CN204992516U - 微机保护装置及电力设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微机保护装置及电力设备，该微机保护装置包括：中央处理器、人机界面板、图形点阵液晶、电流电压互感器、开关量输入输出模块、电源及操作回路、断路器、键盘及指示灯；其中：所述人机界面板设置有复杂可编程逻辑器件芯片，所述人机界面板与所述中央处理器通过I2C总线进行通信连接，用于控制所述图形点阵液晶的显示、所述键盘的信号采集和所述指示灯的运行；所述开关量输入输出模块、所述电流电压互感器、所述电源及操作回路与所述中央处理器连接，所述操作回路用于控制所述断路器的分、合闸。实施本实用新型能提高CPU与人机界面板的信号接口的驱动能力，且传输距离远，抗干扰能力强。

Description

微机保护装置及电力设备

技术领域

本实用新型涉及电力测控技术领域，特别涉及一种微机保护装置及电力设备。

背景技术

目前，微机保护装置是由高集成度的微处理器、高精度电流电压互感器、高绝缘强度出口中间继电器、高可靠开关电源模块等部件组成。微机保护装置主要应用在10KV及以上电压等级的发电厂、变电站、配电站等场所，实现对这些场所的主要电力设备如变压器、电容器、馈出线等设备的保护及测控。

微机保护装置的人接界面板主要是用来查看装置的运行信息、设置和浏览装置的保护定值和出厂参数等。其中，运行信息包括：测量量、开入量、开出量、SOE(SequenceOfEvent，事件顺序记录***)、事故记录。但在数据传输过程中，微机保护装置的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)板与人机界面板之间的通信易受干扰，此外EMC(电磁兼容)测试需要很多附加措施， 且很难通过。另外，有的微机保护装置为了降低这种受干扰的程度，需要在人机界面板中设置CPU芯片及相应的软件进行工作，由此导致硬件成本和软件开发成本的上升。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提出一种微机保护装置及电力设备，能够提高CPU与人机界面板的信号接口的驱动能力，且传输距离远，抗干扰能力强。

进一步来讲，该微机保护装置包括：中央处理器、人机界面板、图形点阵液晶、电流电压互感器、开关量输入输出模块、电源及操作回路、断路器、键盘及指示灯；其中：所述人机界面板设置有复杂可编程逻辑器件芯片，所述人机界面板与所述中央处理器通过I2C总线进行通信连接，用于控制所述图形点阵液晶的显示、所述键盘的信号采集和所述指示灯的运行；所述开关量输入输出模块、所述电流电压互感器、所述电源及操作回路与所述中央处理器连接，所述操作回路用于控制所述断路器的分、合闸。

可选地，在一些实施例中，上述微机保护装置还可包括光电隔离器，所述光电隔离器与所述开关量输入输出模块连接，用于对开关量输入、输出信号机进行光电隔离处理。

可选地，在一些实施例中，上述微机保护装置还可包括串行UART232接口液晶模块，所述串行UART232接口液晶模块与所述中央处理器通过串口进行驱动连接。

可选地，在一些实施例中，所述串行UART232接口液晶模块带有汉字字库和/或处理芯片。

可选地，在一些实施例中，所述图形点阵液晶通过八位并行总线、读写信号线、片选线、地址线与复杂可编程逻辑器件芯片连接。

进一步来讲，该电力设备配置有用于对所述电力设备进行保护及测控的上述任一种所述的微机保护装置。

可选地，在一些实施例中，所述电力设备包括变压器、电容器、馈出线。

相对于现有技术，本实用新型各实施例具有以下优点：

采用本实用新型实施例的技术方案后，CPU通过I2C总线与人机界面板间进行通信，并对人机界面进行控制，CPU与人机界面信号的接口具有较强的驱动能力，传输距离远，抗干扰能力强。

本实用新型的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。

附图说明

构成本实用新型实施例的一部分的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的微机保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的CPU与人机界面板的连接状态示意图；

图3为本实用新型实施例提供的I2C总线的接口示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图，对本实用新型的各实施例作进一步说明：

参照图1，其为本实施例提供的微机保护装置的结构框图。如图1所示，该微机保护装置包括中央处理器(CPU)、人机界面板、图形点阵液晶、电流电压互感器、开关量输入输出模块、电源及操作回路、断路器、键盘及指示灯。

