07的6脚送入CPU控制单元的PT100-IN端。

6.如权利要求1所述的一种多通讯方式的智能低压电机综合保护装置，其特征在于：所述的漏电电流采集电路中，接在电阻R98、电阻R100的两端转化成电压信号，然后经过R47进入信号放大器LM258的2脚，放大后的信号从信号放大器LM258的1脚输出，再通过电阻R43、电容C26滤波后连接在信号放大器LM258的5脚；放大器U24A的1、2脚之间接入电阻R52组成放大电路，放大器U24B的6脚、脚7之间短接形成电压跟随电路，放大器U24B输出信号后，经过电阻R48、电阻R51分压，再经过稳压二极管W1、稳压二极管W2双向稳压后，输出I0后，连接CPU控制单元的I0端。