用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置的製作方法

2023-05-28 09:52:26

本實用新型涉及集成環網櫃元件技術領域，尤其涉及一種用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置。

背景技術：

目前，開關環網櫃的二次控制主要採用繼電器的模擬控制方式，圖5所示為典型環網櫃二次邏輯控制器電路原理圖，電路中用到7個繼電器以及近30個開關節點，內設的電氣元件採用螺絲安裝固定，破壞了環網櫃的密封結構，電路用到的繼電器以及開關節點使系統容易受到凝露、風沙、灰塵等因素的影響，造成二次迴路繼電器和接觸器壽命短、故障頻發、誤動作等問題，這些問題可能導致突發斷電甚至火災事故，從而導致巨大的經濟損失；而且電機正反向控制也採用繼電器控制，存在電機直流切斷、燃弧等問題，而以往關於環網開關櫃二次配電開關設備中開關的燃弧問題是通過改變開關設備絕緣介質或改變開關櫃結構來實現的。

技術實現要素：

有鑑於此，針對上述不足，提出一種既能解決因風沙、凝露、灰塵等因素導致環網櫃短路、故障率高、維修頻繁的問題，又能解決傳統繼電保護線圈或電機擊穿和燃弧的問題。

一種用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置，包括密封盒體、設置在密封盒體內部的控制模塊、設置在密封盒體外部的開關機構、輸入接口機構、輸出接口機構、電源模塊；所述密封盒體為具有容納空腔的鑄鋁防水殼體，在所述密封盒體的底面設置活動連接件，以將密封盒體吸附或粘接在開關環網櫃的側壁上，在密封盒體的兩個相對的側壁上分別開設供輸入接口機構和輸出接口機構安裝的兩個通孔，所述輸入接口機構、輸出接口機構分別安裝在兩個通孔內，所述輸入接口機構的一端與控制模塊的輸入端連接，所述輸入接口機構的另一端用於輸入環網櫃二次線路的輸入信號，所述輸出接口機構的一端與控制模塊的輸出端連接，所述輸出接口機構的另一端用於將控制模塊處理後的信號輸出；所述控制模塊包括依次連接的輸入單元、處理單元、輸出單元，所述輸入單元與輸入接口機構連接，輸出單元與輸出接口機構連接，所述處理單元用於對接收到的信號進行處理，並將處理結果輸出至輸出單元；所述開關機構與輸出接口機構連接，進而通過輸出接口機構與控制模塊的輸出單元連接，以執行與輸出單元輸出的信號相應的操作；所述電源模塊設置在密封盒體的外部，電源模塊的輸出端穿過密封盒體，以與控制模塊、開關機構連接，以提供電力。

優選的，所述活動連接件為若干個磁鐵，所述磁鐵通過螺栓連接於所述密封盒體底部邊角。

優選的，所述輸入接口機構為第一防水航空插頭，所述輸出接口機構為第二防水航空插頭，所述輸入單元與第一防水航空插頭連接，用於開關環網櫃二次線路的信號的輸入；所述輸出單元與第二防水航空插頭連接，用於將處理單元處理後的信號輸出；所述處理單元接受輸入單元的信號輸入，並對接收到的信號按照預存的算法運算進行判斷，並將處理結果輸出至輸出單元。

優選的，所述開關機構為執行開閘、合閘動作的電機。

優選的，所述處理單元包括依次連接的開關量輸入隔離模塊、DSP數字處理器、H橋隔離驅動電路、H橋電機驅動電路、濾波器、隔離電源模塊；所述輸入單元與開關量輸入隔離模塊連接，所述開關量輸入隔離模塊與DSP數字處理器連接，以將開關環網櫃二次線路的信號輸入至DSP數字處理器，所述DSP數字處理器與H橋隔離驅動電路連接，所述H橋隔離驅動電路與H橋電機驅動電路連接,所述H橋電機驅動電路與開關機構連接，以控制開關機構的動作，所述電源模塊通過濾波器與H橋電機驅動電路及DSP數字處理器相連，以為H橋電機驅動電路及 DSP數字處理器提供電力，在所述濾波器與DSP數字處理器之間設置隔離電源模塊，所述隔離電源模塊用於變壓，將電源模塊提供的電壓轉換成DSP數字處理器所需的電壓。

