一種開關控制器的輸入輸出模塊的製作方法
2023-05-01 04:41:46
專利名稱：一種開關控制器的輸入輸出模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電路領域，尤其涉及一種開關控制器的輸入輸出模塊。
背景技術：
在電網等環境中，為了對電網實行有效監控，需要對電網中的各類信號進行統一 的採集和處理；有些情況下，還需要在不另外增加高處理能力的處理器的情況下，根據所採 集的信號進行一定範圍的實時保護。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種開關控制器的輸入輸出模塊，能夠採集 環境中的各類信號，並對漏電或短路等緊急情況進行實時處理。 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種開關控制器的輸入輸出模塊，包括 數位訊號處理器DSP ; 與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器； 三相電壓輸入接口 ，採集三相電壓並發送給所述通道處理器； 三相電流輸入接口 ，採集三相電流並發送給所述通道處理器； 零序電壓輸入接口，採集零序電壓並發送給所述通道處理器； 零序電流輸入接口 ，採集零序電流並發送給所述通道處理器； 附加直流輸入接口，採集電網中的測試電阻中通過的附加直流電流並發送給所述 通道處理器； 所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及附加直 流電流進行放大或縮小，並進行濾波後發送給所述DSP ; 所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通 過所述數據傳輸接口發送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所 述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三 相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發送中斷給所述外界處理器。 進一步地，所述的輸入輸出模塊還包括 數位訊號輸入接口，採集數位訊號並發送給所述外界處理器； 模擬信號輸入接口，採集模擬信號並發送給所述通道處理器； 系統電壓輸入接口，採集系統電壓並發送給所述通道處理器； 所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統電壓進行通道處理後發送給所述 DSP ; 所述DSP將所述模擬信號和系統電壓通過所述數據傳輸接口發送給所述外界處理器。
進一步地，所述數位訊號輸入接口包括10路數位訊號輸入通道； 所述模擬信號輸入接口包括3路模擬信號輸入通道；[0022] 進一步地，所述的輸入輸出模塊還包括 數位訊號輸出接口 ，用於接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出 數位訊號。 模擬信號輸出接口 ，用於接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出 模擬信號。
進一步地，所述數位訊號輸出接口包括8路數位訊號輸出通道； 所述模擬信號輸出接口包括1路模擬信號輸出通道。 進一步地，各數位訊號輸出通道為常開型繼電器； 所述模擬信號輸出通道為輸出直流0到10V的電壓信號的通道。
進一步地，所述DSP具體包括 AD接口，用於接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電 流； 存儲器，用於暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用於將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發送給所述外界 處理器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，並 保存在所述存儲器中； 控制器，用於將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直
流電流比較，判斷是否漏電；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短
路時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。 進一步地，所述控制器包括 —選擇器、第一比較器和第二比較器； 所述傳輸接口還用於通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模 式信息，並保存在所述存儲器中； 所述存儲器還用於保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；
所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值； 所述選擇器用於讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較
