一種開關量輸出電路、控制方法及監測方法
2023-11-05 06:12:17 1
一種開關量輸出電路、控制方法及監測方法
【專利摘要】本發明提供一種開關量輸出電路及其控制、監測方法，電路由繼電器，半導體開關器件(如場效應管、三極體等)，電壓比較器件(如電壓比較器、運算放大器等)，電阻，二極體和CPU構成的電路。兩個半導體開關器件串聯驅動繼電器，兩者同時開通後繼電器線圈勵磁、繼電器接點動作，兩個CPU分別獨立控制兩個開關器件的通斷。在此基礎上，電壓比較器件，電阻組成輸出監測電路；CPU接收監測輸出信號並結合CPU對開關器件的控制信號及兩CPU間的通訊信息可監測輸出電路的工作狀態是否正常。該輸出電路及其控制、監測方法可在輸出電路異常情況下發出報警信號，並可主動檢測輸出電路狀態，充分提高了輸出電路的安全性和可靠性。
【專利說明】一種開關量輸出電路、控制方法及監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統變電站自動化領域，尤其涉及一種開關量輸出電路及其控制監測方法。
【背景技術】
[0002]繼電保護及安全自動裝置中開關量輸出的主要控制對象為斷路器、隔離刀閘等變電站一次設備，主要作用是完成對斷路器、隔離刀閘等一次設備的操作；發出動作、告警等信號接點。
[0003]繼電保護及安全自動裝置可完成對一個或多個一次設備的控制和操作功能，其在電力系統中的作用舉足輕重。繼電保護和安全自動裝置的輸出接點是其對一次設備的控制和操作的主要途徑。隨著電力技術的發展，電力系統用戶對繼電保護及安全自動裝置輸出電路的安全性及可靠性的要求越來越高。一方面要求輸出電路具備較高安全性，要求輸出電路中的單一器件損毀後，輸出繼電器不能誤動作，即具備防誤能力；另一方面要求輸出迴路中的重要驅動器件損毀後，如驅動繼電器的場效應管、三極體等，繼電保護及安全自動裝置可發出異常報警信號，即具備監視功能；其次要求繼電保護及安全自動裝置可在一定程度上能夠自身輸出電路的工作狀態、即具備檢測功能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種具有實用性的帶監測功能的安全可靠的開關量輸出電路及控制、監測方法。
[0005]本發明提供下述解決方案:
[0006]一種開關量輸出電路，其特徵是，包括繼電器，半導體開關器件，電壓比較器件，電阻，二極體和CPU，兩個半導體開關器件的控制端由兩個CPU分別獨立控制，開關器件的通斷端分別串聯在繼電器線圈兩側並連接電源的正負極組成輸出控制電路，兩個CPU均輸出、兩個半導體開關器件均開通後繼電器線圈才能勵磁；電壓比較器件的輸入端連接在繼電器線圈一端並與電阻構成電壓比較電路；在控制電路的基礎上，並聯在開關器件通斷端的電阻與電壓比較電路組成監測電路，監測電路的輸出連接至CPU埠 ；結合合理的電路參數，通過監測電平信號的變化情況、兩個CPU的控制信號及之間的通訊信息從而判斷繼電器輸出電路是否正常。
[0007]另外，本發明還提供一種開關量輸出電路的控制方法，其特徵是，兩個CPU獨立判斷，分別獨立控制電路中的半導體開關器件，在兩個CPU均輸出、兩個半導體開關器件均開通後繼電器線圈勵磁，僅有一個CPU輸出時繼電器線圈不能勵磁；其控制步驟是在兩CPU均有輸出控制信號後，與兩CPU分別對應的兩個半導體開關器件開通，繼電器線圈勵磁、繼電器輸出接點動作。