本实施例的微机保护装置中，人机界面板设置有复杂可编程逻辑器件(CPLD，ComplexProgrammableLogicDevice)芯片，人机界面板与中央处理器通过I2C(Inter-IntegratedCircuit)总线进行通信连接，CPU与人机界面通过I2C总线实现控制图形点阵液晶的显示、键盘的信号采集和指示灯的运行。其中，中央处理器设置有I2C驱动器.，CPLD中嵌设有I2C通信协议，实现I2C读写数据的实时解析并通过并行接口实现对控制对象的读、写操作。人机界面模块完成人机交互功能，实现对装置参数设置、运行信息浏览等功能。开关量输入输出模块与中央处理器通信连接，实现开关量输入的采集和开关量输出的控制。电流电压互感器与中央处理器连接，用于转换交流电压和电流，例如通过电流电压互感器实现交流电压和电流的变换功能，将输入的大电流和高电压变换成5V范围内的小电压信号，然后经AD转换器变换成数字信号供CPU处理。电源模块及操作回路与中央处理器连接，电源模块可为微机保护装置提供5V、24V的供电电源，操作回路用于控制断路器的分、合闸。

上述实施例中，CPU通过I2C总线与人机界面板间进行通信，并对人机界面进行控制，CPU与人机界面信号的接口具有较强的驱动能力，传输距离远，抗干扰能力强。CPU通过I2C驱动器发送指令来控制人机界面板，人机界面板上的CPLD芯片负责控制键盘、指示灯如LED(发光二极管)和图形点阵液晶，并通过实现I2C总线协议与CPU进行通信。这与现有的微机保护装置CPU与人机面板主要通过CPU的并行总线扩展的方式来实现通信的方式相比，上述实施例通过I2C总线实现CPU与人机界面板的通信接口，减少了信号线的条数，提高了抗干扰能力，而且并行数据传输距离长，不易受外部的电磁干扰，能灵活的扩展多类型的液晶人机面板，这可通过修改CPLD芯片中的程序来实现。另外，在上述实施例的人机界面板不需要CPU和相应的软件，因此节约了硬件成本和软件开发成本。

作为一种可选的实施方式，上述微机保护装置还可包括光电隔离器，光电隔离器与开关量输入输出模块连接，用于对开关量输入、输出信号机进行光电隔离处理。本实施例中，开关量输入、输出信号经过光电隔离处理，可提高其抗干扰能力。

需要说明的是，图形点阵液晶通过八位并行总线、读写信号线、片选线、地址线与复杂可编程逻辑器件芯片连接。复杂可编程逻辑器件是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字***。

下面结合一具体实例对上述微机保护装置的工作流程作进一步说明：

1、键盘操作

当有按键按下时，键盘的忙闲信号线就会变成低电平，该信号可以作为中断信号也可以作为I/O信号。当作为中断信号时，CPU会在该中断处理操作中，通过I2C驱动读取键值以确定那个键被按下，并执行该键对应的操作。

2、LED灯操作

当需要点亮或熄灭某一个LED灯时，CPU会调用I2C写操作，对于LED控制字节的相应位置位1或0，CPLD收到该I2C写操作的报文后，会根据报文的地址信息和写数据，决定点亮哪一个LED等。

3、图形点阵液晶操作

图形点阵液晶操作是本应用最复杂的部分，图形点阵液晶通过8位并行总线、读写信号线、片选线、地址线与CPLD相连。

CPU通过I2C总线实现对图形点阵液晶的读写操作，过程是CPLD收到I2C的报文首先判断是读还是写操作。

如果是写操作就将后续报文的写数据每接收一个字节就通过并口操作向液晶写一个字节，写地址在本帧报文中。

如果是读操作，则解析本帧报文中的都地址，然后通过并口读取图形点阵液晶响应地址的数据，并填写到I2C的报文帧，已被CPU读取。

需要说明的是，上述实施例中，键盘忙闲信号是一个辅助功能，以便CPU快速响应键盘，CPU也可以直接通过I2C总线读取键值，以判断是否有按键操作。

需要指出的是，CPLD复位操作信号reset，本方案还有一根复位信号由CPU到CPLD。目的是必要时CPU可以直接复位CPLD逻辑，以使得两者同步。

这里，参照图2和图3所示，对I2C总线协议数据传输过程进行一下介绍：I2C总线包括两条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。SDA传输数据是大端传输(字节高位先传)，每次传输8bit，即一字节。支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0。

