低壓成套設備智能控制保護計量裝置的製作方法
2023-10-22 07:58:42 2
專利名稱：低壓成套設備智能控制保護計量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種保護裝置，特別是一種適用於DCS、 PLC等工業計算機控制的低壓成 套設備智能控制保護計量裝置。
背景技術：
目前，低壓成套設備保護裝置採用的是利用熔斷體自動熔斷的熔斷器或利用當過載時電 流變大，發熱量加劇使雙金屬片變形推動機構動作的斷路器來實現。控制器件是採用傳統的 接觸器、繼電器等簡單器件。計量裝置也是簡單的起到計量作用而不能承擔能源管理。科技 發展的今天，節能要求以對各個行業提出了挑戰，智能化、網路化為低壓配電裝置革新提供 了可能。而傳統低壓配電設備各個裝置的非智能化是低壓成套設備運行效率低下，動作不精 確，節能效果不顯著的主要原因，其現有低壓配電設備保護、控制、計量裝置各自獨立運行， 不能協調工作，且保護手段單一，對低壓配電設備檢測參數過少，缺乏電能管理功能。
實用新型內容
針對上述現有技術的缺陷，本實用新型提供一種提供豐富的保護手段，多種電氣檢測參 數，並且通過網絡連接智能計量儀表實現電能管理功能的低壓成套設備智能控制保護計量裝置。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，包括數字保護檢測控制器、顯示計 量組態儀表和網關三部分；
所述數字保護檢測控制器是由單片機、網絡變壓器、觸發器、運算放大器、離散開關控 制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述單片機與乙太網接口電路跳線 的對應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，電壓 檢測信號經過整流接入所述觸發器，所述觸發器輸出接入單片機，電流信號所述經運算放大 器接入所述單片機，220V的交流電經變壓器與所述離散開關控制電路為所述運算放大器和所 述三端穩壓塊供電，所述三端穩壓塊為各個晶片供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相 連，為各個晶片提供時鐘信號；
所述顯示計量組態儀表由單片機、網絡變壓器、開關、液晶顯示器控制器、離散開關控 制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述單片機的管腳連接開關，所述 液晶顯示器控制器通過相應管腳連接所述單片機，所述單片機與乙太網接口電路跳線的對應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，220V交流電 經變壓器與所述離散開關控制電路為所述運算放大器和所述三端穩壓塊供電，所述三端穩壓 塊為各個晶片供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號；
所述網關由網絡控制器、網絡變壓器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩 壓塊、晶振組成，所述網絡控制器通過相應管腳與乙太網接口電路跳線相應管腳相連，所述 乙太網接口電路跳線相應管腳連接所述網絡變壓器，所述晶振通過與所述單片機調節器相連， 為各個晶片提供時鐘信號。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述數字保護檢測控制器、顯示 計量組態儀表和網關三部分集成在三塊印刷電路板上。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述低壓成套設備智能控制保護 計量裝置有至少一個數字保護檢測控制器和至少一個顯示計量組態儀表。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述單片機通過乙太網接口與所 述網絡變壓器相連，輸出的信號直接接入標準接口或通過光耦直接上外部光電轉換。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述開關為按鍵開關。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述開關為8個。
本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其中所述液晶顯示控制器通過單片機 接有至少一個液晶顯示器。
本實用新型通過採用數字保護檢測控制器、顯示計量組態儀表、網關等智能裝置把低壓 成套設備的檢測保護裝置連成一體，互相協調，完成保護控制及電能管理功能。通過網絡化， 使低壓成套設備的檢測、保護、顯示、計量等裝置從單一功能而融為有機的整體，使得檢測 參數更加多樣，保護、控制更加準確完善，對系統的操作和管理更加簡單，同時為低壓成套 設備所帶負載的節能降耗提供數據依據。