器，如果為分開關模式則使能第二比較器； 所述第一比較器用於比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加 直流電流大於所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所 述外界處理器； 所述第二比較器用於分別比較所述零序電流10和所述零序電流閾值，所述零序 電壓UO和所述零序電壓閾值，以及所述零序電流IO和所述零序電壓UO之間的夾角e和 所述角度閾值；當所述零序電流IO大於所述零序電流閾值，所述零序電壓UO大於所述零序 電壓閾值，P在角度閾值之內時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外 界處理器。 進一步地，所述DSP還包括 功率計算器，根據所述三相電流和所述三相電壓分別計算功率因數、三相有功功 率、三相總有功功率、三相無功功率、及三相總無功功率；其中，功率因數為電壓和電流之間 的相位差的餘弦值；並將得到的各功率值和功率因數保存在所述存儲器中；[0043] 所述傳輸接口還用於將所述功率值和功率因數通過所述數據傳輸接口發送給所 述外界處理器。 進一步地，所述控制器還包括 第三比較器，用於分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流值 超過所述短路閾值時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。 本實用新型能夠採集環境中的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及附 加直流電流，進行短路和漏電的保護；其優化方案還能採集數位訊號、模擬信號、和系統電 壓等；其優化方案還可以根據所採集的信號計算功率因數、功率值等，並和所採集的信號一
起提供給處理器，並根據處理器的處理結果輸出控制信號。本實用新型可以用於煤礦井下 等周圍介質中含有爆炸性氣體的環境中，在中性點不接地的三相電網中，作為配電總開關 或分支開關的輸入輸出模塊使用，驅動井下用電設備，性能可靠，動作準確。
圖1為實施例一中的輸入輸出模塊的結構框圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對本實用新型的技術方案進行更詳細的說明。 實施例一，一種開關控制器的輸入輸出模塊，如圖l所示，包括DSP(digital
singnal processor,數位訊號處理器)，與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器、分
別與所述通道處理器相連的零序電流輸入接口 、零序電壓輸入接口 、三相電壓輸入接口 、及
三相電流輸入接口。 所述三相電壓輸入接口採集三相電壓UA、 UB、 UC，並發送給所述通道處理器；各相 電壓的大小分別為交流0到14V。 所述三相電流輸入接口採集三相電流IA、 IB、 IC，並發送給所述通道處理器。 所述零序電壓輸入接口採集零序電壓UO，並發送給所述通道處理器；所述零序電 壓為交流0到40V。 所述零序電流輸入接口採集零序電流IO，並發送給所述通道處理器。 考慮到電網若發生漏電故障，最容易檢測到的是電網各相對地絕緣電阻的下降，
因此可以在三相電網中附加一獨立的直流電流，使之作用於三相電網與大地之間。這樣在
三相對地的測試電阻上將有一直流電流通過，該電流的大小的變化直接反應了電網對地的
測試電阻的變化，有效地檢測和利用該電流，就可以構成附加電源直流檢測式漏電保護。所
述測試電阻為大地和通過濾波網絡連接到三相電網人為中心點之間的電阻。 所述輸入輸出模塊還包括一與所述通道處理器相連的附加直流輸入接口 ，採集電
網中的測試電阻中通過的附加直流電流並發送給所述通道處理器。 所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附 加直流電流進行通道處理後發送給所述DSP ;所述通道處理包括信號調理(放大或縮小，調 理成所述DSP的AD接口電路所能測量的電壓範圍)，濾波(濾除幹擾信號)，還可以包括保 護(防止不正常信號或幹擾燒毀10板內部電路)等。 所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通過所述數據傳輸接口發送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所 述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三 相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發送中斷給所述外界處理器。 本實施例中，所述輸入輸出模塊還可以包括數位訊號輸出DO接口、模擬信號輸出 AO接口 、數位訊號輸入DI接口 ，分別與所述通道處理器相連的模擬信號輸入AI接口 、以及 系統電壓輸入接口。 所述數位訊號輸入DI接口採集數位訊號，並發送給所述外界處理器；本實施例 中，所述數位訊號輸入DI接口可包括10路數位訊號輸入通道，各通道採集的數位訊號的電 壓可以但不限於為直流24V。 所述模擬信號輸入AI接口採集模擬信號，並發送給所述通道處理器；本實施例 中，所述模擬信號輸入AI接口可包括3路模擬信號輸入通道；在有的實施方式中，還可以另 外包括2路備用的模擬信號輸入通道，這2路所採集的模擬信號的電壓大小可以但不限於 為直流0到10V。 所述系統電壓輸入接口採集系統電壓USYS，並發送給所述通道處理器；所述系統 電壓為交流0到14V。 所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統電壓進行通道處理後發送給所述 DSP。 所述DSP將所述模擬信號和系統電壓通過所述數據傳輸接口發送給所述外界處理器。 所述數位訊號輸出DO接口接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸 出數位訊號；本實施例中，所述數位訊號輸出DO接口可包括8路數位訊號輸出通道，各數字 信號輸出通道可以但不限於為常開型繼電器，其開關容量為交流250V， 3A，或直流30V， 3A。 