智能式断路器控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能式断路器控制器。控制器包括电源单元、采集单元、开入开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元。处理器单元采用双ＣＰＵ结构，由ＤＳＰ和ＡＲＭ组成；采集单元中１２通道模拟量采集同时采样，其采样精度为１６位，开入开出单元包括１６路开入量输入和１６路开出量输出；通信单元以高速以太网为主要接口，其它扩展接口包括ＲＳ２３２、ＲＳ４８５和ＪＴＡＧ；电源单元中各供电回路单独对地；人机交互单元包括液晶显示屏和十字型按键。本实用新型专利技术针对抗电磁干扰采取了屏蔽措施和ＰＣＢ抗干扰方案。本实用新型专利技术适用于高压等级断路器的复杂控制和状态监控，具有良好的实时性、可靠性，也可应用于开展电网自动化。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种智能式断路器控制器，属于智能电器领域。
技术介绍
随着我国用电负荷的急剧增长，以及我国供需位置的大跨度，近年来国家电网的 高压输电线路和输电等级都进一步提升，使得断路器设备的需求急剧增长，同时对断路器 智能控制器的要求也随之提高。 传统断路器控制器能实现一定的采集精度和保护动作要求，但对多路信号处理效 果不好，实时性较差，易出现瓶颈问题，且不易于扩展和维护。高压断路器的智能控制器应 具有使用高可靠、通信速率高、处理实时性、体积小、低功耗等优点，这迫使传统断路器控制 器不能广泛使用和推广。目前，厂家和用户对断路器的工作状况要求实时掌控，同时对保护 方式提出多种方案，这就要求对断路器的状态点监控信息需求越来越多，使控制方式越来 越复杂，对其工作方式要求越来越智能化。 专利CN200610025257. 8阐述了一种断路器控制器，但该控制器的电磁兼容性能 考虑不足，没能采取插板式结构进行隔离，通信采用485接口 ，速率较低，且处理器采用 MC68HC908LK24，不能较好的满足断路器工作要求的实时性。 专利CN200810203392. 6中采用两块DSP处理器，DSP处理器具有较快的计算处理 能力，但对复杂任务的控制能力不如ARM处理器功能强大；通信方式采用现场总线，不如光 纤以太网方式快，此专利通讯接口单一。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种智能式断路器控制器，其具有体积小、高速率、高 可靠、实时性好的优点。 本技术的技术方案是智能式断路器控制器，包括电源单元、采集单元、开入 开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元；其特征在于处理器单元包括DSP和ARM 处理器，采集单元由互感器、信号调理电路和高精度16位模数转换模块组成，开入开出单 元包括16路开入量输入和16路开出量输出；通信单元以高速以太网为主要接口 ，其它扩展 接口包括RS232、 RS485和JTAG ;电源单元包括开关电源和电源转换电路，各供电回路单独 对地； DSP处理器分别连接开入开出单元和采集单元的模数转换模块，ARM处理器分别 连接通信单元和人机交互单元，电源单元与其它单元连接供电。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于采集单元中12通道模拟量采集同 时采样，其采样精度为16位。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于DSP处理器采用TI公司的 TMS320LF2407芯片，ARM处理器采用三星公司的S3C44B0X处理器。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于人机交互单元采用大屏幕液晶显示屏，并提供多页面显示；采用十字型按键方式，并具有应急按键和分合闸按键。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于处理器单元采用多层印刷电路板工艺，电源和地占两层且各自分开；芯片采用贴片封装；器件按照强、弱信号，数字、模拟信号分开布局；将大功率器件布局在电路板边缘；布线时减少回路环形面积；避免90度走线。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于模数转换模块选用具有模数隔离的芯片AD7656-1 ;处理器单元的1/0端口均用开入开出单元中的光电耦合器TLP521进行隔离；通信单元回路电源通过DC-DC隔离变换器IB0505S进行电源隔离。 如上所述的智能式断路器控制器，其特征在于装置的外屏蔽采用标准工业级的封闭式金属机箱，线路板均安装在金属箱内，并采用插针方式竖立直插设计，通过背板总线进行各功能板的电气连接。 