CN2515684Y - 开关动作状态监测仪 - Google Patents

Abstract

一种开关动作状态监测仪,包括电源变换和单片机,所述单片机的I/O口接有数码显示区、键盘和串行通讯口,采集合分操作线圈电流信号的电流传感器的输出端经模数转换器亦接入单片机的I/O口,所述单片机的I/O口还接有开关操作线圈辅助接点、时钟存储单元及缓存区。本实用新型体积小、成本低、适用范围广。

Description

开关动作状态监测仪

本实用新型涉及一种通过监测开关偷跳事故波形来分清偷跳事故原因及责任，适用于电力***各种电压等级的高压开关适时运行监测的开关动作状态监测仪。

在电力***中，开关偷跳事故是常见而又解释不清原因的现象。因其现象短暂，难以查找根源，极易造成各部门间的纠纷。现有开关在线监测设备主要利用红外成像、网络连接及电子传感器相结合，监测虽比较全面，但对开关偷跳这一最易出现的事故记录不明确，高成本也限制了其市场化，特别是用户期望高价格的开关在线监测设备同时能起到防患于未然、未卜先知、预先报警的功效，而现有开关在线监测设备均无法达到这一点。且一般在线装置在掉电或由于现场干扰复位后，常使控制程序不能正常工作或使数据丢失。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种体积小、成本低、适用范围广的开关动作状态监测仪。

本实用新型设计方案如下：

一种开关动作状态监测仪，包括电源变换1和CPU单片机2，所述CPU单片机2的I/O口接有数码显示区10、键盘12和串行通讯口11，其特殊之处在于：采集合分操作线圈3电流信号的电流传感器4的输出端经模数转换器5亦接入CPU单片机2的I/O口，所述CPU单片机2的I/O口还接有开关操作线圈辅助接点6、时钟9存储单元7及缓存区8；所述CPU单片机2包括单片机U7和接于其复位端的复位芯片U6；所述电流传感器4包括电流传感器T，其输入端分别接合分操作线圈3的分闸线圈L1和合闸线圈L2，其输出端接模数转换器5中A/D转换器U8的输出端；所述的构成存储单元7的存储器U2、构成缓存区8的存储器U3和锁存器U9分别接单片机U7的数据总线和地址总线，A/D转换器U8和构成时钟9的时钟芯片U10接单片机U7的数据总线。

上述键盘12可包括与复位芯片U6相连的复位开关S2和接于单片机U7的I/O口的清零开关S1。

上述开关操作线圈辅助接点6可包括光电耦合器U5、U12，其输出端接单片机U7的I/O口。

上述串行通讯口11可由电平转换器U1构成，其接于单片机U7的串行接口。

上述的数码显示区10可包括接于单片机U7数据总线的显示驱动器U4，其输出端接显示数码管U11。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型在掉电或复位后控制程序能自动恢复正常状态。所采集的数据经过电子加密，绝无丢失数据的可能；

2、可自动识别采集数据的正确性，剔除因现场干扰引起的非事故信息；

3、用两位数码管分时显示开关动作次数的四位数据，每分钟循环显示两次动作次数，先显示高两位，两秒后显示低两位。这种结构既降低了成本，同时监测开关动作次数最大可达到9999次，动作次数以开关分闸动作累计，可保持与现场计数同步；

4、选用外插微型打印机打印，通过标准232串行接口与打印机相连，也可外接微机做数据收集或修改监测仪时钟等参数。微机和打印机共用一个串行口，监测仪会自动识别。打印机连接后会自动打印，并使最近的一次数据优先打印。打印过程中拔出打印线，监测仪会自动识别，并退出打印状态；

5、自带时钟，以北京时间24小时制运行，可记录事故时间和日期。断电情况下运行10年以上不丢失数据。在25℃情况下，计时功能保持±1分钟/月的精度；

6、记录事故全过程，包括开关合闸操作线圈电流波形，合闸辅助接点状态变化；开关分闸操作线圈电流波形，分闸辅助接点状态变化，并计算出电流最大值，使工作人员直观地判断偷跳原因，如，判别是否在额定电流下工作。可监测电流最大为10A；

7、采集线圈电流采用间接采集方法，不会影响现场线圈电压或电流，保证现场的安全运行；

8、事故记录断电10年数据不丢失。约1秒内的开关动作过程视为一个记录，最大可存储15个记录。并采用先存先取代的方法，将15个记录以后的记录存入，取代最先存入的数据；