所述模擬信號輸出AO接口接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸 出模擬信號；本實施例中，所述模擬信號輸出AO接口可包括l路模擬信號輸出通道，該通道 輸出的可以但不限於為直流O到10V的電壓信號。 本實施例中，所述三相電壓輸入接口 、三相電流輸入接口 、零序電壓輸入接口 、零 序電流輸入接口和系統電壓輸入接口所採集的信號的頻率為47到63Hz。 本實施例中，所述DSP包括 AD接口，用於接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電 流；還可以接收所述模擬信號和系統電壓； 存儲器，用於暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用於將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發送給所述外界 處理器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，並 保存在所述存儲器中； 控制器，用於將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直 流電流比較，判斷是否漏電；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短 路時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。 本實施例中，所述外界處理器可為開關控制器中的一 CPU板，或一 PLC等具備處理 能力的設備；當所述外界處理器為CPU板，所述數位訊號輸出DO接口根據所述CPU板的數字邏輯信號導通或斷開，所述模擬信號輸出AO接口根據所述CPU板SPI 口數據輸出電壓。 本實施例中，所述控制器具體包括一選擇器、第一比較器和第二比較器。 所述傳輸接口還用於通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模 式信息，並保存在所述存儲器中。 所述存儲器還用於保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；
所述漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值。 所述選擇器用於讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較
器，如果為分開關模式則使能第二比較器。 所述第一比較器用於比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加 直流電流大於所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所 述外界處理器； 所述第二比較器用於分別比較所述零序電流10和所述零序電流閾值，所述零序
電壓UO和所述零序電壓閾值，以及所述零序電流IO和所述零序電壓UO之間的夾角e和
所述角度閾值；當所述零序電流IO大於所述零序電流閾值，所述零序電壓UO大於所述零序
電壓閾值，13在角度閾值之內(比如135° < |3 < 180° )時通過所述傳輸接口和所述數
據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。 實際應用時，各閾值可以根據需要設置。 本實施例中，所述DSP還包括一功率計算器，用於根據所述三相電流和所述三相
電壓分別計算功率因數及以下功率值 A、B、C相有功功率PA、PB、PC ; 三相總有功功率P; A、B、C相無功功率QA、QB、QC ;及 三相總無功功率Q。 其中，功率因數為電壓和電流之間的相位差的餘弦值。 所述功率計算器將得到的各功率值和功率因數保存在所述存儲器中； 所述傳輸接口還用於將所述功率值和功率因數通過所述數據傳輸接口發送給所
述外界處理器。 本實施例中，所述控制器還可以包括第三比較器。 所述第三比較器用於分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流 值超過所述短路閾值時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理 器。 當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的 情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些 相應的改變和變形都應屬於本實用新型的權利要求的保護範圍。
權利要求一種開關控制器的輸入輸出模塊，其特徵在於，包括數位訊號處理器DSP；與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器；三相電壓輸入接口，採集三相電壓並發送給所述通道處理器；三相電流輸入接口，採集三相電流並發送給所述通道處理器；零序電壓輸入接口，採集零序電壓並發送給所述通道處理器；零序電流輸入接口，採集零序電流並發送給所述通道處理器；附加直流輸入接口，採集電網中的測試電阻中通過的附加直流電流並發送給所述通道處理器；所述通道處理器對接收的三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及附加直流電流進行放大或縮小，並進行濾波後發送給所述DSP；所述DSP將三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、以及所述附加直流電流通過所述數據傳輸接口發送給開關控制器中本輸入輸出模塊以外的外界處理器；以及根據所述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發送中斷給所述外界處理器。
2. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，還包括 數位訊號輸入接口，採集數位訊號並發送給所述外界處理器； 模擬信號輸入接口 ，採集模擬信號並發送給所述通道處理器； 系統電壓輸入接口，採集系統電壓並發送給所述通道處理器；所述通道處理器對接收的模擬信號以及系統電壓進行通道處理後發送給所述DSP ; 所述DSP將所述模擬信號和系統電壓通過所述數據傳輸接口發送給所述外界處理器。
3. 如權利要求2所述的輸入輸出模塊，其特徵在於 所述數位訊號輸入接口包括10路數位訊號輸入通道； 所述模擬信號輸入接口包括3路模擬信號輸入通道；
4. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，還包括數位訊號輸出接口 ，用於接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出數字 信號。模擬信號輸出接口 ，用於接收所述外界處理器的控制命令，根據該控制命令輸出模擬信號。
5. 如權利要求4所述的輸入輸出模塊，其特徵在於 所述數位訊號輸出接口包括8路數位訊號輸出通道； 所述模擬信號輸出接口包括1路模擬信號輸出通道。
6. 如權利要求4所述的輸入輸出模塊，其特徵在於各數位訊號輸出通道為常開型繼電器；所述模擬信號輸出通道為輸出直流0到10V的電壓信號的通道。
7. 如權利要求1所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，所述DSP包括AD接口 ，用於接收所述附加直流電流、三相電壓、三相電流、零序電壓、和零序電流； 存儲器，用於暫存所述AD接口接收的數據，以及保存漏電閾值及短路閾值； 傳輸接口 ，用於將所述存儲器暫存的數據通過所述數據傳輸接口發送給所述外界處理 器；以及通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的漏電閾值及短路閾值，並保存在所述存儲器中；控制器，用於將所述漏電閾值與所述零序電壓和零序電流比較，或與所述附加直流電 流比較，判斷是否漏電；以及將所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時 通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。
8. 如權利要求7所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，所述控制器包括 一選擇器、第一比較器和第二比較器；所述傳輸接口還用於通過所述數據傳輸接口接收所述外界處理器返回的工作模式信 息，並保存在所述存儲器中；所述存儲器還用於保存工作模式信息，包括總開關工作模式和分開關工作模式；所述 漏電閾值包括附加直流閾值、零序電壓閾值、零序電流閾值和角度閾值；所述選擇器用於讀取所述工作模式信息，如果為總開關工作模式則使能第一比較器， 如果為分開關模式則使能第二比較器；所述第一比較器用於比較所述附加直流電流和所述附加直流閾值，如果所述附加直流 電流大於所述附加直流閾值，則通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外 界處理器；所述第二比較器用於分別比較所述零序電流和所述零序電流閾值，所述零序電壓和所 述零序電壓閾值，以及所述零序電流和所述零序電壓之間的夾角P和所述角度閾值；當所 述零序電流大於所述零序電流閾值，所述零序電壓大於所述零序電壓閾值，P在角度閾值 之內時通過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷 給所述外界處理器。
9. 如權利要求8所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，所述DSP還包括 功率計算器，根據所述三相電流和所述三相電壓分別計算功率因數、三相有功功率、三相總有功功率、三相無功功率、及三相總無功功率；其中，功率因數為電壓和電流之間的相 位差的餘弦值；並將得到的各功率值和功率因數保存在所述存儲器中；
10. 如權利要求9所述的輸入輸出模塊，其特徵在於，所述控制器還包括第三比較器， 用於分別將所述三相電流與所述短路閾值相比較，當任兩相電流值超過所述短路閾值時通 過所述傳輸接口和所述數據傳輸接口發送中斷給所述外界處理器。
專利摘要一種開關控制器的輸入輸出模塊，包括數位訊號處理器DSP；與所述DSP相連的數據傳輸接口和通道處理器；分別採集三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、附加直流電流並發送給所述通道處理器的三相電壓輸入接口、三相電流輸入接口、零序電壓輸入接口、零序電流輸入接口及附加直流輸入接口；所述通道處理器對接收的信號進行放大或縮小，並進行濾波後發送給所述DSP，由所述DSP通過所述數據傳輸接口發送給外界處理器，以及根據所述零序電壓和零序電流，或根據所述附加直流電流判斷是否漏電；根據所述三相電壓和三相電流判斷是否短路；當漏電或短路時發送中斷給所述外界處理器。本實用新型能採集各類信號並對緊急情況進行實時處理。
文檔編號H02H3/08GK201533149SQ200920222948
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者侯愛林, 張軍, 徐昌榮, 徐毓軍, 王國鋒, 石鵬 申請人:北京和利時自動化驅動技術有限公司