本技术的有益效果是本技术控制器采用模块化单元进行设计，本控制 器的处理器单元采用双CPU结构，由DSP和ARM组成，利用DSP处理器实现模拟量的高速采 样和计算，利用ARM强大的扩展功能实现高速通信、液晶显示和多路开入开出量。采集单元 适用高精度16位A/D转换器，极大的减少了模拟量的误差；通讯总线使用高速的以太网总 线，确保了数据实时传送，并可构建断路器广域状态监测系统；开入量可实现16路同时采 集，实现16路开出量执行动作输出；人机交互单元采用交互式设计方案，即人和机器之间 的交流设计，通过按键输入和液晶屏幕显示良好的完成人机交流，对断路器实时工作状态 就地或远传显示。实施大屏幕显示，并提供多页面显示，具有更强大的信息输出功能；采用 十字型按键方式，便于用户操作，并具有应急按键和分合闸按键。针对抗电磁干扰采取了屏 蔽措施和PCB抗干扰方案。本控制器适用于高压等级断路器的复杂控制和状态监控，具有 良好的实时性、可靠性，也可应用于电网自动化。附图说明图1为本技术实施例整体结构示意图。 图2为图1中各单元内部结构示意图。 图3为图1中采集单元的原理图。 图4为图1中处理器单元的原理图。 图5为图1中开入开出单元的原理图。 图6为图1中电源单元的原理图。 图7为图1中通信单元的原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术做进一步的说明。 图1中标记的说明1-电源单元、2-采集单元、3-开入开出单元、4-通信单元、 5_人机交互单元、6_处理器单元。 如图1所示，本技术实施例智能式断路器控制器由电源单元1、采集单元2、开 入开出单元3、通信单元4、人机交互单元5和处理器单元6组成。处理器单元6包括DSP 和ARM处理器，采集单元2由互感器、信号调理电路和高精度16位模数转换模块组成，开入 开出单元3包括16路开入量输入和16路开出量输出；通信单元4以高速以太网为主要接口 ，其它扩展接口包括RS232、RS485和JTAG ;电源单元1包括开关电源和电源转换电路，各 供电回路单独对地； DSP处理器分别连接开入开出单元3和采集单元2的模数转换模块，ARM处理器分 别连接通信单元4和人机交互单元5，电源单元1与其它单元连接供电。 采集单元2是本技术实施例智能控制器的关键单元，其结构如图2和图3所 示，被测模拟信号通过供电线路上的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)变换后送给采集 单元2板上的高精度计量互感器，得到变比后的电流量和电压量，再经信号调理电路滤波 后送给A/D模数转换模块AD7656-1进行采样，将模拟量变换为对应的数字量，并由处理器 单元6的DSP处理器TMS320LF2407对采集到的数字量进行逻辑运算和处理。处理器的采 样算法采用改进型DFT算法进行采样计算，确保了计算的实时性和高精度。采集单元2良 好的实现了多路高速高精度同步采集，采样的最大速率为5000kps，最高精度为16位，采集 路数为12路。12路采集确保了各种模拟量的接入，同时保证可监测多个断路器状态。 图4为图1中处理器单元的原理图，本技术实施例的高压断路器用智能控制 器装置要求具有高速的数据通讯能力和快速准确的数据采集能力，具有较强的抗干扰能 力，能在恶劣环境下进行可靠工作。DSP具有硬件乘法器，是业界公认的对数据处理能力最 强的芯片，但智能控制器巨大的数据量和状态量占用了DSP大部分资源，要想使其再具有 高速的通讯能力变得举步维艰。可见单个芯片难以满足，因此，本技术实施例采用双 CPU结构DSP+ARM。 DSP确保装置具有强大的数据处理能力、状态采集能力和逻辑运算能力。 本技术实施例选择TI公司的TMS320LF2407芯片，它是面向工业应用而设计，具有良好 的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能式断路器控制器，包括电源单元、采集单元、开入开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元；其特征在于：处理器单元包括ＤＳＰ和ＡＲＭ处理器，采集单元由互感器、信号调理电路和高精度１６位模数转换模块组成，开入开出单元包括１６路开入量输入和１６路开出量输出；通信单元以高速以太网为主要接口，其它扩展接口包括ＲＳ２３２、ＲＳ４８５和ＪＴＡＧ；电源单元包括开关电源和电源转换电路，各供电回路单独对地；　　ＤＳＰ处理器分别连接开入开出单元和采集单元的模数转换模块，ＡＲＭ处理器分别连接通信单元和人机交互单元，电源单元与其它单元连接供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜忠东，王晓琪，陈轩恕，刘飞，李辉，尹婷，张杰，张良华，杜砚，赵军，许任重，黄琴，但小容，胡媛媛，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]