圖1是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的結構框圖； 圖2是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的ARM單片機及溫度傳感器接入 電路圖3是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的TCP/IP接口電路圖； 圖4是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的電壓檢測電路圖； 圖5是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的電流檢測電路圖； 圖6是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的電源電路圖；圖7是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的晶振、供電電路圖； 圖8是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的ARM單片機組態用按鍵輸入和 液晶顯示輸出電路圖9是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的基於ARM的高度集成網絡控制 器電路圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細描述
參見圖1，本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，包括數字保護檢測控制 器l、顯示計量組態儀表2和網關3三部分；所述數字保護檢測控制器1是由單片機、網絡 變壓器、觸發器、運算放大器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶 振組成，所述單片機與乙太網接口電路跳線的對應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管 腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，電壓檢測信號經過整流接入所述觸發器，所述觸發器
輸出接入單片機，電流信號所述經運算放大器接入所述單片機，220V的交流電經變壓器與所
述離散開關控制電路為所述運算放大器和所述三端穩壓塊供電，所述三端穩壓塊為各個晶片
供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號；
所述顯示計量組態儀表2由單片機、網絡變壓器、開關、液晶顯示器控制器、離散開關 控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述單片機的管腳連接開關，所 述液晶顯示器控制器通過相應管腳連接所述單片機，所述單片機與乙太網接口電路跳線的對 應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，220V交流 電經變壓器與所述離散開關控制電路為所述運算放大器和所述三端穩壓塊供電，所述三端穩 壓塊為各個晶片供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號；
所述網關3由網絡控制器、網絡變壓器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三 端穩壓塊、晶振組成，所述網絡控制器通過相應管腳與乙太網接口電路跳線相應管腳相連， 所述乙太網接口電路跳線相應管腳連接所述網絡變壓器，所述晶振通過與所述單片機調節器 相連，為各個晶片提供時鐘信號。
所述單片機通過乙太網接口與所述網絡變壓器相連，輸出的信號直接接入標準接口或通過 光耦直接上外部光電轉換。
參見圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7，該圖是本實用新型低壓成套設備智能控制保護 計量裝置的數字保護檢測控制器l，所述數字保護檢測控制器1是由單片機LPC2148、網絡變 壓器HR601680、觸發器AC555、運算放大器LF411、離散開關控制電路TNY254P、光耦PC817、低噪音LD0周立功單片機調節器SP6205、三端穩壓塊STLM7805、晶振等電子元器件組成。
溫度傳感器輸入信號線接入連接器C0N3中，通過上拉電阻Rt接入單片機LPC2148的PDO 口進行A/D轉換，從而將感應到的溫度信號傳入到單片機中；單片機的PF3、 PF2、 PG6、 PG5、 PF5、 PF6信號接入乙太網接口電路的跳線HEARDER，乙太網接口電路的跳線HEARDER的跳線 2、 4接入指示燈LED1、 LED2，乙太網接口電路的跳線HEARDER的6、 8、 10、 12對應信號RXM、 RXP、 TXM、 TXP接入網絡變壓器HR601680，信號變換後上標準接口 RJ45或直接通過光耦進行 外部光電轉換。
電壓檢測信號經過整流，信號調理後接入AC555組成的觸發器電路，觸發器輸出接入單片 機PE6 口進行模數轉換。電流輸入信號經過信號調理，通過運算放大器LF411變為0-3V信 號，接入單片機PE7 口進行模數轉換；當電流為5A時調整R3使輸出電壓為3V。