優選的，所述H橋電機驅動電路由四個MOS管採用橋式連接構成，在每一個MOS管的源極和漏極之間並列一個二極體，以作為寄生反並聯二極體，當第一MOS管S1與第一MOS管S4同時導通時，所述電機正轉；當第一MOS管S2與第一MOS管S3同時導通時，所述電機反轉。

優選的，所述DSP數字處理器與濾波器之間設置有過流保護模塊，所述過流保護模塊包括依次連接的檢測電路、差分放大電路、比較電路、觸發電路，在所述DSP數字處理器內部還設置過流保護電路，所述檢測電路用於檢測作用於開關機構上的控制電流值，並將該檢測值提供給所述差分放大電路，所述差分放大電路將該檢測值放大後提供給比較電路，所述比較電路將該放大後的檢測值與預設的基準電壓比較，並將比較結果提供給觸發電路，所述觸發電路與過流保護電路連接，以通過觸發電路控制過流保護電路是否工作，進而控制DSP數字處理器是否啟動過流保護動作。

優選的，所述處理單元還包括藍牙模塊，在所述密封盒體上設置有藍牙輸出口，所述藍牙模塊與密封盒體上的藍牙輸出口相連，用於無線信號的輸出。

優選的，所述處理單元還包括報警模塊，在所述密封盒體上設置有故障報警顯示元件，所述報警模塊與密封盒體上的故障報警顯示元件相連，用於控制模塊的故障顯示。

本實用新型採用鑄鋁防水殼體，利用磁鐵將控制器吸附在開關柜上的安裝方式，不僅安裝拆卸方便，而且密封殼體也解決了因風沙、凝露、灰塵等因素導致環網櫃短路、故障率高、維修頻繁的問題；通過採用防水航空插頭作為控制器輸入和輸出連接器，以及內部的控制模塊灌封凝膠保護，進一步解決了控制器因凝露引起接口的鏽蝕短路或斷路；此外本實用新型還利用數位訊號處理器替代傳統二次邏輯控制迴路中的大部分邏輯電路，解決了傳統繼電保護線圈或電機等感性負載時出現的擊穿和燃弧現象，且減少了環境幹擾，進一步提高了可靠性。

附圖說明

圖1為所述用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置的主視示意圖。

圖2為所述用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置的仰視示意圖。

圖3為所述用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置的參考電氣接線圖。

圖4為所述用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置的電路板的電路原理圖。

圖5為現有技術中環網櫃模擬控制電路原理圖。

圖中：密封盒體10、磁鐵11、輸入接口機構12、輸出接口機構13、藍牙輸出口14、故障報警顯示元件15、控制模塊20、輸入單元21、處理單元22、開關量輸入隔離模塊221、DSP數字處理器222、H橋隔離驅動電路223、H橋電機驅動電路224、濾波器225、隔離電源模塊226、過流保護模塊227、藍牙模塊228、報警模塊229、輸出單元23、電源模塊30、開關機構40。

具體實施方式

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

參見圖1至圖4，本實用新型實施例提供了一種用於開關環網櫃的二次DSP控制裝置，包括密封盒體10、設置在密封盒體10內部的控制模塊20、設置在密封盒體10外部的開關機構40、輸入接口機構12、輸出接口機構13、電源模塊30；密封盒體10為具有容納空腔的鑄鋁防水殼體，在密封盒體10的底面設置活動連接件，以將密封盒體10吸附或粘接在開關環網櫃的側壁上，在密封盒體10的兩個相對的側壁上分別開設供輸入接口機構12和輸出接口機構13安裝的兩個通孔，輸入接口機構12、輸出接口機構13分別安裝在兩個通孔內，輸入接口機構12的一端與控制模塊20的輸入端連接，輸入接口機構12的另一端用於輸入環網櫃二次線路的輸入信號，輸出接口機構13的一端與控制模塊20的輸出端連接，輸出接口機構13的另一端用於將控制模塊20處理後的信號輸出；控制模塊20包括依次連接的輸入單元21、處理單元22、輸出單元23，輸入單元21與輸入接口機構12連接，輸出單元23與輸出接口機構13連接，處理單元22用於對接收到的信號進行處理，並將處理結果輸出至輸出單元23；開關機構40與輸出接口機構13連接，進而通過輸出接口機構13與控制模塊20的輸出單元23連接，以執行與輸出單元23輸出的信號相應的操作；電源模塊30設置在密封盒體10的外部，電源模塊30的輸出端穿過密封盒體10，以與控制模塊20、開關機構40連接，以提供電力。