其中，I2C总线协议数据传输过程包括：

A、I2C开始和结束信号

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

B、I2C位传输

数据传输：SCL为高电平时，SDA线必须保持稳定，SDA上传输一个bit数据；

数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变电平

C、I2C应答信号

主控每发送完8bit数据后等待从设备ACK。

即在第9个clock，若从设备发回ACK，SDA会被拉低。

若没有ACK，SDA会被置高，这会引起主控发生RESTART或STOP流程

D、I2C写流程

写寄存器的标准流程为：

1.Master发起START

2.Master发送I2Caddr(7bit)和w操作0(1bit)，等待ACK

3.Slave发送ACK

4.Master发送regaddr(8bit)，等待ACK

5.Slave发送ACK

6.Master发送data(8bit)，即要写入寄存器中的数据，等待ACK

7.Slave发送ACK

8.第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器

9.Master发起STOP

E、I2C读流程

读寄存器的标准流程为：

1.Master发送I2Caddr(7bit)和w操作1(1bit)，等待ACK

2.Slave发送ACK

3.Master发送regaddr(8bit)，等待ACK

4.Slave发送ACK

5.Master发起START

6.Master发送I2Caddr(7bit)和r操作1(1bit)，等待ACK

7.Slave发送ACK

8.Slave发送data(8bit)，即寄存器里的值

9.Master发送ACK

10.第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器

F、基本通信流程

1、主设备发出开始信号(Start)。

2、主设备发出1字节的从设备地址信息，其中最低位为读写控制码(0为写，1为读)，高7位为从机器地址码。

3、从设备发出认可信号。

4、主设备开始对从设备进行读写操作。如果是读操作，则每读取1字节，主设备会发送一个应答信号(Ack)给从设备，如果是写操作，则每写入1字节，从设备会发送一个应答信号(Ack)给主设备。

5、主设备发出结束信号(Stop)。

作为一种可选的实施方式，上述实施例中的微机保护装置还可包括串行UART232接口液晶模块，串行UART232接口液晶模块与中央处理器通过串口进行驱动连接。串行UART232接口液晶模块直接由CPU通过串口进行驱动。

可选的是，上述实施例中，串行UART232接口液晶模块带有汉字字库和/或处理芯片。

由以上所述可以看出，本上述各实施例的微机保护装置中CPU与人机界面板采用I2C总线接口，并在人机界面板上采用CPLD编程实现I2C总线协议以及键盘、LED灯以及图形点阵液晶的控制逻辑。与通常的并行总线控制方法相比，信号线条数明显减少，同时由于I2C信号传输采用专用驱动芯片信号传输距离远、抗干扰能力强，提高了信号传输的可靠性。

另外，采用CPLD编程技术使得芯片数量减少，硬件的集成度高，同时能灵活的扩展多种类型的液晶控制器。

此外，本实用新型的实施例还提供了一种电力设备，该电力设备设有上述任一种微机保护装置。

其中，所述电力***的电力设备包括变压器、电容器、馈出线，所述微机保护装置用于对所述电力设备进行保护及测控。

由于上述任一种微机保护装置具有上述技术效果，因此，设有该微机保护装置的电力设备也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微机保护装置，其特征在于，包括中央处理器、人机界面板、图形点阵液晶、电流电压互感器、开关量输入输出模块、电源及操作回路、断路器、键盘及指示灯；其中：

所述人机界面板设置有复杂可编程逻辑器件芯片，所述人机界面板与所述中央处理器通过I2C总线进行通信连接，用于控制所述图形点阵液晶的显示、所述键盘的信号采集和所述指示灯的运行；

所述开关量输入输出模块、所述电流电压互感器、所述电源及操作回路与所述中央处理器连接，所述操作回路用于控制所述断路器的分、合闸。

2.根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，还包括光电隔离器，所述光电隔离器与所述开关量输入输出模块连接，用于对开关量输入、输出信号机进行光电隔离处理。

3.根据权利要求1所述的微机保护装置，其特征在于，还包括串行UART232接口液晶模块，所述串行UART232接口液晶模块与所述中央处理器通过串口进行驱动连接。

4.根据权利要求3所述的微机保护装置，其特征在于，所述串行UART232接口液晶模块带有汉字字库和/或处理芯片。

5.根据权利要求1至4任一项所述的微机保护装置，其特征在于，所述图形点阵液晶通过八位并行总线、读写信号线、片选线、地址线与复杂可编程逻辑器件芯片连接。

6.一种电力设备，其特征在于，配置有用于对所述电力设备进行保护及测控的权利要求1至5任一项所述的微机保护装置。

7.根据权利要求6所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备包括变压器、电容器、馈出线。