單片機的PAO， PA1管腳為開關量輸出，用於控制開關的開斷。
220V交流電經過變壓器及離散開關控制晶片TYN254P得到穩定的支流12V用於運算放大 器及三短穩壓塊STLM7805供電，三短穩壓塊STLM7805產生+5V電源連接至所有晶片的VCC 端，給單片機和其他晶片供電。
參見圖3、圖6、圖7、圖8，該圖是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的顯 示計量組態儀表2，所述顯示計量組態儀表2由單片機926EJ-S (LPC2H8)、網絡變壓器 HR601680、按鍵開關SW1、 SW2、 SW3、 SW4、 SW5、 SW6、 SW7、 SW8、液晶顯示器控制器HD61202、 離散開關控制電路TNY254P、光耦PC817、低噪音LDO周立功單片機調節器SP6205、三端穩 壓塊STLM7805、晶振等電子元器件組成。
按鍵開關SW1接入單片機PDO，按鍵開關SW2接入單片機PD1，按鍵開關SW3接入單片機 PD2，按鍵開關SW4接入單片機PD3，按鍵開關SW5接入單片機PAO,按鍵開關SW6接入單片 機PA1 ，按鍵開關SW7接入單片機PA2，按鍵開關SW8接入單片機PA6，液晶點陣控制器HD61202 的7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14接入單片機的PC0、 PC1、 PC2、 PC3、 PC4、 PC5、 PC6、 PC7 管腳。HD61202的4、 5、 6、 15、 16、 17接入單片機的PE3、 PE2、 PE1、 PEO、 PB3、 PB2控制 128*64位點陣，液晶顯示器可以連接有至少一個。
單片機的PF3、 PF2、 PG6、 PG5、 PF5、 PF6信號接入乙太網接口電路的跳線HEARDER， 乙太網接口電路的跳線HEARDER的跳線2、 3接指示LED1、 LED2，管腳6、 8、 10、 12對應信 號RXM、 RXP、 TXM、 TXP接近網絡變壓器HR601680，信號變換後上標準接口 RJ45或直接通過
光耦進行外部光電轉換。
220V交流電經過變壓器及離散開關控制晶片TYN254P得到穩定的支流12V用於運算放大器及三端穩壓塊STLM7805供電，三端穩壓塊STLM7805產生+5V電源連接至所有晶片的VCC 端，給單片機和其他晶片供電。
參見圖3、圖6、圖7、圖9，該圖是本實用新型低壓成套設備智能控制保護計量裝置的網 關3，所述網關3由網絡控制器NETX5、網絡變壓器HR601680、離散開關控制電路TNY254P、 光耦PC817、低噪音LD0周立功單片機調節器SP6205、三端穩壓塊STLM7805、晶振等電子元 器件組成。
網絡控制器NETX5完成從乙太網到現場總線(PROFIBUS， CANBUS， DEVICENET)的轉換， NETX5的PF3、 PF2、 PG6、 PG5、 PF5、 PF6信號接入乙太網接口電路的跳線HEARDER，乙太網 接口電路的跳線HEARDER的跳線2、 4接指示燈LED1、 LED2，管腳6、 8、 10、 12對應信號RXM、 RXP、 TXM、 TXP接近網絡變壓器HR601680，信號變換後上標準接口 RJ45或直接通過光耦進行 外部光電轉換，完成內網連接。NETX5的PC3、 PC2、 PE6、 PE5、 PC5、 PC6信號接入乙太網接 口電路的跳線HEARDER，跳線2、 4接指示燈LED1、 LED2，管腳6、 8、 10、 12對應信號RXM、 RXP、 TXM、 TXP接近網絡變壓器HR601680，信號變換後上標準接口 RJ45或直接通過光耦進行 外部光電轉換，完成外網連接。
所述數字保護檢測控制器1，顯示計量組態儀表2和網關3所用元器件分別製成三塊印刷 版，三塊印刷電路板相互配合安裝製成低壓成套設備智能保護控制裝置。
本實用新型的實施例通過採用數字保護檢測控制器l、顯示計量組態儀表2、網關3等智 能裝置把低壓成套設備的檢測保護裝置連成一體，互相協調，完成保護控制及電能管理功能。 數字式保護檢測控制器1可以檢測電流電壓等電氣參數，通過內置數學模型，實現對負載的 過流、欠流、缺相、不平衡、短路、逆向、漏電等保護功能，確保負載的安全。數字保護檢 測控制器1本身帶有記錄功能，對跳閘次數、故障類型、故障時間進行記錄，並帶有網絡接 口，方便與其他設備連接並且DCS、 PLC等控制系統可以通過網絡直接對其進行控制。顯示計 量組態儀表2的功能是對保護檢測控制裝置進行參數設定、功能組態，讀取保護檢測控制 裝置內部信息進行顯示，同時內部置有能源管理功能模塊，對負荷平衡、運行狀態、做功曲 線進行分析以優化負載工作、實現電能管理。 一組低壓成套設備會配有多個數字保護檢測控 制器1初顯示組態計量儀表2，網關3的作用是對內把這些裝置連接組網，實現數據共享。 對外連接PLC、 DCS等工業用控制器，使其能通過數字形式對低壓成套設備進行控制，克服傳 統方法使用硬線連接控制易受幹擾的缺陷。網絡的引入使產品遙測、遙調、遙控和遠程通訊、 設備管理等功能更加簡單易行。通過網絡化，使低壓成套設備的檢測、保護、顯示、計量等 裝置從單一功能而融為有機的整體，使得檢測參數更加多樣，保護、控制更加準確完善，對系統的操作和管理更加簡單，同時為低壓成套設備所帶負載的節能降耗提供數據依據。