本實用新型中，採用鑄鋁防水殼體，使得殼體為密封殼體，解決了因風沙、凝露、灰塵等因素導致環網櫃故障率高、維修頻繁的問題；且減少了環境幹擾，進一步提高了可靠性。利用活動連接件將控制器吸附或粘接在開關柜上的安裝方式，以方便於安裝與拆卸；此外處理單元22可以為根據需求可編寫程序的單片機或處理器，該單片機或處理器利用數位訊號處理器替代傳統二次邏輯控制迴路中的大部分邏輯電路，解決了傳統繼電保護線圈容易出現的擊穿和燃弧的問題。

進一步，活動連接件為若干個磁鐵11，磁鐵11通過螺栓連接於密封盒體10底部邊角。

磁鐵11可採用釹鐵硼磁鐵，釹鐵硼磁鐵是強力磁鐵的統稱，是一種人造的永久磁鐵;採用汝鐵硼永磁鐵將控制器吸附在開關柜上的安裝方式，這樣安裝和拆卸時，不會破壞密封盒體10密封結構，而且在環網柜上的安裝位置也可以根據實際需要隨意調整。

進一步，輸入接口機構12為第一防水航空插頭，輸出接口機構13為第二防水航空插頭，輸入單元21與第一防水航空插頭連接，用於開關環網櫃二次線路的信號的輸入；輸出單元23與第二防水航空插頭連接，用於將處理單元22處理後的信號輸出；處理單元22接受輸入單元21的信號輸入，並對接收到的信號按照預存的算法運算進行判斷，並將處理結果輸出至輸出單元23。

航空插頭一般由插頭和插座組成，其中插頭也稱自由端航空插頭，插座也稱固定航空插頭，採用防水航空插頭的目的是為了防止凝露引起接口的鏽蝕。

進一步，開關機構40為執行開閘、合閘動作的電機。

進一步，H橋電機驅動電路224由四個MOS管採用橋式連接構成，在每一個MOS管的源極和漏極之間並列一個二極體，以作為寄生反並聯二極體，當第一MOS管S1與第一MOS管S4同時導通時，電機正轉；當第一MOS管S2與第一MOS管S3同時導通時，電機反轉。

進一步，處理單元22包括依次連接的開關量輸入隔離模塊221、DSP數字處理器222、H橋隔離驅動電路223、H橋電機驅動電路224、濾波器225、隔離電源模塊226；輸入單元21與開關量輸入隔離模塊221連接，開關量輸入隔離模塊221與DSP數字處理器222連接，以將開關環網櫃二次線路的信號輸入至DSP數字處理器222，DSP數字處理器222與H橋隔離驅動電路223連接，H橋隔離驅動電路223與H橋電機驅動電路224連接,H橋電機驅動電路224與開關機構40連接，以控制開關機構40的動作，電源模塊30通過濾波器225與H橋電機驅動電路224及DSP數字處理器222相連，以為H橋電機驅動電路224及 DSP數字處理器222提供電力，在濾波器225與DSP數字處理器222之間設置隔離電源模塊226，隔離電源模塊226用於變壓，將電源模塊30提供的電壓轉換成DSP數字處理器222所需的電壓。

例如，通過隔離電源模塊226將電源模塊30提供的24V電壓降低到3.3.V或1.8V。

上述開關量輸入隔離模塊221塊、H橋隔離驅動電路223為光耦合器，光耦合器的結構相當於把發光二極體和光敏三極體封裝在一起,發光二極體把輸入的電信號轉換為光信號，再將光信號傳給光敏三極體轉換為電信號輸出，由於沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離作用，可清除幹擾信號。