9、安装极其方便，可通过安装支架安装于开关控制箱内。可以根据现场情况选用侧面安装、顶部安装和背面安装；

10、监测仪采用交流电供电，不会影响现场开关的直流电源，可靠性高。

附图图面说明如下：

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型电路原理图。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

参见图1，本实用新型通过电源变换1提供仪器所使用的各种工作电压：为电流传感器4提供+V2和-V3电压，为整个电路提供+V1电压。CPU单片机2每30秒循环读取一次开关当前动作次数，并送入数码显示区10分时显示高两位和低两位。电流传感器4通过穿心孔间接采集合分操作线圈3上的电流变化，转换为低电流信号，送模数转换器5进行模拟一数字变换，将采集的电流信号转换为数字信号传送给CPU单片机2进行处理和保存。CPU单片机2循环采集开关操作线圈辅助接点6的变化情况，并将这种状态信息进行处理和保存。CPU单片机2采集时钟9的时间信息，并将事故时的时钟和其它信息在一个记录中保存。CPU单片机2将采集的这些信息存放于缓存区8，进行数据的判别、处理，然后存放在存储单元7内，每一个记录对应存储单元7内的一段存储区，共可存放15个记录。存储后的数据可进行电子加密，以防止因意外、干扰等引起数据变化。CPU单片机2通过一个标准232串行通讯口11与外部微机或打印机连接，自动识别外接设备进行数据传送。给工作人员提供数据和波形。CPU单片机2采集键盘12的信息，决定整个***是否复位或清动作次数。

参见图2，电源变换1由电源模块S组成，它将输入的交流220V电压转变为+V1(5V)、+V2(15V)和-V3(-15V)三种直流电压，提供整个电路的工作电源。CPU单片机2由单片机U7(AT89C52)及电容C1(20P)、C2(209)、晶振H1(12M)和复位芯片U6(MAX813)组成。电容C1、C2和晶振H1组成晶体振荡器，接在单片机U7的振荡输入端，即18脚和19脚上，给单片机U7是供工作频率。U6是一个复位芯片，它的2脚连接单片机U7的复位端，即9脚，给单片机U7提供复位启始信号，保证单片机U7能在上电过程中完成各内部单元的工作准备。单片机U7是整个电路的控制中心，控制电路正常运行，保证数据的采集，完成显示功能。单片机U7的P0口作为数据/地址分时工作，共有P0.0-P0.7八个管脚，分别连接存储单元7中的存储器U2、缓存区8的存储器U3、模数转换器5中的A/D转换器U8、数码显示区10的显示驱动器U4以及时钟9中的时钟芯片U10八个芯片的D0-D7，作为数据传输总线。同时P0口连接缓存区8内锁存器U9的D0-D7，经锁存器U9分别取出地址信号，再通过锁存器U9的Q0-Q7输出，作为地址低8位，和单片机U7的P2口的八根I/O线一起形成地址总线，连接在存储单元7中存储器U2的A0-A14及20脚，同时连接缓存区8中存储器U3的A0-A10及18脚，给这些芯片提供地址信息和芯片选择。串行通讯口11由电平转换器U1(MAX232)、电容C3(0.1U)、C4(1U)组成，电平转换器U1的13、14脚接单片机U7的10、11脚，将单片机U7传输的TTL串行数据转变为232标准串口数据，通过电平转换器U1的11、12、脚与外设通讯。电容C3和C4作为电平转换器U1内部的信号电平变换。时钟9由时钟芯片U10(DS12887)和电容C6(103)组成。电容C6给时钟芯片U10的电源滤波，确保走时正确，时钟芯片U10通地数据传输总线与单片机U7连接，传输时钟信号。数码显示区10的显示驱动器U4和显示数码管U11组成，显示数码管U11的位选信号由单片机U7的P1口提供(P1.6、P1.7)，显示驱动器U4将单片机U7传输的显示信息锁存，传输给显示数码管U11显示。

开关操作线圈辅助接点6由光电耦合器U5和U12(P521)、电阻R1(1K)和R2(1K)组成，两个光电耦合器U5、U12的6脚和8脚连接单片机U7的P1口(P1.0、P1.1)，接点信号由光电耦合器U5、U12的1、2脚输入，经电阻R1、R2作信号处理，由光电耦合器U5、U12转换后提供给单片机U7。

键盘12由清零开关S1、复位开关S2及电阻R5(1K)、R6(1K)组成，开关信号分别通过R5、R6作信号处理，传输给单片机U7的P1口(P1.5)和复位芯片U6的3脚。