以上的實施例僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的範圍進 行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的 技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護範圍內。
權利要求1.本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，包括數字保護檢測控制器(1)、顯示計量組態儀表(2)和網關(3)三部分；所述數字保護檢測控制器(1)是由單片機、網絡變壓器、觸發器、運算放大器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述單片機與乙太網接口電路跳線的對應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，電壓檢測信號經過整流接入所述觸發器，所述觸發器輸出接入單片機，電流信號所述經運算放大器接入所述單片機，220V的交流電經變壓器與所述離散開關控制電路為所述運算放大器和所述三端穩壓塊供電，所述三端穩壓塊為各個晶片供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號；所述顯示計量組態儀表(2)由單片機、網絡變壓器、開關、液晶顯示器控制器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述單片機的管腳連接開關，所述液晶顯示器控制器通過相應管腳連接所述單片機，所述單片機與乙太網接口電路跳線的對應管腳相連，乙太網接口電路跳線的相應管腳與所述網絡變壓器的對應管腳相連，220V交流電經變壓器與所述離散開關控制電路為所述運算放大器和所述三端穩壓塊供電，所述三端穩壓塊為各個晶片供電，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號；所述網關(3)由網絡控制器、網絡變壓器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成，所述網絡控制器通過相應管腳與乙太網接口電路跳線相應管腳相連，所述乙太網接口電路跳線相應管腳連接所述網絡變壓器，所述晶振通過與所述單片機調節器相連，為各個晶片提供時鐘信號。
2. 根據權利要求1所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述數字 保護檢測控制器(1)、顯示計量組態儀表(2)和網關(3)三部分集成在三塊印刷電路板上。
3. 根據權利要求2所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述低壓 成套設備智能控制保護計量裝置有至少一個數字保護檢測控制器(1)和至少一個顯示計量組態儀表(2)。
4. 根據權利要求3所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述單片 機通過乙太網接口與所述網絡變壓器相連，輸出的信號直接接入標準接口或通過光耦直接上 外部光電轉換。
5. 根據權利要求4所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述開關為按鍵開關。
6. 根據權利要求5所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述開關 為8個。
7. 根據權利要求6所述的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，其特徵在於，所述液晶 顯示控制器通過單片機接有至少一個液晶顯示器。
專利摘要本實用新型的低壓成套設備智能控制保護計量裝置，包括數字保護檢測控制器、顯示計量組態儀表和網關三部分；數字保護檢測控制器是由單片機、網絡變壓器、觸發器、運算放大器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成；顯示計量組態儀表由單片機、網絡變壓器、開關、液晶顯示器控制器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成；網關由網絡控制器、網絡變壓器、離散開關控制電路、光耦、單片機調節器、三端穩壓塊、晶振組成。從而提供一種提供豐富的保護手段，多種電氣檢測參數，並且通過網絡連接智能計量儀表實現電能管理功能的低壓成套設備智能控制保護計量裝置。
文檔編號H02H3/00GK201319494SQ20082012375
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者張維傑 申請人:北京麥克奧特曼科技有限公司