上述濾波器225是由電容、電感和電阻組成的濾波電路，濾波器225可以對電源線中特定頻率以外的信號進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，以使進入H橋電機驅動電路224及DSP數字處理器222的電壓、電流穩定，無雜波。

進一步，H橋電機驅動電路224由四個MOS管採用橋式連接構成，在每一個MOS管的源極和漏極之間並列一個二極體，以作為寄生反並聯二極體，當第一MOS管S1與第一MOS管S4同時導通時，電機正轉；當第一MOS管S2與第一MOS管S3同時導通時，電機反轉。

進一步，DSP數字處理器222與濾波器225之間設置有過流保護模塊227，過流保護模塊227包括依次連接的檢測電路、差分放大電路、比較電路、觸發電路，在DSP數字處理器222內部還設置過流保護電路，檢測電路用於檢測作用於開關機構40上的控制電流值，並將該檢測值提供給差分放大電路，差分放大電路將該檢測值放大後提供給比較電路，比較電路將該放大後的檢測值與預設的基準電壓比較，並將比較結果提供給觸發電路，觸發電路與過流保護電路連接，以通過觸發電路控制過流保護電路是否工作，進而控制DSP數字處理器222是否啟動過流保護動作。

在具體一個實施例中，過流保護模塊227可以採用如下電路設計實現：

該電路通過0.02Ω的功率電阻檢測作用於開關機構40上的控制電流，其兩端電壓先經放大倍數為8倍的隔離放大器進行差分放大，再由運放組成減法器電路將差分電壓轉換成單端電壓，輸出單端電壓值經比較器與一個基準電壓進行比較，若超過則保護電路會發出觸發信號，觸發DSP的外部中斷使其進入過流保護中斷服務程序；

例如，開關環網櫃的二次DSP控制裝置的過流保護功能控制過程為：當電機發生堵轉或短路時，電機的控制電流明顯增大，過流保護模塊227會產生觸發信號，觸發信號控制過流保護電路啟動，過流保護電路啟動DSP數字處理器222內部寫入的中斷服務程序，該中斷服務程序中DSP首先會停止電機運行，清除操作命令，然後裝載保護延時計數常數，使DSP數字處理器222的控制器進入持續時間為3s的保護狀態，在此期間，DSP控制器不響應任何輸入命令，保護延時計數常數在事件管理器定時中斷內進行減計數，當減為零則使控制器退出保護狀態，恢復對輸入命令的響應。

上述技術方案，由於採用數字邏輯電路和無觸點功率半導體開關來替代現有模擬化繼電器控制迴路，解決了觸點開斷壽命短及維修頻繁等問題，提高了開關環網櫃的二次DSP控制裝置的可靠性，降低了故障率。

H橋電機驅動電路224在頻繁工作的狀態下，產生的熱量較大，基於此，可通過PCB焊盤來實現自冷，不需額外散熱器以及強制散熱措施，進而保證開關環網櫃的二次DSP控制裝置密封性；進一步，處理單元22為採用PCB焊盤的電路板；PCB焊盤是在電路板上焊接元件引腳，不上絕緣漆而塗有助焊劑的圓形、橢圓形、方形的銅皮，通過PCB焊盤來實現自冷，不需額外散熱器以及強制散熱措施，尤其是H橋電機驅動電路224，頻繁使用，發熱量較大，可以在第一MOS管S1、第二MOS管S2、第三MOS管S3、第四MOS管S4處增加PCB焊盤。

進一步，處理單元22還包括藍牙模塊228，在密封盒體10上設置有藍牙輸出口14，藍牙模塊228與密封盒體10上的藍牙輸出口14相連，用於無線信號的輸出。

進一步，所述處理單元22還包括報警模塊229，在所述密封盒體上設置有故障報警顯示元件15，所述報警模塊229與密封盒體上的故障報警顯示元件15相連，用於控制模塊20的故障顯示。

本實用新型實施例裝置中的模塊或單元可以根據實際需要進行合併、劃分和刪減。

以上所揭露的僅為本實用新型較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利範圍，本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分流程，並依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬於實用新型所涵蓋的範圍。