[0008]另外，本發明還提供一種開關量輸出電路的監測方法，其特徵是，兩個CPU分別獨立輸出一路控制信號、其中一個CPU採集一路監測信號；CPU通過採集的監測信號的電平判斷繼電器輸出迴路是否存在異常情況；在不使繼電器動作的前提下，兩個CPU依次僅使一個半導體開關器件開通，另外一個保持關斷，在繼電器電路正常時，連接至CPU埠的監測信號電平翻轉，通過監測電平信號的變化情況及兩CPU間的通訊信息從而判斷繼電器輸出電路是否正常。
[0009]本發明的有益效果:採用本發明的輸出電路安全性極高並具備了監視及主動監測功能，可充分提高繼電保護及安全自動裝置輸出電路的安全性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明一種實施方式的輸出迴路電路原理圖。
【具體實施方式】
[0011]本發明所提供的方案為一種開關量輸出電路及其控制、監測方法，包含輸出電路部分、監測電路部分和控制、監測方法部分。
[0012]I)所述的輸出電路部分由繼電器，半導體開關器件，電壓比較器件，電阻，二極體和CPU構成。兩CPU分別獨立控制兩個半導體開關器件的通斷，兩個半導體開關器件均開通後繼電器線圈勵磁，輸出接點動作。
[0013]2)所述的監測電路部分以輸出電路部分中的繼電器，半導體開關器件為基礎，由並聯在開關器件通斷端的電阻與電壓比較電路構成；電壓比較電路由輸入端連接在繼電器線圈一端的電壓比較器件及電阻組成。監測電路的輸出連接至CPU埠，通過監測電路輸出的電平信號，兩個CPU的控制信號及兩個CPU間的通訊信息可監測輸出電路的狀態是否正常。
[0014]3)所述的控制方法為:兩個CPU獨立判斷、分別獨立控制兩個半導體開關器件的通斷，當兩個CPU均輸出後，對應的兩個開關器件開通，兩個開關器件均開通後繼電器線圈勵磁，輸出接點動作；而在僅有一個CPU輸出時繼電器線圈不能勵磁。
[0015]4)所述的監測方法為:CPU通過監測電路輸出的電平信號結合兩個CPU的控制信號及兩個CPU間的通訊信息可判斷輸出電路的狀態是否正常。在繼電器輸出迴路狀態異常(如繼電器線圈斷線、半導體開關器件擊穿等)時，繼電器線圈一端接至電壓比較器件輸入端的電平信號會明顯的變化，監測電路輸出至CPU埠的監測電平信號翻轉。在不使繼電器動作的前提下，兩個CPU依次僅使一個半導體開關器件開通(另外一個保持關斷)，在繼電器電路正常時，連接到CPU埠的監測信號電平會翻轉，結合監測電平信號的變化情況及兩CPU間的通訊信息可判斷繼電器輸出電路是否正常，如在一個CPU控制信號發出後，反饋的監測信號電平沒有翻轉，則判斷為電路異常。
[0016]下面結合圖1描述具體實施例:
[0017]如圖1所示的一種開關量輸出電路，CPUl與CPU2相互獨立，且CPUl與CPU2之間相互通信。CPUl的1埠連接P溝道場效應管Ql的門極，CPU2的1埠連接N溝道場效應管Q2的門極。P溝道場效應管Ql的源極連接電源正端VCC，漏極連接繼電器RLYl的線圈正端；N溝道場效應管Q2的漏極連接繼電器RLYl的線圈負端；源極連接電源負端GND。電阻Rl並聯在P溝道場效應管Ql漏源兩極之間、電阻R2並聯在N溝道場效應管Q2漏源兩極之間。電阻Rl和電阻R2的阻值均大於10倍繼電器RLYl線圈電阻，不影響繼電器RLYl的動作和返回。兩個CPU分別獨立控制兩場效應管的通斷，兩場效應管同時開通後繼電器RLYl線圈勵磁，其輸出接點閉合。