合分操作线圈3是需要采集的外部设备，通过穿心孔和电路间接相连，运用磁电原理将合分操作线圈3上的高电流信号转化为低电流的电路可采集信号。

电流传感器4由电流传感器T即TP30组成，一方面通过穿心孔采集合、分闸线圈L1、L2的电流变化，另一方面通过内部电子电路，在+V2和-V3工作电压下将采集信号转换为低电流信号，送模数转换器5。

模数传换器5由A/D转换器U8(ADC0804)、可调电阻R3(100)、电容C5(103)、电阻R4(500)和指示灯D1(LED)组成，电阻R3接在电压V1和地线之间，通过调节可调电阻R3，使A/D转换器U8的参考电压设定为2.500V，保证模数变换的正确。C5和R4接在A/D转换器U8的6脚和7脚之间，用于将采集的电流信号转换为电压信号，供转换使用。指示灯D1指示正常工作状态。

监测仪交流电源220V电压输入后，经电源变换S变换为工作电压，带电后的复位芯片U6产生复位信号，单片机U7的晶体振荡器起振，促使单片机U7内部各个环节开始工作，并按照单片机U7内部程序逐步运行。

从时钟9通过数据传输总线读取时钟，从存储单元7通过地址总线找出相应单元，通过数据传输总线读取当前开关动作次数，在时钟的作用下将动作次数的高两位和低两位依次在数码显示区10显示。

CPU单片机2通过单片机U7的P1口和复位芯片U6的3脚，读取键盘12的信号，根据所操作的按键进行复位或清动作次数。

开关操作线圈辅助接点6的动作变化经光电耦合器U5、U12进行处理，由CPU单片机2通过其U7的P1口读取，识别。同时，合分操作线圈3的信号变化经电流传感器T转换，由A/D转换器U8的6、7脚读取，经A/D转换器U8转化为数字信号，通过数传输总线由单片机U7接收，识别。两种信号经识别后，如需保存，通过地址总线和数传输总线将信号存入缓存区8的存储器U3内。然后再次由单片机U7在空闲时识别，确认后存入存储单元7的存储器U2，并自动进行电子加密。

CPU单片机2通过其U7的10、11脚将数据传输给串行通讯口11的电平转换器U1，由电平转换器U1作电平变换后识别设备并与外设通讯。

本实用新型的单片机U7还可采用AT89C51、97C52等51单片机替代。

电平转换器U1还可用MAX202等串口芯片替代。

A/D转换器U8还可用ADC0801、ADC0802等模数转换器替代。

时钟芯片U10还可用其他时钟芯片如X1203替代，仅是管脚排列不同，而使用方法相同。

存储器U3还可用6117等存储器替代。

Claims (5)

1、一种开关动作状态监测仪，包括电源变换(1)和CPU单片机(2)，所述CPU单片机(2)的I/O口接有数码显示区(10)、键盘(12)和串行通讯口(11)，其特征在于：采集合分操作线圈(3)电流信号的电流传感器(4)的输出端经模数转换器(5)亦接入CPU单片机(2)的I/O口，所述CPU单片机(2)的I/O口还接有开关操作线圈辅助接点(6)、时钟(9)存储单元(7)及缓存区(8)；所述CPU单片机(2)包括单片机U7和接于其复位端的复位芯片U6；所述电流传感器(4)包括电流传感器T，其输入端分别接合分操作线圈(3)的分闸线圈L1和合闸线圈L2，其输出端接模数转换器(5)中A/D转换器U8的输出端；所述的构成存储单元(7)的存储器U2、构成缓存区(8)的存储器U3和锁存器U9分别接单片机U7的数据总线和地址总线，A/D转换器U8和构成时钟(9)的时钟芯片U10接单片机U7的数据总线。

2、如权利要求1所述的开关动作状态监测仪，其特征在于：所述的键盘(12)包括与复位芯片U6相连的复位开关S2和接于单片机U7的I/O口的清零开关S1。

3、如权利要求1或2所述的开关动作状态监测仪，其特征在于：所述开关操作线圈辅助接点(6)包括光电耦合器U5、U12，其输出端接单片机U7的I/O口。

4、如权利要求3所述的开关动作状态监测仪，其特征在于：所述串行通讯口(11)由电平转换器U1构成，其接于单片机U7的串行接口。

5、如权利要求4所述的开关动作状态监测仪，其特征在于：所述的数码显示区(10)包括接于单片机U7数据总线的显示驱动器U4，其输出端接显示数码管U11。

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