[0018]圖中U1、U2為開漏輸出的電壓比較器，繼電器RLYl的線圈負端連接至電壓比較器Ul的反向輸入端和電壓比較器U2的正向輸入端。電阻R3和電阻R4串聯後接至電源正端VCC和電源負端GND，兩電阻連接點接至電壓比較器Ul的正向輸入端；電阻R5和電阻R6串聯後接至電源正端VCC和電源負端GND，兩電阻連接點接至電壓比較器U2的反向輸入端。電壓比較器Ul、U2輸出短接後作為監測信號連接到CPU的1埠，電阻R7為上拉電阻，其一端連接至電源正端VCC，一端連接至電壓比較器Ul、U2的輸出端。電路參數滿足R5/R6〈R1/R2〈R3/R4。
[0019]兩個CPU均無輸出且電路正常時，由於R5/R6〈R1/R2〈R3/R4，且R1、R2均遠大於繼電器RLYl線圈電阻，監測信號為高電平。這種情況下，如出現繼電器RLYl線圈斷線、P溝道場效應管Ql漏源擊穿、N溝道場效應管Q2漏源擊穿、CPUl控制Ql的1埠損壞或CPU2控制Q2的1埠損壞等異常情況，監測信號會翻轉為低電平。CPU2通過監測信號完成對輸出電路的監視功能。
[0020]電路正常時，通過兩CPU間的通信，CPUl控制P溝道場效應管Ql開通、CPU2控制N溝道場效應管Q2關斷，如反饋至CPU2的監測信號翻轉為低電平，則判斷CPUl控制Ql的1埠及P溝道場效應管Ql功能正常，否則表明這部分電路異常；CPU1控制P溝道場效應管Ql關斷、CPU2控制N溝道場效應管Q2開通，如反饋至CPU2的監測信號翻轉為低電平，則判斷CPU2控制Q2的1埠及N溝道場效應管Q2功能正常，否則表明這部分電路異常。通過這種方法完成可輸出電路的主動檢測功能。
[0021]圖1電路中繼電器RLYl並聯的二極體Dl用於繼電器動作返回時對繼電器線圈續流，防止高壓脈衝並保護場效應管。
【權利要求】
1.一種開關量輸出電路，其特徵是，包括繼電器，半導體開關器件，電壓比較器件，電阻，二極體和CPU，兩個半導體開關器件的控制端由兩個CPU分別獨立控制，開關器件的通斷端分別串聯在繼電器線圈兩側並連接電源的正負極組成輸出控制電路，兩個CPU均輸出、兩個半導體開關器件均開通後繼電器線圈才能勵磁；電壓比較器件的輸入端連接在繼電器線圈一端並與電阻構成電壓比較電路；在控制電路的基礎上，並聯在開關器件通斷端的電阻與電壓比較電路組成監測電路，監測電路的輸出連接至CPU埠 ；結合合理的電路參數，通過監測電平信號的變化情況、兩個CPU的控制信號及之間的通訊信息從而判斷繼電器輸出電路是否正常。
2.一種開關量輸出電路的控制方法，其特徵是，兩個CPU獨立判斷，分別獨立控制電路中的半導體開關器件，在兩個CPU均輸出、兩個半導體開關器件均開通後繼電器線圈勵磁，僅有一個CPU輸出時繼電器線圈不能勵磁；其控制步驟是在兩CPU均有輸出控制信號後，與兩CPU分別對應的兩個半導體開關器件開通，繼電器線圈勵磁、繼電器輸出接點動作。
3.一種開關量輸出電路的監測方法，其特徵是，兩個CPU分別獨立輸出一路控制信號、其中一個CPU採集一路監測信號；CPU通過採集的監測信號的電平判斷繼電器輸出迴路是否存在異常情況；在不使繼電器動作的前提下，兩個CPU依次僅使一個半導體開關器件開通，另外一個保持關斷，在繼電器電路正常時，連接至CPU埠的監測信號電平翻轉，通過監測電平信號的變化情況及兩CPU間的通訊信息從而判斷繼電器輸出電路是否正常。
【文檔編號】H03K17/082GK104270126SQ201410457719
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】李力, 文繼鋒, 劉杲培 申請人:國家電網公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司, 國網天津市電力公司